ქაღალდის ქრომატოგრაფია/UV-Vis ექსპერიმენტი არდუინოსთან: 10 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ეს ექსპერიმენტი იყენებს Arduino მიკროპროცესორს, საყოფაცხოვრებო ნივთებთან ერთად, ქაღალდის ქრომატოგრაფიული ექსპერიმენტის შესასრულებლად და შედეგების გასაანალიზებლად ულტრაიისფერი-ხილული (UV-Vis) სპექტროსკოპიის მსგავსი ტექნიკის გამოყენებით. ეს ექსპერიმენტი გულისხმობს HPLC (მაღალი ხარისხის თხევადი ქრომატოგრაფიის) ინსტრუმენტის რამდენიმე ასპექტის გამეორებას, როგორიცაა ქრომატოგრაფიული გამოყოფა და UV-Vis გამოვლენა. თქვენ შეისწავლით ბევრ მეცნიერულ ტექნიკას ამ ექსპერიმენტით, ასევე ისწავლით Arduino მიკროპროცესორზე.

ნაბიჯი 1: ვიდეო დემონსტრაცია

ნაბიჯი 2: მიზანი

ამ ექსპერიმენტის მიზანია HPLC ინსტრუმენტის ზოგიერთი ფუნქციის გამეორება. HPLC გამოყოფს ნაერთებს თხევადი ქრომატოგრაფიის საშუალებით და იყენებს UV-Vis როგორც დეტექტორს. ამ ექსპერიმენტში ეს ორი ფუნქცია ცალკე შესრულდება. ქაღალდის ქრომატოგრაფია წარმოადგენს თხევად ქრომატოგრაფიას HPLC– ში და გამოყენებული იქნება საკვები საღებავების ნარევების გამოსაყოფად. გამოყოფილი საღებავები შემდეგ გამოყენებული იქნება ნიმუშების შესაქმნელად, რომლებიც გაანალიზდება UV-Vis სპექტროსკოპიის მსგავსი ტექნიკის გამოყენებით. შეიქმნება UV-Vis ინსტრუმენტის გამარტივებული ვერსია, რომელიც წარმოადგენს HPLC დეტექტორს. ამ ექსპერიმენტის საშუალებით თქვენ შეისწავლით ქრომატოგრაფიას, UV-Vis სპექტროსკოპიას, HPLC ინსტრუმენტის ფუნქციებს და Arduino Uno მიკროპროცესორს.

ნაბიჯი 3: შეაგროვეთ ეს მასალები

ქაღალდის ქრომატოგრაფიის მასალები:

• ქაღალდის პირსახოცები (roll 1-2 დოლარი თითო როლში)
• კბილის ჩხირები (~ 3 $ თითო ყუთში)
• კვების ფერები (~ 4 $ თითო ყუთში)
• იზოპროპილის ალკოჰოლი (~ 3 $ ბოთლში)
• სტეპლერი
• ფანქარი
• მმართველი
• თასი
• წყალი
• Მაკრატელი
• პლასტიკური შეფუთვა

არდუინოს მასალები:

• Arduino Uno ან მსგავსი მიკროპროცესორი (~ 15 $)
• ფოტორეზისტორი
• რეზისტორი (10 K ohms)
• მავთულები (მამაკაცი-კაცი)
• პურის დაფა (~ 5 $)

ინსტრუმენტის მასალები:

• ფანარი
• ზოგიერთი სახის გამჭვირვალე მინის მილი - შუშის შპრიცი გამოიყენება ამ მაგალითში
• სტიროფომის ნაჭერი შუაში ხვრელით
• ტუალეტის ქაღალდის რულეტი
• Წებოვანი ლენტი

ნაბიჯი 4: შეასრულეთ ქაღალდის ქრომატოგრაფია და შექმენით ნიმუშები

ქაღალდის ქრომატოგრაფია:

1. ქაღალდის პირსახოციდან ამოჭერით დაახლოებით 4x6 ინჩიანი ოთხკუთხედი.
2. ფანქრისა და ხაზის გამოყენებით, დახაზეთ ქაღალდის პირსახოცის გრძელი პირას პარალელურად ქვემოდან 1 სანტიმეტრით.
3. ფანქრის გამოყენებით დახაზეთ Xs ამ ხაზის გასწვრივ დაახლოებით 1/2 დან 3/4 ინჩამდე.
4. შექმენით საკვები შეღებვის ნარევები (ლურჯი+ყვითელი, ლურჯი+წითელი, წითელი+ყვითელი).
5. კბილის ჩხირის საშუალებით დახატეთ სურსათის ფერის ნარევები და სუფთა საკვები ფერები დახატულ X- ზე. თითოეული ფერი ან ნარევი იქნება წერტილოვანი მის საკუთარ X- ზე. დატოვეთ გაშრობა.
6. გააფართოვოს ქაღალდის პირსახოცი ცილინდრში, შემოიტანეთ მოკლე მხარეები. შეაერთეთ ეს ცილინდრი ერთად, დატოვეთ მცირე უფსკრული ქაღალდის პირსახოცის ორ მხარეს შორის.
7. დაამატეთ დაახლოებით 1/4 დუიმიანი წყალი ჭიქაში, რომელიც მოერგება თქვენს მიერ შექმნილ ცილინდრს.
8. ჩადეთ ცილინდრი ჭიქაში, წყლულოვანი წყლით ყველაზე ახლოს წყალთან.
9. თქვენ დაინახავთ, რომ წყალი შეიწოვება ქაღალდის პირსახოცში და საკვების ფერები დაიწყებენ ქაღალდის პირსახოცზე ასვლას.
10. როდესაც ქაღალდის პირსახოცზე წყლის ხაზი მიაღწევს დაახლოებით 3/4 ინჩს ზემოდან, ამოიღეთ ქაღალდის პირსახოცი ჭიქიდან. ამოიღეთ კავები და გააშრეთ სხვა ქაღალდის პირსახოცზე.

ნიმუშების შექმნა:

1. მას შემდეგ, რაც ქაღალდის პირსახოცი გაშრება, ამოიღეთ სხვადასხვა ფერის ლაქები როგორც ნარევებიდან, ასევე სუფთა საკვები შეღებვიდან.
2. დაამატეთ ეს ამოჭრილი ლაქები იზოპროპილის (რუბრიკის) სპირტს.
3. დაფარეთ ეს პლასტმასის გადასაფარებელი და დაელოდეთ გაჟღენთილს, სანამ ქაღალდის პირსახოციდან ფერის უმეტესობა არ მოიხსნება.
4. ეს იქნება ნიმუშები, რომლებიც გაანალიზდება UV-Vis სპექტროსკოპიის გამოყენებით.

ნაბიჯი 5: შეიკრიბეთ ელექტრონიკა

მიკროსქემის დიაგრამისა და დაფის დაყენების სურათის შემდეგ, მიამაგრეთ პურის დაფა არდუინოში.

თქვენ გამოიყენებთ შემდეგს Arduino– ზე:

• 5 ვ გამომავალი
• გრუნტი
• A0 გამომავალი

თქვენ გამოიყენებთ შემდეგ ნაწილებს:

• მამრობითი და მამრობითი ხაზები
• 10 K ohm რეზისტორი
• ფოტორეზისტორი

ნაბიჯი 6: შეაგროვეთ ინსტრუმენტი

1. შექმენით ნიმუშის მფლობელი

   • გამოიყენეთ სტიროფომის ნაჭერი, რომლის ცენტრში არის დიდი ხვრელი, რომ შეინახოთ თქვენი ნიმუში.
   • გახსენით ხვრელები ერთმანეთისგან სტიროფომის მხარეში იმდენად დიდი, რომ განთავსდეს ფოტორეზისტორი. მეორე ხვრელი იქნება სინათლის შეყვანა.
   • განათავსეთ ეს დაფაზე ფოტო რეზისტენტთან ერთად ერთ -ერთ ხვრელში.

2. შექმენით მილაკი, რომელიც ბლოკავს გარე შუქს

   • გამოიყენეთ ტუალეტის ქაღალდის რულეტი და ლენტი, რომლის ზედა ნაწილი დახურულია.
   • ეს დაჯდება ნიმუშის მფლობელზე გაზომვებისას არასასურველი სინათლის რაოდენობის შესამცირებლად.

ნაბიჯი 7: პროგრამირება ინსტრუმენტი

1. გამოიყენეთ მოწოდებული კოდი (UV_Vis_readings).
2. დაადასტურეთ კოდი.
3. ატვირთეთ კოდი არდუინოში.
4. შეამოწმეთ, რომ სერიული მონიტორის ფუნქცია მუშაობს იმის დანახვაზე, არის თუ არა უფრო დიდი რიცხვი, როდესაც ფოტორეზისტორი ექვემდებარება სინათლეს და მცირე რიცხვები, როდესაც რეზისტორი სიბნელეშია.

ნაბიჯი 8: შეამოწმეთ ინსტრუმენტი

1. ჩაასხით იზოპროპილის სპირტი შუშის მილში ან შპრიცში.
2. ჩაასხით მილაკი ნიმუშის დამჭერში, დარწმუნდით, რომ იგი შეესაბამება სტიროფომის ხვრელებს.
3. განათავსეთ ფანარი სინათლით, რომელიც შედის ერთ ხვრელში.
4. მოათავსეთ ტუალეტის ქაღალდი ზემოდან, რომ დაბლოკოს დამატებითი შუქი.
5. ჩართეთ SerialMonitor და ჩაწერეთ გაზომვა სტაბილურობის შემდეგ.
6. ეს მნიშვნელობა გადამცემია, მაგრამ საჭიროა გარდაქმნა.
7. გაამრავლეთ მნიშვნელობა (5/1024) ფაქტობრივი გამტარუნარიანობის (T) მისაღებად.
8. შეასრულეთ შემდეგი გაანგარიშება შთანთქმის მისაღებად: შთანთქმის = ჟურნალი (1/ტ).
9. ეს არის ცარიელის მნიშვნელობა.
10. გაიმეორეთ ნაბიჯები 1-8 თითოეული გამოყოფილი ნიმუშისთვის.
11. გამოაკელით ცარიელი შთამნთქმელი ამ მნიშვნელობებიდან, რათა გაითვალისწინოთ ფონის შუქი.
12. შეადარეთ შთანთქმები - ხედავთ რაიმე ტენდენციას? უფრო ინტენსიური ლაქები უფრო მაღალი იყო თუ დაბალი შთანთქმისას?

ნაბიჯი 9: გაუმჯობესება

სხვადასხვა მასალები:

• ყავის ფილტრები კარგი ჩანაცვლება იქნება ქაღალდის პირსახოცებისთვის.
• LED ნათურა შეიძლება დაპროგრამდეს კოდში, რათა გამოიყენოს როგორც წყარო სინათლის ნაცვლად ფანრის ნაცვლად.
• შუშის შპრიცის ნაცვლად შესაძლებელია გამოსაცვლელი მილების გამოყენება.

განცალკევების გაუმჯობესება:

ქაღალდის ქრომატოგრაფიის დროს შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა გამხსნელი, რათა გაუმჯობესდეს საკვები ფერების გამიჯვნა. ამის შემოწმება შესაძლებელია იმის დანახვა, თუ რა გამხსნელებმა გახადეს ფერების გამოყოფა საკვები ფერის ნარევებში. ასევე შესაძლებელია გამხსნელების ნარევების სხვადასხვა კოეფიციენტების შემოწმება

სხვა პროგრამები:

• მსგავსი ექსპერიმენტის ჩატარება შესაძლებელია მცენარეებისგან პიგმენტების გამოყოფით.
• სხვა ფერის ნივთიერებების ტესტირებაც შესაძლებელია.

ნაბიჯი 10: მითითებები

ამ პროექტის შთაგონება წარმოიშვა შემდეგი წყაროებიდან:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

დაფის დაყენებისა და კოდის შთაგონება:

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

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