Papierchromatographie / UV-Vis-Experiment mit Arduino - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Dieses Experiment verwendet einen Arduino-Mikroprozessor zusammen mit Haushaltsgegenständen, um ein Papierchromatographie-Experiment durchzuführen und die Ergebnisse mit einer der Ultraviolett-Visible-Spektroskopie (UV-Vis) ähnlichen Technik zu analysieren. Dieses Experiment soll verschiedene Aspekte eines HPLC (High Performance Liquid Chromatography)-Instruments replizieren, wie die chromatographische Trennung und die UV-Vis-Detektion. Sie lernen mit diesem Experiment viele wissenschaftliche Techniken sowie den Arduino-Mikroprozessor kennen.

Schritt 1: Videodemonstration

Schritt 2: Zweck

Der Zweck dieses Experiments besteht darin, einige der Funktionen eines HPLC-Instruments zu replizieren. HPLC trennt Verbindungen durch Flüssigkeitschromatographie und verwendet UV-Vis als Detektor. In diesem Experiment werden diese beiden Funktionen getrennt durchgeführt. Die Papierchromatographie wird die Flüssigkeitschromatographie innerhalb der HPLC darstellen und wird verwendet, um Mischungen von Lebensmittelfarbstoffen zu trennen. Die getrennten Farbstoffe werden dann verwendet, um Proben zu erzeugen, die mit einer der UV-Vis-Spektroskopie ähnlichen Technik analysiert werden. Es wird eine vereinfachte Version eines UV-Vis-Instruments erstellt, die den Detektor der HPLC darstellt. In diesem Experiment lernen Sie Chromatographie, UV-Vis-Spektroskopie, HPLC-Gerätefunktionen und den Arduino Uno-Mikroprozessor kennen.

Schritt 3: Sammeln Sie diese Vorräte

Zubehör für die Papierchromatographie:

• Papierhandtücher (~1-2 USD pro Rolle)
• Zahnstocher (~$3 pro Box)
• Lebensmittelfarben (~ 4 $ pro Box)
• Isopropylalkohol (Reinigungsalkohol) (~$3 pro Flasche)
• Hefter
• Bleistift
• Herrscher
• Tasse
• Wasser
• Schere
• Plastikfolie

Arduino-Zubehör:

• Arduino Uno oder ähnlicher Mikroprozessor (~ $ 15)
• Fotowiderstand
• Widerstand (10 kOhm)
• Drähte (männlich-männlich)
• Steckbrett (~ $ 5)

Instrumentenzubehör:

• Taschenlampe
• Irgendeine Art von klarem Glasröhrchen - in diesem Beispiel verwendete Glasspritze
• Styroporstück mit Loch in der Mitte
• Toilettenpapierrolle
• Klebeband

Schritt 4: Papierchromatographie durchführen und Proben erstellen

Papierchromatographie:

1. Schneiden Sie ein etwa 4x6 Zoll großes Rechteck aus einem Papiertuch aus.
2. Zeichnen Sie mit Bleistift und Lineal eine gerade Linie parallel zur längeren Kante des Papiertuchs 1 Zoll von unten.
3. Zeichnen Sie mit Bleistift Xs entlang dieser Linie in einem Abstand von etwa 1/2 bis 3/4 Zoll.
4. Erstellen Sie Mischungen von Lebensmittelfarben (blau+gelb, blau+rot, rot+gelb).
5. Tupfen Sie mit einem Zahnstocher die Lebensmittelfarbmischungen und die reinen Lebensmittelfarben auf die gezeichneten Xs. Jede Farbe oder Mischung wird auf ein eigenes X punktiert. Trocknen lassen.
6. Rollen Sie das Papiertuch zu einem Zylinder und bringen Sie die kürzeren Seiten zusammen. Heften Sie diesen Zylinder zusammen und lassen Sie eine kleine Lücke zwischen den beiden Seiten des Papiertuchs.
7. Gib etwa 1/4 Zoll Wasser in eine Tasse, die in den von dir erstellten Zylinder passt.
8. Setzen Sie den Zylinder mit der gepunkteten Seite am nächsten zum Wasser in die Tasse.
9. Sie werden sehen, wie das Wasser vom Papiertuch absorbiert wird und die Lebensmittelfarben beginnen, das Papiertuch hinauf zu wandern.
10. Wenn die Wasserlinie auf dem Papiertuch etwa 3/4 Zoll von oben reicht, entferne das Papiertuch aus der Tasse. Entfernen Sie die Heftklammern und lassen Sie sie auf einem anderen Papiertuch flach trocknen.

Erstellen der Muster:

1. Sobald das Papiertuch trocken ist, schneiden Sie die verschiedenfarbigen Flecken sowohl aus den Mischungen als auch aus der reinen Lebensmittelfarbe aus.
2. Gib diese ausgeschnittenen Stellen in Isopropylalkohol (Reinigungsalkohol).
3. Decken Sie diese mit Plastikfolie ab und lassen Sie sie einweichen, bis der Großteil der Farbe vom Papiertuch entfernt ist.
4. Dies sind die Proben, die mittels UV-Vis-Spektroskopie analysiert werden.

Schritt 5: Montieren Sie die Elektronik

Folgen Sie dem Schaltplan und dem Board-Setup-Bild, und verdrahten Sie die Brotplatine mit dem Arduino.

Sie verwenden Folgendes auf dem Arduino:

• 5 V-Ausgang
• Boden
• A0-Ausgang

Sie verwenden die folgenden Teile:

• Männlich-männliche Drähte
• 10 K Ohm Widerstand
• Fotowiderstand

Schritt 6: Montieren Sie das Instrument

1. Erstellen Sie einen Probenhalter

   • Verwenden Sie ein Stück Styropor mit einem Loch in der Mitte, das groß genug ist, um Ihre Probe aufzunehmen.
   • Stechen Sie Löcher in die Seiten des Styropors, die groß genug sind, um den Fotowiderstand aufzunehmen. Das andere Loch ist der Lichteingang.
   • Setzen Sie dies auf die Platine mit Fotowiderstand in einem der Löcher.

2. Erstellen Sie eine Röhre, um das Umgebungslicht auszublenden

   • Verwenden Sie eine Toilettenpapierrolle und Klebeband das obere Ende geschlossen.
   • Dieser sitzt bei Messungen über dem Probenhalter, um die Menge an unerwünschtem Licht zu reduzieren.

Schritt 7: Programmieren Sie das Instrument

1. Verwenden Sie den bereitgestellten Code (UV_Vis_readings).
2. Überprüfen Sie den Code.
3. Laden Sie den Code auf den Arduino hoch.
4. Überprüfen Sie, ob die serielle Monitorfunktion funktioniert, indem Sie sehen, ob größere Zahlen vorhanden sind, wenn der Fotowiderstand Licht ausgesetzt ist, und kleinere Zahlen, wenn der Widerstand im Dunkeln ist.

Schritt 8: Testen Sie das Instrument

1. Geben Sie Isopropylalkohol in ein Glasröhrchen oder eine Spritze.
2. Legen Sie das Röhrchen in den Probenhalter und stellen Sie sicher, dass es mit den Löchern im Styropor übereinstimmt.
3. Positionieren Sie die Taschenlampe so, dass das Licht in eines der Löcher eintritt.
4. Legen Sie die Toilettenpapierrolle darüber, um zusätzliches Licht zu blockieren.
5. Schalten Sie SerialMonitor ein und zeichnen Sie die Messung auf, sobald sie stabil ist.
6. Dieser Wert ist die Transmission, muss aber umgerechnet werden.
7. Multiplizieren Sie den Wert mit (5/1024), um die tatsächliche Durchlässigkeit (T) zu erhalten.
8. Führen Sie die folgende Berechnung durch, um die Absorption zu erhalten: Absorption = log (1/T).
9. Dies ist der Wert des Blanks.
10. Wiederholen Sie die Schritte 1-8 für jede getrennte Probe.
11. Subtrahieren Sie die Extinktion des Blindwerts von diesen Werten, um das Hintergrundlicht zu berücksichtigen.
12. Vergleichen Sie die Extinktionen - Sehen Sie Trends? Waren die intensiveren Stellen in der Absorption höher oder niedriger?

Schritt 9: Verbesserungen

Verschiedene Materialien:

• Kaffeefilter wären ein guter Ersatz für Papierhandtücher.
• Anstelle einer Taschenlampe könnte eine LED-Birne in den Code programmiert werden, um sie als Lichtquelle zu verwenden.
• Anstelle der Glasspritze können Teströhrchen verwendet werden.

Verbesserung der Trennung:

Während der Papierchromatographie könnten verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, um die Trennung der Lebensmittelfarben zu verbessern. Dies konnte getestet werden, indem man sah, welche Lösungsmittel die Farbtrennung in den Lebensmittelfarbmischungen deutlicher machten. Es könnten auch unterschiedliche Verhältnisse von Lösungsmittelgemischen getestet werden

Weitere Anwendungen:

• Ein ähnliches Experiment kann durchgeführt werden, indem man Pigmente von Pflanzen trennt.
• Auch andere farbige Substanzen könnten getestet werden.

Schritt 10: Referenzen

Die Inspiration für dieses Projekt kam aus folgenden Quellen:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Inspiration für das Board-Setup und den Code kam von:

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

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