ניסוי כרומטוגרפיה/ניסויי UV-Vis עם Arduino: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

ניסוי זה משתמש במעבד Arduino, יחד עם פריטים ביתיים, לביצוע ניסוי כרומטוגרפיה מנייר ולנתח את התוצאות באמצעות טכניקה הדומה לספקטרוסקופיה אולטרה סגולה (UV-Vis). ניסוי זה נועד לשחזר מספר היבטים של מכשיר HPLC (High Performance Liquid Chromatography), כגון הפרדה כרומטוגרפית וגילוי UV-Vis. תוכלו ללמוד טכניקות מדעיות רבות עם ניסוי זה, כמו גם ללמוד על המיקרו -מעבד Arduino.

שלב 1: הדגמת וידאו

שלב 2: מטרה

מטרת הניסוי היא לשחזר חלק מהפונקציות של מכשיר HPLC. HPLC מפריד תרכובות באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית ומשתמש ב- UV-Vis כגלאי. בניסוי זה שתי פונקציות אלה יבוצעו בנפרד. כרומטוגרפיה מנייר תייצג את הכרומטוגרפיה הנוזלית בתוך HPLC ותשמש להפרדת תערובות של צבעי מזון. הצבעים המופרדים ישמשו לאחר מכן ליצירת דגימות שינותחו באמצעות טכניקה הדומה לספקטרוסקופיית UV-Vis. תיווצר גרסה פשוטה יותר של מכשיר UV-Vis, וזה ייצג את גלאי ה- HPLC. בניסוי זה, תלמד על כרומטוגרפיה, ספקטרוסקופיית UV-Vis, פונקציות מכשיר HPLC ומעבד Arduino Uno.

שלב 3: אסוף חומרים מתכלים אלה

חומרי כרומטוגרפיה של נייר:

• מגבות נייר ($ 1-2 לכל גליל)
• קיסמים (~ $ 3 לקופסה)
• צבעי מאכל (~ 4 $ לקופסה)
• אלכוהול איזופרופיל (שפשוף) (~ $ 3 לבקבוק)
• מהדק
• עִפָּרוֹן
• סרגל
• גָבִיעַ
• מים
• מספריים
• עטיפת פלסטיק

חומרי אספקה של Arduino:

• מעבד Arduino Uno או מיקרו דומה (~ 15 $)
• פוטורסיסטור
• התנגדות (10 K אוהם)
• חוטים (זכר-זכר)
• לוח לחם (~ $ 5)

ציוד מכשירים:

• פנס
• סוג של צינור זכוכית שקופה - מזרק זכוכית המשמש בדוגמה זו
• חתיכת קלקר עם חור באמצע
• גליל נייר טואלט
• סרט דביק

שלב 4: בצע כרומטוגרפיה של נייר וצור דוגמאות

כרומטוגרפיה של נייר:

1. חותכים מלבן בגודל 4x6 אינץ 'בערך מתוך מגבת נייר.
2. בעזרת עיפרון וסרגל, צייר קו ישר במקביל לקצה הארוך יותר של מגבת הנייר במרחק של 1 סנטימטר מהתחתית.
3. בעזרת עיפרון, צייר Xs לאורך קו זה במרחק של כ- 1/2 עד 3/4 סנטימטר זה מזה.
4. צור תערובות של צבעי מאכל (כחול+צהוב, כחול+אדום, אדום+צהוב).
5. בעזרת קיסם, נקוד את תערובות צבע המזון וצבעי המאכל הטהורים על ה- Xs המצוירים. כל צבע או תערובת יהיו מנוקדים על ה- X שלו. הניחו לייבוש.
6. מגלגלים את מגבת הנייר לגליל ומביאים את הצדדים הקצרים יותר יחד. מהדקים גליל זה יחד ומשאירים פער קטן בין שני צידי מגבת הנייר.
7. הוסף בערך 1/4 אינץ 'של מים לספל שיתאים לגליל שיצרת.
8. הכניסו את הגליל לכוס כשהצד המקווקו הכי קרוב למים.
9. תוכלו לראות את המים נספגים במגבת הנייר, וצבעי המאכל יתחילו לעלות במגבת הנייר.
10. כאשר קו המים על מגבת הנייר מגיע כ- 3/4 אינץ 'מלמעלה, הסר את מגבת הנייר מהכוס. מסירים את הסיכות ומניחים לייבוש שטוח על מגבת נייר נוספת.

יצירת הדגימות:

1. לאחר שמגבת הנייר יבשה, חותכים את הנקודות הצבעוניות השונות הן מהתערובות והן מצבע המאכל הטהור.
2. הוסף את הכתמים החתוכים האלה לאלכוהול איזופרופיל (שפשוף).
3. מכסים את זה בניילון ומניחים להשרות עד שרוב הצבע הוסר ממגבת הנייר.
4. אלה יהיו הדגימות שינותחו באמצעות ספקטרוסקופיית UV-Vis.

שלב 5: הרכבת האלקטרוניקה

בעקבות תרשים המעגל ותמונת הגדרת הלוח, חברו את לוח הלחם לארדואינו.

תוכלו להשתמש בדברים הבאים על Arduino:

• פלט 5 וולט
• קרקע, אדמה
• פלט A0

אתה תשתמש בחלקים הבאים:

• חוטי זכר-זכר
• נגד 10 קאוהם אוהם
• פוטורסיסטור

שלב 6: הרכיב את המכשיר

1. צור מחזיק לדוגמא

   • השתמש בחתיכת קלקר עם חור במרכז גדול מספיק בכדי להכיל את הדגימה שלך.
   • תנקו חורים זה מול זה בצידי הקלקר הגדולים מספיק בכדי להכיל את הפוטורזיסטור. החור השני יהיה קלט האור.
   • שים את זה על הלוח עם פוטורסיסטור באחד החורים.

2. צור צינור לחסימת אור הסביבה

   • השתמש בגליל נייר טואלט ובדבק נייר דבק כשהקצה העליון סגור.
   • זה יושב מעל מחזיק המדגם בעת ביצוע מדידות כדי להפחית את כמות האור הבלתי רצוי.

שלב 7: תכנת המכשיר

1. השתמש בקוד המסופק (UV_Vis_readings).
2. אמת את הקוד.
3. העלה את הקוד ל- Arduino.
4. בדוק כי פונקציית הצג הטורי פועלת על ידי בדיקה אם ישנם מספרים גדולים יותר כאשר הפוטורזיסטור חשוף לאור ומספרים קטנים יותר כאשר הנגד חשוך.

שלב 8: בדוק את המכשיר

1. שים אלכוהול איזופרופיל לתוך צינור זכוכית או מזרק.
2. הכנס את הצינור למחזיק הדגימה, וודא שהוא תואם את החורים בקלקר.
3. מקם פנס כאשר אור נכנס לאחד החורים.
4. מניחים גליל נייר טואלט מעל הדף כדי לחסום אור נוסף.
5. הפעל את SerialMonitor ורשום את המדידה לאחר יציבות.
6. ערך זה הוא העברה, אך יש להמיר אותו.
7. הכפל ערך ב- (5/1024) כדי לקבל את השידור בפועל (T).
8. בצע את החישוב הבא כדי לקבל ספיגה: ספיגה = יומן (1/T).
9. זהו ערך הריק.
10. חזור על שלבים 1-8 עבור כל דגימה מופרדת.
11. הפחת את ספיגת החסר מערכים אלה כדי להסביר את אור הרקע.
12. השווה את הספיגה - האם אתה רואה מגמות כלשהן? האם הנקודות העזות יותר היו גבוהות או נמוכות יותר בספיגה?

שלב 9: שיפורים

חומרים שונים:

• מסנני קפה יהוו תחליף טוב למגבות נייר.
• ניתן לתכנת בקוד קוד נורת לד לשמש כאור מקור במקום פנס.
• ניתן להשתמש במבחנות במקום מזרק הזכוכית.

שיפור ההפרדה:

ניתן להשתמש בממסים שונים במהלך כרומטוגרפיה של נייר כדי לשפר את הפרדת צבעי המזון. ניתן לבדוק זאת על ידי ראיה אילו ממסים הפכו את הפרדת הצבעים בתערובות צבע המזון לברורות יותר. ניתן לבדוק גם יחסים שונים של תערובות ממסים

יישומים נוספים:

• ניסוי דומה ניתן לבצע על ידי הפרדת פיגמנטים מצמחים.
• ניתן לבדוק חומרים צבעוניים אחרים.

שלב 10: הפניות

ההשראה לפרויקט זה באה מהמקורות הבאים:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

ההשראה להתקנת הלוח והקוד הגיעו מ:

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

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