Cromatografia de paper / Experiment UV-Vis amb Arduino: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest experiment utilitza un microprocessador Arduino, juntament amb articles per a la llar, per realitzar un experiment de cromatografia en paper i analitzar els resultats mitjançant una tècnica similar a l’espectroscòpia ultraviolada-visible (UV-Vis). Aquest experiment pretén reproduir diversos aspectes d’un instrument HPLC (High Performance Liquid Chromatography), com ara la separació cromatogràfica i la detecció UV-Vis. Aprendràs moltes tècniques científiques amb aquest experiment, a més de conèixer el microprocessador Arduino.

Pas 1: demostració de vídeo

Pas 2: Propòsit

L’objectiu d’aquest experiment és replicar algunes de les funcions d’un instrument HPLC. La HPLC separa els compostos mitjançant cromatografia de líquids i utilitza UV-Vis com a detector. En aquest experiment, aquestes dues funcions es realitzaran per separat. La cromatografia en paper representarà la cromatografia líquida dins de HPLC i s’utilitzarà per separar mescles de colorants alimentaris. A continuació, s’utilitzaran els colorants separats per crear mostres que s’analitzaran mitjançant una tècnica similar a l’espectroscòpia UV-Vis. Es crearà una versió simplificada d’un instrument UV-Vis, que representarà el detector de la HPLC. Amb aquest experiment, coneixereu la cromatografia, l’espectroscòpia UV-Vis, les funcions dels instruments HPLC i el microprocessador Arduino Uno.

Pas 3: reuniu aquests subministraments

Subministraments de cromatografia de paper:

• Tovalloles de paper (~ 1-2 $ per rotlle)
• Escuradents (~ 3 $ per caixa)
• Colorants alimentaris (~ 4 $ per caixa)
• Alcohol isopropílic (fregant) (~ 3 dòlars per ampolla)
• Grapadora
• Llapis
• Regle
• Copa
• Aigua
• Tisores
• Embolcall de plàstic

Subministraments Arduino:

• Arduino Uno o microprocessador similar (~ 15 dòlars)
• Fotoresistor
• Resistència (10 K ohms)
• Filferros (home-home)
• Taula de pa (~ 5 $)

Subministraments per a instruments:

• Llanterna
• Alguns tipus de tubs de vidre transparent - xeringa de vidre utilitzats en aquest exemple
• Peça de poliestireno amb forat al mig
• Rotlle de paper higiènic
• Cinta adhesiva

Pas 4: realitzeu cromatografia de paper i creeu mostres

Cromatografia en paper:

1. Talla un rectangle aproximadament de 4x6 polzades d’una tovallola de paper.
2. Amb un llapis i una regla, dibuixeu una línia recta paral·lela a la vora més llarga de la tovallola de paper a 1 polzada del fons.
3. Amb un llapis, dibuixeu les X en aquesta línia aproximadament de 1/2 a 3/4 polzades de distància.
4. Crea barreges de colorants alimentaris (blau + groc, blau + vermell, vermell + groc).
5. Amb un escuradents, puntegeu les mescles de colors dels aliments i els colors dels aliments purs a les X dibuixades. Cada color o barreja es puntejarà en la seva pròpia X. Deixeu assecar.
6. Feu rodar la tovallola de paper en un cilindre, ajuntant els costats més curts. Grapeu aquest cilindre junt, deixant un petit espai entre els dos costats de la tovallola de paper.
7. Afegiu aproximadament 1/4 de polzada d'aigua a una tassa que s'adapti al cilindre que heu creat.
8. Poseu el cilindre a la tassa amb el costat puntejat més a prop de l’aigua.
9. Veureu que l’aigua s’absorbeix a la tovallola de paper i els colors dels aliments començaran a recórrer la tovallola de paper.
10. Quan la línia d’aigua de la tovallola de paper arribi a uns 3/4 polzades de la part superior, traieu la tovallola de paper de la tassa. Traieu les grapes i deixeu-les assecar planes sobre una altra tovallola de paper.

Creació de les mostres:

1. Un cop la tovallola de paper estigui seca, retalleu les diferents taques de colors de les mescles i del colorant alimentari pur.
2. Afegiu aquestes taques retallades a alcohol isopropílic (fregant).
3. Tapeu-ho amb paper plàstic i deixeu-ho remullar fins que s’hagi tret la major part del color de la tovallola de paper.
4. Aquestes seran les mostres que s’analitzaran mitjançant espectroscòpia UV-Vis.

Pas 5: munteu l'electrònica

Seguint el diagrama del circuit i la imatge de configuració de la placa, connecteu la placa de pa a l'Arduino.

Fareu servir el següent a l’Arduino:

• Sortida de 5 V.
• Terra
• Sortida A0

Utilitzarà les parts següents:

• Filferro mascle-mascle
• Resistència de 10 K ohm
• Fotoresistor

Pas 6: Munteu l'instrument

1. Creeu un portamostres

   • Utilitzeu un tros d’espuma de poliestirè amb un forat al centre prou gran com per contenir la mostra.
   • Feu forats els uns als altres als costats de l’espuma de poliestirè prou grans per allotjar el fotoresistor. L’altre forat serà l’entrada de llum.
   • Col·loqueu-lo al tauler amb la resistència fotogràfica en un dels forats.

2. Creeu un tub per bloquejar la llum ambiental

   • Utilitzeu un rotlle de paper higiènic i cinta adhesiva per a l’extrem superior tancat.
   • Això se situarà sobre el suport de la mostra quan es prenen mesures per reduir la quantitat de llum no desitjada.

Pas 7: programa l'instrument

1. Utilitzeu el codi proporcionat (UV_Vis_readings).
2. Verifiqueu el codi.
3. Pengeu el codi a l'Arduino.
4. Comproveu que la funció del monitor sèrie funcioni comprovant si hi ha nombres més grans quan el fotoresistor està exposat a la llum i nombres més petits quan la resistència és a les fosques.

Pas 8: proveu l'instrument

1. Introduïu alcohol isopropílic al tub de vidre o a la xeringa.
2. Introduïu el tub al portamostres i assegureu-vos que s’alineï amb els forats de l’espuma de poliestirè.
3. Col·loqueu la llanterna amb la llum que entra a un dels forats.
4. Col·loqueu el rotlle de paper higiènic per sobre per bloquejar la llum addicional.
5. Activeu SerialMonitor i anoteu la mesura un cop estable.
6. Aquest valor és transmitància, però cal convertir-lo.
7. Multipliqueu el valor per (5/1024) per obtenir la transmitància real (T).
8. Feu el càlcul següent per obtenir absorbància: Absorbància = log (1 / T).
9. Aquest és el valor del blanc.
10. Repetiu els passos 1-8 per a cada mostra separada.
11. Resteu l'absorbància del blanc d'aquests valors per tenir en compte la llum de fons.
12. Compareu les absorbències: veieu alguna tendència? Les taques més intenses eren més altes o més baixes d’absorbància?

Pas 9: millores

Diferents materials:

• Els filtres de cafè serien un bon substitut de les tovalloles de paper.
• Es podria programar una bombeta LED al codi per utilitzar-la com a font de llum, en lloc de llanterna.
• Es podrien utilitzar provetes en lloc de la xeringa de vidre.

Millora de la separació:

Es podrien utilitzar diferents dissolvents durant la cromatografia de paper per millorar la separació dels colors dels aliments. Això es podria provar veient quins dissolvents feien més evident la separació de colors en les mescles de colors alimentaris. També es podrien provar diferents relacions de mescles de dissolvents

Més aplicacions:

• Es pot realitzar un experiment similar separant els pigments de les plantes.
• També es podrien provar altres substàncies de colors.

Pas 10: referències

La inspiració d’aquest projecte va sorgir de les fonts següents:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

La inspiració per a la configuració i el codi del tauler prové de:

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

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