Esperimento di cromatografia su carta/UV-Vis con Arduino: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo esperimento utilizza un microprocessore Arduino, insieme a oggetti domestici, per eseguire un esperimento di cromatografia su carta e analizzare i risultati utilizzando una tecnica simile alla spettroscopia ultravioletta-visibile (UV-Vis). Questo esperimento ha lo scopo di replicare diversi aspetti di uno strumento HPLC (High Performance Liquid Chromatography), come la separazione cromatografica e la rivelazione UV-Vis. Imparerai molte tecniche scientifiche con questo esperimento, oltre a conoscere il microprocessore Arduino.

Passaggio 1: dimostrazione video

Passaggio 2: scopo

Lo scopo di questo esperimento è replicare alcune delle funzioni di uno strumento HPLC. HPLC separa i composti tramite cromatografia liquida e utilizza UV-Vis come rivelatore. In questo esperimento, queste due funzioni verranno eseguite separatamente. La cromatografia su carta rappresenterà la cromatografia liquida all'interno dell'HPLC e verrà utilizzata per separare miscele di coloranti alimentari. I coloranti separati verranno quindi utilizzati per creare campioni che verranno analizzati utilizzando una tecnica simile alla spettroscopia UV-Vis. Verrà creata una versione semplificata di uno strumento UV-Vis, che rappresenterà il rivelatore dell'HPLC. Con questo esperimento imparerai a conoscere la cromatografia, la spettroscopia UV-Vis, le funzioni dello strumento HPLC e il microprocessore Arduino Uno.

Passaggio 3: raccogliere questi rifornimenti

Forniture per cromatografia su carta:

• Asciugamani di carta (~$ 1-2 per rotolo)
• Stuzzicadenti (~$3 per scatola)
• Coloranti alimentari (~$4 per scatola)
• Alcool isopropilico (sfregamento) (~ $ 3 per bottiglia)
• Cucitrice
• Matita
• Governate
• tazza
• Acqua
• Forbici
• Involucro di plastica

Forniture Arduino:

• Arduino Uno o microprocessore simile (~$15)
• Fotoresistenza
• Resistenza (10 K ohm)
• Fili (maschio-maschio)
• Tagliere (~$5)

Forniture per strumenti:

• Torcia elettrica
• Un tipo di tubo di vetro trasparente - siringa di vetro utilizzata in questo esempio
• Pezzo di polistirolo con foro nel mezzo
• Rotolo di carta igienica
• Nastro adesivo

Passaggio 4: eseguire la cromatografia su carta e creare campioni

Cromatografia su carta:

1. Taglia un rettangolo di circa 4x6 pollici da un tovagliolo di carta.
2. Usando una matita e un righello, traccia una linea retta parallela al bordo più lungo del tovagliolo di carta a 1 pollice dal fondo.
3. Usando la matita, disegna delle X lungo questa linea a circa 1/2 a 3/4 pollici di distanza.
4. Crea miscele di coloranti alimentari (blu+giallo, blu+rosso, rosso+giallo).
5. Usando uno stuzzicadenti, punteggia le miscele di coloranti alimentari e i coloranti alimentari puri sulle X disegnate. Ogni colore o miscela sarà punteggiato sulla propria X. Lasciare asciugare.
6. Arrotolare la carta assorbente in un cilindro, unendo i lati più corti. Pinza insieme questo cilindro, lasciando un piccolo spazio tra i due lati del tovagliolo di carta.
7. Aggiungi circa 1/4 di pollice d'acqua in una tazza che si adatta al cilindro che hai creato.
8. Metti il cilindro nella tazza con il lato tratteggiato più vicino all'acqua.
9. Vedrai che l'acqua viene assorbita dalla carta assorbente e i colori alimentari inizieranno a risalire la carta assorbente.
10. Quando la linea di galleggiamento sul tovagliolo di carta raggiunge circa 3/4 pollici dalla parte superiore, rimuovere il tovagliolo di carta dalla tazza. Rimuovere le graffette e lasciare asciugare su un altro tovagliolo di carta.

Creazione dei campioni:

1. Una volta che il tovagliolo di carta è asciutto, ritaglia le diverse macchie colorate sia dalle miscele che dal colorante alimentare puro.
2. Aggiungi questi punti ritagliati all'alcol isopropilico (sfregamento).
3. Coprilo con un involucro di plastica e lascialo in ammollo fino a quando la maggior parte del colore non sarà stata rimossa dalla carta assorbente.
4. Questi saranno i campioni che verranno analizzati mediante spettroscopia UV-Vis.

Passaggio 5: assemblare l'elettronica

Seguendo lo schema del circuito e l'immagine di configurazione della scheda, collegare la breadboard ad Arduino.

Userai quanto segue su Arduino:

• Uscita 5V
• Terreno
• Uscita A0

Utilizzerai le seguenti parti:

• Cavi maschio-maschio
• Resistenza da 10 K ohm
• Fotoresistenza

Passaggio 6: assemblare lo strumento

1. Crea un portacampioni

   • Usa un pezzo di polistirolo con un foro al centro abbastanza grande da contenere il campione.
   • Praticare dei fori uno sull'altro nei lati del polistirolo abbastanza grandi da ospitare la fotoresistenza. L'altro foro sarà l'ingresso della luce.
   • Impostalo sulla scheda con la fotoresistenza in uno dei fori.

2. Crea un tubo per bloccare la luce ambientale

   • Usa un rotolo di carta igienica e del nastro adesivo per chiudere l'estremità superiore.
   • Questo siederà sul supporto del campione quando si effettuano le misurazioni per ridurre la quantità di luce indesiderata.

Passaggio 7: programmare lo strumento

1. Usa il codice fornito (UV_Vis_readings).
2. Verifica il codice.
3. Carica il codice su Arduino.
4. Verificare che la funzione del monitor seriale funzioni verificando se sono presenti numeri più grandi quando la fotoresistenza è esposta alla luce e numeri più piccoli quando la resistenza è al buio.

Passaggio 8: testare lo strumento

1. Metti l'alcol isopropilico nel tubo di vetro o nella siringa.
2. Mettere la provetta nel supporto del campione, assicurandosi che sia allineata con i fori nel polistirolo.
3. Posizionare la torcia con la luce che entra in uno dei fori.
4. Metti il rotolo di carta igienica sopra per bloccare la luce extra.
5. Accendere SerialMonitor e registrare la misurazione una volta stabile.
6. Questo valore è la trasmittanza, ma deve essere convertito.
7. Moltiplicare il valore per (5/1024) per ottenere la trasmittanza effettiva (T).
8. Eseguire il seguente calcolo per ottenere l'assorbanza: Assorbanza = log (1/T).
9. Questo è il valore del vuoto.
10. Ripetere i passaggi 1-8 per ogni campione separato.
11. Sottrarre l'assorbanza del bianco da questi valori per tenere conto della luce di fondo.
12. Confronta le assorbanze - Vedi qualche tendenza? Le macchie più intense avevano un'assorbanza maggiore o minore?

Passaggio 9: miglioramenti

Materiali diversi:

• I filtri per il caffè sarebbero un buon sostituto degli asciugamani di carta.
• Una lampadina a LED potrebbe essere programmata nel codice da utilizzare come sorgente luminosa, invece di una torcia.
• Le provette possono essere utilizzate al posto della siringa di vetro.

Migliorare la separazione:

Diversi solventi possono essere utilizzati durante la cromatografia su carta per migliorare la separazione dei coloranti alimentari. Questo potrebbe essere testato vedendo quali solventi rendevano più evidente la separazione dei colori nelle miscele di coloranti alimentari. Potrebbero anche essere testati diversi rapporti di miscele di solventi

Altre applicazioni:

• Un esperimento simile può essere eseguito separando i pigmenti dalle piante.
• Si potrebbero testare anche altre sostanze colorate.

Passaggio 10: riferimenti

L'ispirazione per questo progetto è arrivata dalle seguenti fonti:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

L'ispirazione per la configurazione e il codice della scheda è arrivata da:

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

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