Expérience de chromatographie sur papier/UV-Vis avec Arduino : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Cette expérience utilise un microprocesseur Arduino, ainsi que des articles ménagers, pour effectuer une expérience de chromatographie sur papier et analyser les résultats à l'aide d'une technique similaire à la spectroscopie Ultraviolet-Visible (UV-Vis). Cette expérience est destinée à reproduire plusieurs aspects d'un instrument HPLC (Chromatographie Liquide Haute Performance), tels que la séparation chromatographique et la détection UV-Vis. Vous apprendrez de nombreuses techniques scientifiques avec cette expérience, ainsi que le microprocesseur Arduino.

Étape 1: Démonstration vidéo

Étape 2: Objectif

Le but de cette expérience est de reproduire certaines des fonctions d'un instrument HPLC. La HPLC sépare les composés par chromatographie liquide et utilise l'UV-Vis comme détecteur. Dans cette expérience, ces deux fonctions seront exécutées séparément. La chromatographie sur papier représentera la chromatographie liquide au sein de la HPLC et sera utilisée pour séparer des mélanges de colorants alimentaires. Les colorants séparés seront ensuite utilisés pour créer des échantillons qui seront analysés à l'aide d'une technique similaire à la spectroscopie UV-Vis. Une version simplifiée d'un instrument UV-Vis sera créée, et cela représentera le détecteur de la HPLC. Avec cette expérience, vous découvrirez la chromatographie, la spectroscopie UV-Vis, les fonctions des instruments HPLC et le microprocesseur Arduino Uno.

Étape 3: Rassemblez ces fournitures

Fournitures de chromatographie sur papier:

• Serviettes en papier (~ 1-2 $ par rouleau)
• Cure-dents (~ 3 $ par boîte)
• Colorants alimentaires (~4 $ par boîte)
• Alcool isopropylique (à friction) (~ 3 $ par bouteille)
• Agrafeuse
• Crayon
• Règle
• tasse
• L'eau
• Ciseaux
• Emballage plastique

Fournitures Arduino:

• Arduino Uno ou microprocesseur similaire (~$15)
• Photorésistance
• Résistance (10 K ohms)
• Fils (mâle-mâle)
• Planche à pain (~ 5 $)

Fournitures d'instruments:

• Lampe de poche
• Un certain type de tube en verre transparent - seringue en verre utilisée dans cet exemple
• Pièce en polystyrène avec trou au milieu
• Rouleau de papier toilette
• Ruban adhésif

Étape 4: Effectuer une chromatographie sur papier et créer des échantillons

Chromatographie sur papier:

1. Découpez un rectangle d'environ 4 x 6 pouces dans une serviette en papier.
2. À l'aide d'un crayon et d'une règle, tracez une ligne droite parallèle au bord le plus long de la serviette en papier à 1 pouce du bas.
3. À l'aide d'un crayon, tracez des X le long de cette ligne à environ 1/2 à 3/4 pouces de distance.
4. Créez des mélanges de colorants alimentaires (bleu+jaune, bleu+rouge, rouge+jaune).
5. À l'aide d'un cure-dent, parsemez les mélanges de colorants alimentaires et les colorants alimentaires purs sur les X dessinés. Chaque couleur ou mélange sera pointillé sur son propre X. Laisser sécher.
6. Rouler la serviette en papier dans un cylindre, en rapprochant les côtés les plus courts. Agrafez ce cylindre ensemble, en laissant un petit espace entre les deux côtés de la serviette en papier.
7. Ajoutez environ 1/4 de pouce d'eau dans une tasse qui s'adaptera au cylindre que vous avez créé.
8. Mettez le cylindre dans la tasse avec le côté pointillé le plus proche de l'eau.
9. Vous verrez l'eau s'absorber dans l'essuie-tout et les colorants alimentaires commenceront à remonter sur l'essuie-tout.
10. Lorsque la ligne d'eau sur la serviette en papier atteint environ 3/4 pouces du haut, retirez la serviette en papier de la tasse. Retirez les agrafes et laissez sécher à plat sur une autre serviette en papier.

Création des échantillons:

1. Une fois la serviette en papier sèche, découpez les différentes taches colorées à la fois dans les mélanges et dans le colorant alimentaire pur.
2. Ajoutez ces taches découpées à de l'alcool isopropylique (à friction).
3. Couvrez-le d'une pellicule plastique et laissez tremper jusqu'à ce que la majorité de la couleur ait été retirée de l'essuie-tout.
4. Ce seront les échantillons qui seront analysés par spectroscopie UV-Vis.

Étape 5: Assembler l'électronique

En suivant le schéma de circuit et l'image de configuration de la carte, câblez la planche à pain à l'Arduino.

Vous utiliserez les éléments suivants sur l'Arduino:

• sortie 5 V
• Sol
• sortie A0

Vous utiliserez les pièces suivantes:

• Fils mâle-mâle
• Résistance de 10 Kohms
• Photorésistance

Étape 6: Assembler l'instrument

1. Créer un porte-échantillon

   • Utilisez un morceau de mousse de polystyrène avec un trou au centre assez grand pour contenir votre échantillon.
   • Percez des trous l'un en face de l'autre dans les côtés de la mousse de polystyrène assez grands pour loger la photorésistance. L'autre trou sera l'entrée de lumière.
   • Placez-le sur la carte avec une photorésistance dans l'un des trous.

2. Créer un tube pour bloquer la lumière ambiante

   • Utilisez un rouleau de papier toilette et du ruban adhésif l'extrémité supérieure fermée.
   • Cela reposera sur le porte-échantillon lors de la prise de mesures pour réduire la quantité de lumière indésirable.

Étape 7: programmer l'instrument

1. Utilisez le code fourni (UV_Vis_readings).
2. Vérifiez le code.
3. Téléchargez le code sur l'Arduino.
4. Vérifiez que la fonction de moniteur série fonctionne en voyant si des nombres plus grands sont présents lorsque la photorésistance est exposée à la lumière et des nombres plus petits lorsque la résistance est dans l'obscurité.

Étape 8: Testez l'instrument

1. Mettez de l'alcool isopropylique dans un tube en verre ou une seringue.
2. Placez le tube dans le porte-échantillon, en vous assurant qu'il s'aligne avec les trous de la mousse de polystyrène.
3. Placez la lampe de poche avec la lumière entrant dans l'un des trous.
4. Placez le rouleau de papier toilette sur le dessus pour bloquer la lumière supplémentaire.
5. Allumez SerialMonitor et enregistrez la mesure une fois stable.
6. Cette valeur est la transmission, mais doit être convertie.
7. Multipliez la valeur par (5/1024) pour obtenir la transmission réelle (T).
8. Effectuez le calcul suivant pour obtenir l'absorbance: Absorbance = log (1/T).
9. C'est la valeur du blanc.
10. Répétez les étapes 1 à 8 pour chaque échantillon séparé.
11. Soustraire l'absorbance du blanc de ces valeurs pour tenir compte de la lumière de fond.
12. Comparez les absorbances - Voyez-vous des tendances ? Les taches les plus intenses étaient-elles plus ou moins absorbantes ?

Étape 9: Améliorations

Différents matériaux:

• Les filtres à café seraient un bon remplacement pour les serviettes en papier.
• Une ampoule LED pourrait être programmée dans le code pour être utilisée comme source de lumière, au lieu d'une lampe de poche.
• Des tubes à essai pourraient être utilisés à la place de la seringue en verre.

Amélioration de la séparation:

Différents solvants pourraient être utilisés lors de la chromatographie sur papier pour améliorer la séparation des colorants alimentaires. Cela pourrait être testé en voyant quels solvants rendaient plus évidente la séparation des couleurs dans les mélanges de colorants alimentaires. Différents rapports de mélanges de solvants pourraient également être testés

Plus d'applications:

• Une expérience similaire peut être réalisée en séparant les pigments des plantes.
• D'autres substances colorées pourraient également être testées.

Étape 10: Références

L'inspiration pour ce projet est venue des sources suivantes:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

L'inspiration pour la configuration et le code de la carte est venue de:

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

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