Thử nghiệm sắc ký giấy / UV-Vis với Arduino: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Thí nghiệm này sử dụng một bộ vi xử lý Arduino, cùng với các vật dụng trong nhà, để thực hiện thí nghiệm sắc ký giấy và phân tích kết quả bằng một kỹ thuật tương tự như quang phổ UV-Vis). Thí nghiệm này nhằm tái tạo một số khía cạnh của thiết bị HPLC (Sắc ký lỏng hiệu suất cao), chẳng hạn như tách sắc ký và phát hiện UV-Vis. Bạn sẽ học được nhiều kỹ thuật khoa học với thí nghiệm này, cũng như tìm hiểu về bộ vi xử lý Arduino.

Bước 1: Trình diễn Video

Bước 2: Mục đích

Mục đích của thí nghiệm này là tái tạo một số chức năng của thiết bị HPLC. HPLC tách các hợp chất thông qua sắc ký lỏng và sử dụng UV-Vis như một máy dò. Trong thí nghiệm này, hai chức năng này sẽ được thực hiện riêng biệt. Sắc ký giấy sẽ đại diện cho sắc ký lỏng trong HPLC và sẽ được sử dụng để tách hỗn hợp thuốc nhuộm thực phẩm. Thuốc nhuộm được tách ra sau đó sẽ được sử dụng để tạo ra các mẫu sẽ được phân tích bằng kỹ thuật tương tự như quang phổ UV-Vis. Một phiên bản đơn giản của thiết bị UV-Vis sẽ được tạo ra và điều này sẽ đại diện cho máy dò của HPLC. Với thí nghiệm này, bạn sẽ tìm hiểu về sắc ký, quang phổ UV-Vis, chức năng của thiết bị HPLC và bộ vi xử lý Arduino Uno.

Bước 3: Thu thập các nguồn cung cấp này

Nguồn cung cấp sắc ký giấy:

• Khăn giấy (~ $ 1-2 mỗi cuộn)
• Tăm (~ $ 3 mỗi hộp)
• Màu thực phẩm (~ $ 4 mỗi hộp)
• Cồn isopropyl (tẩy rửa) (~ $ 3 mỗi chai)
• Bấm kim
• Bút chì
• Cái thước kẻ
• tách
• Nước
• Cây kéo
• Bọc nhựa

Nguồn cung cấp Arduino:

• Arduino Uno hoặc bộ vi xử lý tương tự (~ $ 15)
• Điện trở quang
• Điện trở (10 K ohms)
• Dây (đực-đực)
• Breadboard (~ $ 5)

Dụng cụ cung cấp:

• Đèn pin
• Một số loại ống thủy tinh trong suốt - ống tiêm thủy tinh được sử dụng trong ví dụ này
• Miếng xốp có lỗ ở giữa
• Cuộn giấy vệ sinh
• Băng keo

Bước 4: Thực hiện sắc ký giấy & tạo mẫu

Sắc ký giấy:

1. Cắt một hình chữ nhật khoảng 4x6 inch từ một chiếc khăn giấy.
2. Dùng bút chì và thước kẻ, vẽ một đường thẳng song song với cạnh dài hơn của khăn giấy cách đáy 1 inch.
3. Sử dụng bút chì, vẽ các X dọc theo đường này cách nhau khoảng 1/2 đến 3/4 inch.
4. Tạo hỗn hợp màu thực phẩm (xanh lam + vàng, xanh lam + đỏ, đỏ + vàng).
5. Dùng tăm chấm hỗn hợp màu thực phẩm và màu thực phẩm nguyên chất lên chữ X đã vẽ. Mỗi màu hoặc hỗn hợp sẽ được chấm lên X. Để khô.
6. Cuộn khăn giấy thành hình trụ, kéo các cạnh ngắn hơn lại với nhau. Ghim hình trụ này lại với nhau, chừa một khoảng trống nhỏ giữa hai mặt khăn giấy.
7. Thêm khoảng 1/4 inch nước vào cốc vừa với hình trụ mà bạn đã tạo.
8. Đặt hình trụ vào cốc có mặt chấm gần mặt nước nhất.
9. Bạn sẽ thấy nước thấm vào khăn giấy, và màu thực phẩm sẽ bắt đầu di chuyển lên khăn giấy.
10. Khi dòng nước trên khăn giấy cách đỉnh khoảng 3/4 inch, lấy khăn giấy ra khỏi cốc. Tháo các kim ghim và để khô phẳng trên một chiếc khăn giấy khác.

Tạo các mẫu:

1. Sau khi khăn giấy khô, hãy cắt bỏ các đốm màu khác nhau từ hỗn hợp và màu thực phẩm nguyên chất.
2. Thêm những vết cắt này vào cồn isopropyl (tẩy rửa).
3. Dùng màng bọc thực phẩm bọc lại và để cho ngấm cho đến khi phần lớn màu trôi ra khỏi khăn giấy.
4. Đây sẽ là những mẫu sẽ được phân tích bằng quang phổ UV-Vis.

Bước 5: Lắp ráp các thiết bị điện tử

Theo sơ đồ mạch và hình ảnh thiết lập bảng, đấu dây bảng mạch bánh mì vào Arduino.

Bạn sẽ sử dụng những thứ sau trên Arduino:

• Đầu ra 5 V
• Đất
• Đầu ra A0

Bạn sẽ sử dụng các phần sau:

• Dây đực-đực
• Điện trở 10 K ohm
• Điện trở quang

Bước 6: Lắp ráp thiết bị

1. Tạo một ngăn chứa mẫu

   • Sử dụng một miếng xốp có lỗ ở giữa đủ lớn để chứa mẫu của bạn.
   • Chọc các lỗ đối diện nhau ở các mặt của tấm xốp đủ lớn để chứa điện trở quang. Lỗ còn lại sẽ là đầu vào ánh sáng.
   • Đặt cái này trên bảng bằng điện trở quang ở một trong các lỗ.

2. Tạo một ống để chặn ánh sáng xung quanh

   • Dùng cuộn giấy vệ sinh và băng keo đóng đầu trên lại.
   • Điều này sẽ nằm trên giá đỡ mẫu khi thực hiện các phép đo để giảm lượng ánh sáng không mong muốn.

Bước 7: Lập trình công cụ

1. Sử dụng mã được cung cấp (UV_Vis_readings).
2. Xác minh mã.
3. Tải mã lên Arduino.
4. Kiểm tra xem chức năng màn hình nối tiếp có hoạt động hay không bằng cách xem các số lớn hơn có xuất hiện khi điện trở quang tiếp xúc với ánh sáng hay không và các số nhỏ hơn khi điện trở ở trong bóng tối.

Bước 8: Kiểm tra thiết bị

1. Cho rượu isopropyl vào ống thủy tinh hoặc ống tiêm.
2. Đặt ống vào ngăn chứa mẫu, đảm bảo ống thẳng hàng với các lỗ trên thùng xốp.
3. Định vị đèn pin với ánh sáng lọt vào một trong các lỗ.
4. Đặt cuộn giấy vệ sinh lên trên để cản bớt ánh sáng.
5. Bật SerialMonitor và ghi lại kết quả đo khi ổn định.
6. Giá trị này là hệ số truyền, nhưng cần được chuyển đổi.
7. Nhân giá trị với (5/1024) để có được truyền thực tế (T).
8. Thực hiện phép tính sau để có độ hấp thụ: Độ hấp thụ = log (1 / T).
9. Đây là giá trị của ô trống.
10. Lặp lại các bước 1-8 cho từng mẫu đã tách.
11. Lấy các giá trị này trừ độ hấp thụ của mẫu trắng để tính cho ánh sáng nền.
12. So sánh độ hấp thụ - Bạn có thấy bất kỳ xu hướng nào không? Các điểm dữ dội hơn có độ hấp thụ cao hơn hay thấp hơn?

Bước 9: Cải tiến

Chất liệu khác nhau:

• Bộ lọc cà phê sẽ là một sự thay thế tốt cho khăn giấy.
• Một bóng đèn LED có thể được lập trình thành mã để sử dụng làm đèn nguồn, thay vì đèn pin.
• Có thể sử dụng ống nghiệm thay cho ống tiêm thủy tinh.

Cải thiện sự tách biệt:

Các dung môi khác nhau có thể được sử dụng trong quá trình sắc ký giấy để cải thiện sự phân tách của màu thực phẩm. Điều này có thể được kiểm tra bằng cách xem dung môi nào làm cho sự phân tách màu sắc trong hỗn hợp màu thực phẩm rõ ràng hơn. Các tỷ lệ hỗn hợp dung môi khác nhau cũng có thể được kiểm tra

Các ứng dụng khác:

• Một thí nghiệm tương tự có thể được thực hiện bằng cách tách các sắc tố từ thực vật.
• Các chất màu khác cũng có thể được kiểm tra.

Bước 10: Tham khảo

Cảm hứng cho dự án này đến từ các nguồn sau:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Cảm hứng cho việc thiết lập bảng và mã đến từ:

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

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