Arduino ile Kağıt Kromatografisi/UV-Vis Deneyi: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu deney, bir kağıt kromatografi deneyi gerçekleştirmek ve sonuçları Ultraviyole-Görünür (UV-Vis) spektroskopisine benzer bir teknik kullanarak analiz etmek için ev eşyalarıyla birlikte bir Arduino mikroişlemcisi kullanır. Bu deney, kromatografik ayırma ve UV-Vis tespiti gibi bir HPLC (Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi) cihazının çeşitli yönlerini kopyalamak içindir. Bu deney ile birçok bilimsel tekniği öğreneceğiniz gibi Arduino mikroişlemcisini de öğreneceksiniz.

1. Adım: Video Gösterimi

2. Adım: Amaç

Bu deneyin amacı, bir HPLC cihazının bazı işlevlerini tekrarlamaktır. HPLC, bileşikleri sıvı kromatografi yoluyla ayırır ve dedektör olarak UV-Vis kullanır. Bu deneyde, bu iki işlev ayrı ayrı gerçekleştirilecektir. Kağıt kromatografisi, HPLC içindeki sıvı kromatografisini temsil edecek ve gıda boyalarının karışımlarını ayırmak için kullanılacaktır. Ayrılan boyalar daha sonra UV-Vis spektroskopisine benzer bir teknik kullanılarak analiz edilecek numuneler oluşturmak için kullanılacaktır. Bir UV-Vis cihazının basitleştirilmiş bir versiyonu oluşturulacak ve bu, HPLC'nin dedektörünü temsil edecektir. Bu deneyle kromatografi, UV-Vis spektroskopisi, HPLC enstrüman fonksiyonları ve Arduino Uno mikroişlemci hakkında bilgi edineceksiniz.

3. Adım: Bu Malzemeleri Toplayın

Kağıt Kromatografi Malzemeleri:

• Kağıt havlular (rulo başına ~ 1-2$)
• Kürdan (kutu başına ~3$)
• Gıda renkleri (kutu başına ~4$)
• İzopropil (ovalama) alkol (şişe başına ~3$)
• Zımba
• Kalem
• Hükümdar
• Fincan
• Suçlu
• Makas
• Plastik ambalaj

Arduino Malzemeleri:

• Arduino Uno veya benzeri bir mikroişlemci (~15$)
• Fotodirenç
• Direnç (10 K ohm)
• Teller (erkek-erkek)
• Ekmek tahtası (~$5)

Enstrüman Malzemeleri:

• El feneri
• Bir tür şeffaf cam tüp - bu örnekte kullanılan cam şırınga
• Ortası delikli strafor parçası
• Tuvalet kağıdı rulosu
• Koli Bandı

Adım 4: Kağıt Kromatografisi Gerçekleştirin ve Örnekler Oluşturun

Kağıt kromatografisi:

1. Bir kağıt havludan kabaca 4x6 inçlik bir dikdörtgen kesin.
2. Bir kurşun kalem ve cetvel kullanarak, kağıt havlunun uzun kenarına alttan 1 inç paralel düz bir çizgi çizin.
3. Kurşun kalem kullanarak, bu çizgi boyunca yaklaşık 1/2 ila 3/4 inç aralıklarla X'ler çizin.
4. Gıda boyası karışımları oluşturun (mavi+sarı, mavi+kırmızı, kırmızı+sarı).
5. Bir kürdan kullanarak, çizilen X'lerin üzerine gıda boyası karışımlarını ve saf gıda boyalarını noktalayın. Her renk veya karışım kendi X'inin üzerine noktalı olarak yerleştirilecektir. Kurumasını bekleyin.
6. Kağıt havluyu kısa kenarları bir araya getirerek silindir şeklinde yuvarlayın. Kağıt havlunun iki tarafı arasında küçük bir boşluk bırakarak bu silindiri birbirine zımbalayın.
7. Oluşturduğunuz silindire uyacak bir bardağa kabaca 1/4 inç su ekleyin.
8. Silindiri, noktalı tarafı suya en yakın olacak şekilde bardağa koyun.
9. Suyun kağıt havluya çekildiğini göreceksiniz ve gıda boyaları kağıt havlu üzerinde ilerlemeye başlayacak.
10. Kağıt havlu üzerindeki su çizgisi üstten yaklaşık 3/4 inç'e ulaştığında kağıt havluyu bardaktan çıkarın. Zımbaları çıkarın ve başka bir kağıt havlu üzerinde düz bir şekilde kurumasını bekleyin.

Örneklerin oluşturulması:

1. Kağıt havlu kuruduğunda, hem karışımlardan hem de saf gıda boyasından farklı renkli noktaları kesin.
2. Bu kesik noktaları izopropil (sürtünme) alkole ekleyin.
3. Bunu plastik sargı ile örtün ve rengin çoğu kağıt havludan çıkana kadar ıslanmasına izin verin.
4. Bunlar, UV-Vis spektroskopisi kullanılarak analiz edilecek örnekler olacaktır.

Adım 5: Elektroniği Birleştirin

Devre şemasını ve kart kurulum görüntüsünü izleyerek breadboard'u Arduino'ya bağlayın.

Arduino'da aşağıdakileri kullanacaksınız:

• 5 V çıkış
• Zemin
• A0 çıkışı

Aşağıdaki parçaları kullanacaksınız:

• Erkek-erkek teller
• 10 K ohm direnç
• Fotodirenç

Adım 6: Enstrümanı Birleştirin

1. Örnek tutucu oluşturun

   • Numunenizi tutacak kadar büyük, ortasında bir delik bulunan bir parça strafor kullanın.
   • Fotodirenci barındıracak kadar büyük olan straforun yan taraflarında karşılıklı delikler açın. Diğer delik ışık girişi olacaktır.
   • Bunu, deliklerden birinde fotodirenç bulunan tahtaya yerleştirin.

2. Ortam ışığını engellemek için bir tüp oluşturun

   • Üst ucu kapalı bir tuvalet kağıdı rulosu ve koli bandı kullanın.
   • Bu, istenmeyen ışık miktarını azaltmak için ölçüm yaparken numune tutucunun üzerine oturacaktır.

Adım 7: Enstrümanı Programlayın

1. Sağlanan kodu kullanın (UV_Vis_readings).
2. Kodu doğrulayın.
3. Kodu Arduino'ya yükleyin.
4. Fotodirenç ışığa maruz kaldığında daha büyük sayıların ve direnç karanlıktayken daha küçük sayıların mevcut olup olmadığını görerek seri izleme işlevinin çalıştığını kontrol edin.

Adım 8: Enstrümanı Test Edin

1. İzopropil alkolü cam tüp veya şırıngaya koyun.
2. Tüpü, strafordaki deliklerle hizalandığından emin olarak numune tutucuya koyun.
3. El fenerini deliklerden birine ışık girecek şekilde yerleştirin.
4. Fazla ışığı engellemek için tuvalet kağıdı rulosunu üste yerleştirin.
5. SerialMonitor'u açın ve ölçümü stabil olduğunda kaydedin.
6. Bu değer geçirgenliktir, ancak dönüştürülmesi gerekir.
7. Gerçek geçirgenliği (T) elde etmek için değeri (5/1024) ile çarpın.
8. Absorbans elde etmek için aşağıdaki hesaplamayı yapın: Absorbans = log (1/T).
9. Bu, boşluğun değeridir.
10. Ayrılan her numune için 1-8 arasındaki adımları tekrarlayın.
11. Arka plan ışığını hesaba katmak için bu değerlerden boşluğun absorbansını çıkarın.
12. Absorbansları karşılaştırın - Herhangi bir trend görüyor musunuz? Daha yoğun noktalar absorbansta daha mı yüksek veya daha düşüktü?

9. Adım: İyileştirmeler

Farklı malzemeler:

• Kahve filtreleri kağıt havlular için iyi bir alternatif olacaktır.
• Bir el feneri yerine kaynak ışık olarak kullanmak için koda bir LED ampul programlanabilir.
• Cam şırınga yerine test tüpleri kullanılabilir.

Ayrıştırmanın iyileştirilmesi:

Gıda renklerinin ayrılmasını iyileştirmek için kağıt kromatografisi sırasında farklı çözücüler kullanılabilir. Bu, gıda boyası karışımlarında hangi çözücülerin renk ayrımını daha belirgin hale getirdiğini görerek test edilebilir. Çözücü karışımlarının farklı oranları da test edilebilir

Daha fazla uygulama:

• Benzer bir deney, pigmentleri bitkilerden ayırarak yapılabilir.
• Diğer renkli maddeler de test edilebilir.

Adım 10: Referanslar

Bu proje için ilham aşağıdaki kaynaklardan geldi:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

Pano kurulumu ve kodu için ilham kaynağı:

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

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