Paperikromatografia/UV-Vis-koe Arduinolla: 10 vaihetta

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:41

Tässä kokeessa käytetään Arduino-mikroprosessoria yhdessä kotitalousesineiden kanssa paperikromatografiakokeiden suorittamiseksi ja tulosten analysoimiseksi käyttäen ultraviolettinäkyvän (UV-Vis) spektroskopian kaltaista tekniikkaa. Tämän kokeen on tarkoitus toistaa useita HPLC (High Performance Liquid Chromatography) -laitteen ominaisuuksia, kuten kromatografinen erottaminen ja UV-Vis-tunnistus. Tässä kokeessa opit monia tieteellisiä tekniikoita sekä opit Arduinon mikroprosessorista.

Vaihe 1: Videon esittely

Vaihe 2: Tarkoitus

Tämän kokeen tarkoituksena on toistaa joitain HPLC -laitteen toimintoja. HPLC erottaa yhdisteet nestekromatografian avulla ja käyttää UV-Vis-ilmaisinta. Tässä kokeessa nämä kaksi toimintoa suoritetaan erikseen. Paperikromatografia edustaa HPLC: n nestekromatografiaa ja sitä käytetään elintarvikeväreiden seosten erottamiseen. Erotettuja väriaineita käytetään sitten näytteiden luomiseen, jotka analysoidaan käyttämällä UV-Vis-spektroskopiaa vastaavaa tekniikkaa. Yksinkertaistettu versio UV-Vis-laitteesta luodaan, ja se edustaa HPLC-ilmaisinta. Tässä kokeessa opit kromatografiasta, UV-Vis-spektroskopiasta, HPLC-instrumenttitoiminnoista ja Arduino Uno-mikroprosessorista.

Vaihe 3: Kerää nämä tarvikkeet

Paperikromatografiatarvikkeet:

• Paperipyyhkeet (~ 1-2 dollaria per rulla)
• Hammastikkuja (~ 3 dollaria per laatikko)
• Elintarvikevärit (~ 4 dollaria per laatikko)
• Isopropyyli (hankaus) alkoholi (~ 3 dollaria per pullo)
• Nitoja
• Lyijykynä
• Viivotin
• Kuppi
• Vesi
• Sakset
• Muovikääre

Arduino -tarvikkeet:

• Arduino Uno tai vastaava mikroprosessori (~ 15 dollaria)
• Valovastus
• Vastus (10 K ohmia)
• Johdot (uros-uros)
• Leipälauta (~ 5 dollaria)

Välineiden tarvikkeet:

• Taskulamppu
• Tässä esimerkissä käytetään jonkin tyyppistä kirkasta lasiputkea - lasiruiskua
• Styrofoam -pala, jossa reikä keskellä
• WC -paperirulla
• Ilmastointiteippi

Vaihe 4: Suorita paperikromatografia ja luo näytteitä

Paperikromatografia:

1. Leikkaa noin 4x6 tuuman suorakulmio paperipyyhkeestä.
2. Piirrä lyijykynällä ja viivaimella suora viiva paperipyyhkeen pidemmän reunan suuntaisesti 1 tuuman pohjasta.
3. Piirrä X: itä lyijykynällä tätä viivaa pitkin noin 1/2 - 3/4 tuumaa toisistaan.
4. Luo seoksia elintarvikeväreistä (sininen+keltainen, sininen+punainen, punainen+keltainen).
5. Pistä elintarvikevärisekoitukset ja puhtaat elintarvikevärit piirrettyihin X -numeroihin hammastikulla. Jokainen väri tai seos pisteytetään omalle X: lle. Anna kuivua.
6. Kääri paperipyyhe sylinteriksi ja tuo lyhyemmät sivut yhteen. Nidota tämä sylinteri yhteen jättämällä pieni rako paperipyyhkeen kahden sivun väliin.
7. Lisää noin 1/4 tuumaa vettä kuppiin, joka sopii luomallesi sylinterille.
8. Aseta sylinteri kuppiin siten, että pisteviiva on lähimpänä vettä.
9. Näet veden imeytyvän paperipyyhkeeseen ja elintarvikevärit alkavat kulkea paperipyyhkeen ylöspäin.
10. Kun paperipyyhkeen vesilinja saavuttaa noin 3/4 tuumaa ylhäältä, poista paperipyyhe kupista. Poista niitit ja anna kuivua tasaisesti toisella paperipyyhkeellä.

Näytteiden luominen:

1. Kun paperipyyhe on kuiva, leikkaa eriväriset täplät sekä seoksista että puhtaasta elintarvikeväristä.
2. Lisää nämä leikatut täplät isopropyylialkoholiin.
3. Peitä tämä muovikelmulla ja anna imeytyä, kunnes suurin osa väristä on poistettu paperipyyhkeestä.
4. Nämä ovat näytteitä, jotka analysoidaan käyttämällä UV-Vis-spektroskopiaa.

Vaihe 5: Kokoa elektroniikka

Kytke leipätaulu Arduinoon piirikaavion ja levyn asennuskuvan mukaisesti.

Käytät seuraavia Arduinolla:

• 5 V lähtö
• Maa
• A0 -lähtö

Käytät seuraavia osia:

• Uros-uros johdot
• 10 K ohmin vastus
• Valovastus

Vaihe 6: Kokoa instrumentti

1. Luo näytepidike

   • Käytä styrofoam -palaa, jonka keskellä on reikä, joka on tarpeeksi suuri näytteen pitämiseksi.
   • Työnnä reikiä vastakkain styrofoamin sivuille, niin suuri, että siinä on valovastus. Toinen reikä on valon tulo.
   • Aseta tämä levylle valovastuksella johonkin reikistä.

2. Luo putki ympäröivän valon estämiseksi

   • Käytä wc -paperirullaa ja teippiä, jonka yläpää on suljettu.
   • Tämä asettuu näytteenpitimen päälle, kun tehdään mittauksia ei -toivotun valon määrän vähentämiseksi.

Vaihe 7: Ohjelmoi instrumentti

1. Käytä mukana toimitettua koodia (UV_Vis_readings).
2. Tarkista koodi.
3. Lähetä koodi Arduinolle.
4. Tarkista, että sarjavalvontatoiminto toimii, jos suurempia lukuja on läsnä, kun valovastus on alttiina valolle, ja pienempiä lukuja, kun vastus on pimeässä.

Vaihe 8: Testaa instrumentti

1. Laita isopropyylialkoholi lasiputkeen tai ruiskuun.
2. Aseta putki näytepidikkeeseen varmistaen, että se on linjassa styrox -vaahdon reikien kanssa.
3. Aseta taskulamppu niin, että valo tulee johonkin reikistä.
4. Aseta wc -paperirulla ylhäältä estämään lisävaloa.
5. Käynnistä SerialMonitor ja tallenna mittaus, kun se on vakaa.
6. Tämä arvo on läpäisevyys, mutta se on muunnettava.
7. Kerro arvo (5/1024) saadaksesi todellinen läpäisykyky (T).
8. Suorita seuraava laskenta saadaksesi absorbanssin: Absorbanssi = log (1/T).
9. Tämä on aihion arvo.
10. Toista vaiheet 1-8 jokaiselle erotetulle näytteelle.
11. Vähennä aihion absorbanssi näistä arvoista taustavalon huomioon ottamiseksi.
12. Vertaa absorbanssia - Näetkö suuntauksia? Olivatko voimakkaammat kohdat korkeammat vai pienemmät absorbanssissa?

Vaihe 9: Parannuksia

Erilaiset materiaalit:

• Kahvisuodattimet olisivat hyvä korvaus paperipyyhkeille.
• LED -lamppu voidaan ohjelmoida koodiin käytettäväksi lähdevalona taskulampun sijasta.
• Koeputkia voitaisiin käyttää lasiruiskun sijasta.

Erottamisen parantaminen:

Eri liuottimia voitaisiin käyttää paperikromatografian aikana elintarvikevärien erottumisen parantamiseksi. Tätä voitaisiin testata näkemällä, mitkä liuottimet tekivät elintarvikeväri -seosten värien erottamisen ilmeisemmäksi. Myös erilaisia liuotinseosten suhteita voitaisiin testata

Lisää sovelluksia:

• Samanlainen koe voidaan suorittaa erottamalla pigmentit kasveista.
• Myös muita värillisiä aineita voitaisiin testata.

Vaihe 10: Viitteet

Inspiraatio hankkeeseen tuli seuraavista lähteistä:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiraatiota levyn asennukseen ja koodiin saatiin:

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

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