Papierchromatografie/UV-Vis-experiment met Arduino - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Dit experiment gebruikt een Arduino-microprocessor, samen met huishoudelijke artikelen, om een papierchromatografie-experiment uit te voeren en de resultaten te analyseren met behulp van een techniek die vergelijkbaar is met Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopie. Dit experiment is bedoeld om verschillende aspecten van een HPLC-instrument (High Performance Liquid Chromatography) na te bootsen, zoals de chromatografische scheiding en de UV-Vis-detectie. Met dit experiment leer je veel wetenschappelijke technieken en leer je over de Arduino-microprocessor.

Stap 1: Videodemonstratie

Stap 2: Doel

Het doel van dit experiment is om enkele functies van een HPLC-instrument te repliceren. HPLC scheidt verbindingen door middel van vloeistofchromatografie en gebruikt UV-Vis als detector. In dit experiment zullen deze twee functies afzonderlijk worden uitgevoerd. Papierchromatografie vertegenwoordigt de vloeistofchromatografie binnen HPLC en zal worden gebruikt om mengsels van voedselkleurstoffen te scheiden. De gescheiden kleurstoffen zullen vervolgens worden gebruikt om monsters te maken die zullen worden geanalyseerd met behulp van een techniek die vergelijkbaar is met UV-Vis-spectroscopie. Er zal een vereenvoudigde versie van een UV-Vis-instrument worden gemaakt, en dit zal de detector van de HPLC vertegenwoordigen. Met dit experiment leer je over chromatografie, UV-Vis-spectroscopie, HPLC-instrumentfuncties en de Arduino Uno-microprocessor.

Stap 3: Verzamel deze benodigdheden

Benodigdheden voor papierchromatografie:

• Papieren handdoeken (~ $1-2 per rol)
• Tandenstokers (~$3 per doos)
• Voedselkleuren (~ $ 4 per doos)
• Isopropyl (ontsmettings)alcohol (~ $ 3 per fles)
• Nietmachine
• Potlood
• Heerser
• beker
• Water
• Schaar
• Plasticfolie

Arduino-benodigdheden:

• Arduino Uno of vergelijkbare microprocessor (~ $ 15)
• Fotoweerstand
• Weerstand (10 K ohm)
• Draden (mannelijk-mannelijk)
• Breadboard (~$5)

Instrumentbenodigdheden:

• Zaklamp
• Een soort doorzichtige glazen buis - glazen spuit gebruikt in dit voorbeeld
• Stuk piepschuim met gat in het midden
• Rol toiletpapier
• Duct tape

Stap 4: Voer papierchromatografie uit en maak voorbeelden

Papierchromatografie:

1. Knip een rechthoek van ongeveer 4x6 inch uit een papieren handdoek.
2. Teken met een potlood en een liniaal een rechte lijn evenwijdig aan de langere rand van de papieren handdoek op 1 inch van de onderkant.
3. Teken met potlood Xs langs deze lijn, ongeveer 1/2 tot 3/4 inch uit elkaar.
4. Maak mengsels van voedselkleurstoffen (blauw+geel, blauw+rood, rood+geel).
5. Gebruik een tandenstoker om de voedselkleurmengsels en de pure voedselkleuren op de getekende X's te stippelen. Elke kleur of mengsel wordt op zijn eigen X gestippeld. Laten drogen.
6. Rol de papieren handdoek in een cilinder en breng de kortere kanten bij elkaar. Niet deze cilinder aan elkaar en laat een kleine opening tussen de twee zijden van de papieren handdoek.
7. Voeg ongeveer 1/4 inch water toe aan een kopje dat past in de cilinder die u hebt gemaakt.
8. Plaats de cilinder in de beker met de gestippelde kant het dichtst bij het water.
9. Je zult zien dat het water in de papieren handdoek wordt geabsorbeerd en de voedselkleuren zullen op de papieren handdoek beginnen te stromen.
10. Wanneer de waterlijn op de papieren handdoek ongeveer 3/4 inch van de bovenkant komt, verwijder dan de papieren handdoek uit de beker. Verwijder de nietjes en laat ze plat drogen op een andere papieren handdoek.

De voorbeelden maken:

1. Zodra de papieren handdoek droog is, knipt u de verschillende gekleurde vlekken uit zowel de mengsels als de pure voedselkleuring.
2. Voeg deze uitgesneden plekken toe aan isopropylalcohol.
3. Bedek dit met plasticfolie en laat het weken totdat het grootste deel van de kleur van het keukenpapier is verwijderd.
4. Dit zijn de monsters die met UV-Vis-spectroscopie zullen worden geanalyseerd.

Stap 5: Monteer de elektronica

Volg het schakelschema en de afbeelding van de printplaat en sluit het breadboard aan op de Arduino.

Op de Arduino ga je het volgende gebruiken:

• 5 V-uitgang
• Grond
• A0-uitgang

Je gebruikt de volgende onderdelen:

• Man-mannelijke draden
• 10 K ohm weerstand
• Fotoweerstand

Stap 6: Monteer het instrument

1. Een monsterhouder maken

   • Gebruik een stuk piepschuim met een gat in het midden dat groot genoeg is voor uw monster.
   • Prik gaten tegenover elkaar in de zijkanten van het piepschuim die groot genoeg zijn om de fotoresistor te huisvesten. Het andere gat is de lichtinvoer.
   • Zet deze op het bord met fotoresistor in een van de gaatjes.

2. Maak een buis om omgevingslicht te blokkeren

   • Gebruik een rol toiletpapier en ducttape de bovenkant dicht.
   • Deze zal bij het nemen van metingen over de monsterhouder zitten om de hoeveelheid ongewenst licht te verminderen.

Stap 7: Programmeer het instrument

1. Gebruik de meegeleverde code (UV_Vis_readings).
2. Controleer de code.
3. Upload de code naar de Arduino.
4. Controleer of de seriële monitorfunctie werkt door te kijken of grotere getallen aanwezig zijn wanneer de fotoresistor wordt blootgesteld aan licht en kleinere getallen wanneer de weerstand in het donker is.

Stap 8: Test het instrument

1. Doe isopropylalcohol in een glazen buisje of spuit.
2. Plaats de buis in de monsterhouder en zorg ervoor dat deze op één lijn ligt met de gaten in het piepschuim.
3. Plaats de zaklamp met licht dat in een van de gaten valt.
4. Leg er een wc-papierrol overheen om extra licht te blokkeren.
5. Schakel SerialMonitor in en registreer de meting zodra deze stabiel is.
6. Deze waarde is transmissie, maar moet worden geconverteerd.
7. Vermenigvuldig de waarde met (5/1024) om de werkelijke transmissie (T) te krijgen.
8. Voer de volgende berekening uit om absorptie te krijgen: Absorptie = log (1/T).
9. Dit is de waarde van de blanco.
10. Herhaal stap 1-8 voor elk gescheiden monster.
11. Trek de absorptie van de blanco van deze waarden af om rekening te houden met achtergrondlicht.
12. Vergelijk de absorpties - Zie je trends? Waren de meer intense plekken hoger of lager in absorptie?

Stap 9: Verbeteringen

Verschillende materialen:

• Koffiefilters zouden een goede vervanging zijn voor papieren handdoeken.
• Een LED-lamp kan in de code worden geprogrammeerd om als bronlicht te gebruiken, in plaats van als zaklamp.
• Reageerbuisjes kunnen worden gebruikt in plaats van de glazen spuit.

Verbetering van de scheiding:

Tijdens papierchromatografie kunnen verschillende oplosmiddelen worden gebruikt om de scheiding van de voedselkleuren te verbeteren. Dit kon worden getest door te kijken welke oplosmiddelen de scheiding van kleuren in de kleurstofmengsels voor levensmiddelen duidelijker maakten. Verschillende verhoudingen van oplosmiddelmengsels konden ook worden getest

Meer toepassingen:

• Een soortgelijk experiment kan worden uitgevoerd door pigmenten van planten te scheiden.
• Andere gekleurde stoffen zouden ook kunnen worden getest.

Stap 10: Referenties

Inspiratie voor dit project kwam uit de volgende bronnen:

www.purdue.edu/science/science-express/lab…

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiratie voor de opstelling en code van het bord kwam van:

www.instructables.com/id/How-to-use-a-phot…

create.arduino.cc/projecthub/Ayeon0122/rea…