Experimento de cromatografía de papel / UV-Vis con Arduino: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este experimento utiliza un microprocesador Arduino, junto con artículos domésticos, para realizar un experimento de cromatografía en papel y analizar los resultados utilizando una técnica similar a la espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis). Este experimento pretende replicar varios aspectos de un instrumento de HPLC (cromatografía líquida de alto rendimiento), como la separación cromatográfica y la detección UV-Vis. Aprenderá muchas técnicas científicas con este experimento, además de aprender sobre el microprocesador Arduino.

Paso 1: demostración en video

Paso 2: propósito

El propósito de este experimento es replicar algunas de las funciones de un instrumento de HPLC. La HPLC separa los compuestos mediante cromatografía líquida y utiliza UV-Vis como detector. En este experimento, estas dos funciones se realizarán por separado. La cromatografía en papel representará la cromatografía líquida dentro de HPLC y se utilizará para separar mezclas de colorantes alimentarios. Los tintes separados se utilizarán para crear muestras que se analizarán mediante una técnica similar a la espectroscopia UV-Vis. Se creará una versión simplificada de un instrumento UV-Vis, que representará el detector de la HPLC. Con este experimento, aprenderá acerca de la cromatografía, la espectroscopia UV-Vis, las funciones del instrumento HPLC y el microprocesador Arduino Uno.

Paso 3: Reúna estos suministros

Suministros de cromatografía de papel:

• Toallas de papel (~ $ 1-2 por rollo)
• Palillos de dientes (~ $ 3 por caja)
• Colorantes alimentarios (~ $ 4 por caja)
• Alcohol isopropílico (para frotar) (~ $ 3 por botella)
• Engrapadora
• Lápiz
• Gobernante
• taza
• Agua
• Tijeras
• Envoltura de plástico

Suministros Arduino:

• Arduino Uno o microprocesador similar (~ $ 15)
• Fotorresistencia
• Resistencia (10 K ohmios)
• Cables (macho-macho)
• Tablero de pruebas (~ $ 5)

Suministros de instrumentos:

• Linterna
• Algún tipo de tubo de vidrio transparente: jeringa de vidrio utilizada en este ejemplo
• Pieza de espuma de poliestireno con agujero en el medio
• Rollo de papel de baño
• Cinta adhesiva

Paso 4: Realice una cromatografía en papel y cree muestras

Cromatografía en papel:

1. Corta un rectángulo de aproximadamente 4 x 6 pulgadas de una toalla de papel.
2. Con un lápiz y una regla, dibuje una línea recta paralela al borde más largo de la toalla de papel a 1 pulgada de la parte inferior.
3. Con lápiz, dibuje las X a lo largo de esta línea con una separación aproximada de 1/2 a 3/4 de pulgada.
4. Cree mezclas de colorantes alimentarios (azul + amarillo, azul + rojo, rojo + amarillo).
5. Con un palillo de dientes, salpique las mezclas de colorantes alimentarios y los colorantes alimentarios puros sobre las X dibujadas. Cada color o mezcla se salpicará en su propia X. Deje secar.
6. Enrolla la toalla de papel en un cilindro, juntando los lados más cortos. Engrape este cilindro, dejando un pequeño espacio entre los dos lados de la toalla de papel.
7. Agregue aproximadamente 1/4 de pulgada de agua a una taza que se ajuste al cilindro que creó.
8. Coloque el cilindro en la taza con el lado punteado más cercano al agua.
9. Verá que el agua se absorbe en la toalla de papel y los colores de los alimentos comenzarán a viajar por la toalla de papel.
10. Cuando la línea de agua en la toalla de papel alcance aproximadamente 3/4 de pulgada desde la parte superior, retire la toalla de papel del vaso. Retire las grapas y deje secar sobre otra toalla de papel.

Creando las muestras:

1. Una vez que la toalla de papel esté seca, corte las manchas de diferentes colores tanto de las mezclas como del colorante alimentario puro.
2. Agregue estos puntos recortados al alcohol isopropílico (para frotar).
3. Cúbralo con una envoltura de plástico y déjelo en remojo hasta que se haya eliminado la mayor parte del color de la toalla de papel.
4. Estas serán las muestras que se analizarán mediante espectroscopia UV-Vis.

Paso 5: ensamble la electrónica

Siguiendo el diagrama del circuito y la imagen de configuración de la placa, conecte la placa de pruebas al Arduino.

Utilizará lo siguiente en Arduino:

• Salida de 5 V
• Suelo
• Salida A0

Utilizará las siguientes partes:

• Cables macho-macho
• Resistencia de 10 K ohmios
• Fotorresistencia

Paso 6: ensamble el instrumento

1. Crear un portamuestras

   • Use un trozo de espuma de poliestireno con un agujero en el centro lo suficientemente grande para contener su muestra.
   • Haga agujeros uno frente al otro en los lados de la espuma de poliestireno lo suficientemente grandes como para albergar el fotorresistor. El otro agujero será la entrada de luz.
   • Coloque esto en la placa con fotorresistencia en uno de los orificios.

2. Crea un tubo para bloquear la luz ambiental

   • Use un rollo de papel higiénico y cinta adhesiva con el extremo superior cerrado.
   • Esto se colocará sobre el portamuestras al tomar medidas para reducir la cantidad de luz no deseada.

Paso 7: programe el instrumento

1. Utilice el código proporcionado (UV_Vis_readings).
2. Verifica el código.
3. Sube el código al Arduino.
4. Verifique que la función del monitor en serie esté funcionando viendo si hay números más grandes cuando la fotorresistencia está expuesta a la luz y números más pequeños cuando la resistencia está en la oscuridad.

Paso 8: Pruebe el instrumento

1. Ponga alcohol isopropílico en un tubo de vidrio o una jeringa.
2. Coloque el tubo en el portamuestras, asegurándose de que quede alineado con los orificios de la espuma de poliestireno.
3. Coloque la linterna con la luz entrando en uno de los orificios.
4. Coloque el rollo de papel higiénico sobre la parte superior para bloquear la luz adicional.
5. Encienda SerialMonitor y registre la medición una vez estable.
6. Este valor es transmitancia, pero debe convertirse.
7. Multiplique el valor por (5/1024) para obtener la transmitancia real (T).
8. Realice el siguiente cálculo para obtener la absorbancia: Absorbancia = log (1 / T).
9. Este es el valor del espacio en blanco.
10. Repita los pasos 1-8 para cada muestra separada.
11. Reste la absorbancia del blanco de estos valores para tener en cuenta la luz de fondo.
12. Compare las absorbancias - ¿Ve alguna tendencia? ¿Los puntos más intensos tenían mayor o menor absorbancia?

Paso 9: mejoras

Diferentes materiales:

• Los filtros de café serían un buen reemplazo para las toallas de papel.
• Se puede programar una bombilla LED en el código para usarla como fuente de luz, en lugar de una linterna.
• Se pueden usar tubos de ensayo en lugar de la jeringa de vidrio.

Mejorando la separación:

Se podrían utilizar diferentes disolventes durante la cromatografía en papel para mejorar la separación de los colores de los alimentos. Esto podría probarse viendo qué disolventes hicieron más obvia la separación de colores en las mezclas de colorantes alimentarios. También se podrían probar diferentes proporciones de mezclas de disolventes

Más aplicaciones:

• Se puede realizar un experimento similar separando los pigmentos de las plantas.
• También se podrían probar otras sustancias coloreadas.

Paso 10: referencias

La inspiración para este proyecto provino de las siguientes fuentes:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

La inspiración para la configuración y el código de la placa provino de:

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

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