تجربة الكروماتوغرافيا الورقية / الأشعة فوق البنفسجية المرئية باستخدام الأردوينو: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

تستخدم هذه التجربة معالجًا دقيقًا من Arduino ، جنبًا إلى جنب مع الأدوات المنزلية ، لإجراء تجربة كروماتوجرافيا الورق وتحليل النتائج باستخدام تقنية مشابهة للتحليل الطيفي فوق البنفسجي المرئي (UV-Vis). تهدف هذه التجربة إلى تكرار العديد من جوانب أداة HPLC (كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء) ، مثل الفصل الكروماتوجرافي واكتشاف UV-Vis. سوف تتعلم العديد من التقنيات العلمية من خلال هذه التجربة ، بالإضافة إلى التعرف على معالج Arduino الدقيق.

الخطوة 1: عرض فيديو

الخطوة 2: الغرض

الغرض من هذه التجربة هو تكرار بعض وظائف جهاز HPLC. يفصل HPLC المركبات من خلال كروماتوجرافيا سائلة ويستخدم الأشعة المرئية وفوق البنفسجية ككاشف. في هذه التجربة ، سيتم تنفيذ هاتين الوظيفتين بشكل منفصل. سيمثل كروماتوغرافيا الورق الكروماتوغرافيا السائلة داخل HPLC وسيتم استخدامها لفصل خلائط أصباغ الطعام. سيتم بعد ذلك استخدام الأصباغ المنفصلة لإنشاء عينات سيتم تحليلها باستخدام تقنية مشابهة للتحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية. سيتم إنشاء نسخة مبسطة من أداة UV-Vis ، وهذا سيمثل كاشف HPLC. من خلال هذه التجربة ، سوف تتعلم المزيد عن التحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية ووظائف جهاز HPLC والمعالج الدقيق Arduino Uno.

الخطوة الثالثة: اجمع هذه المستلزمات

مستلزمات الكروماتوغرافيا الورقية:

• مناشف ورقية (حوالي 1-2 دولار لكل لفة)
• المسواك (حوالي 3 دولارات لكل صندوق)
• ألوان الطعام (حوالي 4 دولارات لكل صندوق)
• كحول الأيزوبروبيل (المحمر) (حوالي 3 دولارات للزجاجة)
• كابسة ورق
• قلم
• مسطرة
• فنجان
• ماء
• مقص
• غلاف بلاستيكي

مستلزمات اردوينو:

• Arduino Uno أو معالج دقيق مشابه (~ 15 دولارًا)
• مقاوم ضوئي
• المقاوم (10 كيلو اوم)
• الأسلاك (ذكر - ذكر)
• اللوح (~ 5 دولارات)

لوازم الصك:

• مصباح يدوي
• نوع من الأنبوب الزجاجي الشفاف - حقنة زجاجية مستخدمة في هذا المثال
• قطعة من الستايروفوم بفتحة في المنتصف
• لفة مناديل المراحيض
• شريط لاصق

الخطوة 4: إجراء كروماتوغرافيا الورق وإنشاء عينات

اللوني ورقة:

1. قص مستطيلًا مقاس 4 × 6 بوصة تقريبًا من منشفة ورقية.
2. باستخدام قلم رصاص ومسطرة ، ارسم خطًا مستقيمًا موازٍ للحافة الأطول للمنشفة الورقية على بعد بوصة واحدة من الأسفل.
3. باستخدام قلم رصاص ، ارسم Xs على طول هذا الخط تقريبًا 1/2 إلى 3/4 بوصات.
4. اصنع خليطًا من ألوان الطعام (أزرق + أصفر ، أزرق + أحمر ، أحمر + أصفر).
5. باستخدام المسواك ، قم بتقطيع خليط ألوان الطعام وألوان الطعام النقية على علامات X المرسومة. سيتم وضع كل لون أو خليط على علامة X الخاصة به. اتركه حتى يجف.
6. قم بلف المنشفة الورقية على شكل أسطوانة ، مع تجميع الجوانب القصيرة معًا. قم بتدبيس هذه الأسطوانة معًا ، مع ترك فجوة صغيرة بين جانبي المنشفة الورقية.
7. أضف ما يقرب من 1/4 بوصة من الماء إلى كوب يناسب الأسطوانة التي صنعتها.
8. ضع الأسطوانة في الكوب بحيث يكون الجانب المنقط أقرب إلى الماء.
9. ستلاحظ امتصاص الماء في المنشفة الورقية ، وستبدأ ألوان الطعام في التحرك لأعلى المنشفة الورقية.
10. عندما يصل خط الماء على المنشفة الورقية إلى حوالي 3/4 بوصات من الأعلى ، قم بإزالة المنشفة الورقية من الكوب. قم بإزالة الدبابيس واتركها تجف على منشفة ورقية أخرى.

تكوين العينات:

1. بمجرد أن تجف المنشفة الورقية ، اقطع البقع الملونة المختلفة من الخليط وملون الطعام النقي.
2. أضف هذه البقع المقطوعة إلى كحول الأيزوبروبيل (المحمر).
3. قم بتغطية هذا بغلاف بلاستيكي واتركه ينقع حتى تتم إزالة غالبية اللون من المنشفة الورقية.
4. ستكون هذه هي العينات التي سيتم تحليلها باستخدام التحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية.

الخطوة 5: قم بتجميع الإلكترونيات

باتباع مخطط الدائرة وصورة إعداد اللوحة ، قم بتوصيل لوحة الخبز بـ Arduino.

سوف تستخدم ما يلي على Arduino:

• 5 فولت الإخراج
• أرضي
• خرج A0

سوف تستخدم الأجزاء التالية:

• أسلاك ذكر ذكر
• 10 كيلو أوم المقاوم
• مقاوم ضوئي

الخطوة 6: قم بتجميع الآلة

1. قم بإنشاء حامل عينة

   • استخدم قطعة من الستايروفوم مع فتحة في المنتصف كبيرة بما يكفي لحمل عينتك.
   • اصنع ثقوبًا من بعضها البعض في جوانب الستايروفوم كبيرة بما يكفي لإيواء المقاوم الضوئي. ستكون الفتحة الأخرى هي مدخلات الضوء.
   • ضع هذا على السبورة باستخدام المقاوم الضوئي في إحدى الثقوب.

2. قم بإنشاء أنبوب لحجب الضوء المحيط

   • استخدم لفافة ورق التواليت وشريط لاصق عند إغلاق الطرف العلوي.
   • سيجلس هذا فوق حامل العينة عند إجراء القياسات لتقليل كمية الضوء غير المرغوب فيه.

الخطوة 7: برمجة الجهاز

1. استخدم الكود المقدم (UV_Vis_readings).
2. تحقق من الرمز.
3. قم بتحميل الكود إلى Arduino.
4. تحقق من أن وظيفة الشاشة التسلسلية تعمل من خلال معرفة ما إذا كانت هناك أعداد أكبر موجودة عند تعرض المقاوم الضوئي للضوء وأرقام أصغر عندما يكون المقاوم في الظلام.

الخطوة 8: اختبر الجهاز

1. ضع كحول الأيزوبروبيل في أنبوب زجاجي أو حقنة.
2. ضع الأنبوب في حامل العينة ، وتأكد من محاذاته مع الثقوب الموجودة في الستايروفوم.
3. ضع مصباح يدوي مع دخول الضوء إلى إحدى الثقوب.
4. ضع لفة ورق التواليت فوقها لمنع الضوء الإضافي.
5. قم بتشغيل SerialMonitor وقم بتسجيل القياس بمجرد استقراره.
6. هذه القيمة هي النفاذية ، ولكن يجب تحويلها.
7. اضرب القيمة في (5/1024) لتحصل على النفاذية الفعلية (T).
8. قم بإجراء العمليات الحسابية التالية للحصول على الامتصاصية: الامتصاصية = السجل (1 / T).
9. هذه هي قيمة الفراغ.
10. كرر الخطوات من 1 إلى 8 لكل عينة منفصلة.
11. اطرح امتصاص الفراغ من هذه القيم لحساب ضوء الخلفية.
12. قارن بين الامتصاص - هل ترى أي اتجاهات؟ هل كانت البقع الأكثر شدة أعلى أم أقل في الامتصاص؟

الخطوة 9: التحسينات

مواد مختلفة:

• قد تكون فلاتر القهوة بديلاً جيدًا للمناشف الورقية.
• يمكن برمجة مصباح LED في الكود لاستخدامه كمصدر للضوء ، بدلاً من مصباح يدوي.
• يمكن استخدام أنابيب الاختبار بدلاً من الحقنة الزجاجية.

تحسين الانفصال:

يمكن استخدام مذيبات مختلفة أثناء الفصل الكروماتوجرافي للورق لتحسين فصل ألوان الطعام. يمكن اختبار ذلك من خلال معرفة المذيبات التي جعلت فصل الألوان في خلائط ألوان الطعام أكثر وضوحًا. يمكن أيضًا اختبار نسب مختلفة من مخاليط المذيبات

المزيد من التطبيقات:

• يمكن إجراء تجربة مماثلة بفصل الأصباغ عن النباتات.
• يمكن أيضًا اختبار المواد الملونة الأخرى.

الخطوة 10: المراجع

جاء الإلهام لهذا المشروع من المصادر التالية:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

جاء الإلهام لإعداد اللوحة والرمز من:

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

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