Experiência de cromatografia em papel / UV-Vis com Arduino: 10 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Este experimento usa um microprocessador Arduino, junto com utensílios domésticos, para realizar um experimento de cromatografia em papel e analisar os resultados usando uma técnica semelhante à espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis). Este experimento pretende replicar vários aspectos de um instrumento HPLC (High Performance Liquid Chromatography), como a separação cromatográfica e a detecção UV-Vis. Você aprenderá muitas técnicas científicas com este experimento, bem como aprenderá sobre o microprocessador Arduino.

Etapa 1: demonstração de vídeo

Etapa 2: Objetivo

O objetivo deste experimento é replicar algumas das funções de um instrumento HPLC. O HPLC separa os compostos por meio de cromatografia líquida e usa UV-Vis como detector. Neste experimento, essas duas funções serão realizadas separadamente. A cromatografia em papel representará a cromatografia líquida em HPLC e será usada para separar misturas de corantes alimentares. Os corantes separados serão então usados para criar amostras que serão analisadas usando uma técnica semelhante à espectroscopia UV-Vis. Uma versão simplificada de um instrumento UV-Vis será criada e representará o detector do HPLC. Com este experimento, você aprenderá sobre cromatografia, espectroscopia UV-Vis, funções do instrumento HPLC e o microprocessador Arduino Uno.

Etapa 3: reúna esses suprimentos

Suprimentos para cromatografia em papel:

• Toalhas de papel (~ $ 1-2 por rolo)
• Palitos (~ $ 3 por caixa)
• Corantes alimentares (~ $ 4 por caixa)
• Álcool isopropílico (para esfregar) (~ $ 3 por garrafa)
• Agrafador
• Lápis
• Governante
• xícara
• Água
• Tesoura
• Envoltório plástico

Suprimentos Arduino:

• Arduino Uno ou microprocessador semelhante (~ $ 15)
• Fotorresistor
• Resistor (10 K ohms)
• Fios (macho-macho)
• Placa de ensaio (~ $ 5)

Suprimentos de instrumentos:

• Lanterna
• Algum tipo de tubo de vidro transparente - seringa de vidro usada neste exemplo
• Pedaço de isopor com orifício no meio
• Rolo de papel higiênico
• Fita adesiva

Etapa 4: Realizar cromatografia em papel e criar amostras

Cromatografia de papel:

1. Corte um retângulo de aproximadamente 10 x 15 cm em uma toalha de papel.
2. Usando um lápis e uma régua, desenhe uma linha reta paralela à borda mais longa da toalha de papel 1 polegada da parte inferior.
3. Usando um lápis, desenhe Xs ao longo desta linha com cerca de 1/2 a 3/4 polegadas de distância.
4. Crie misturas de corantes alimentares (azul + amarelo, azul + vermelho, vermelho + amarelo).
5. Usando um palito de dente, pontilhe as misturas de corantes alimentícios e os corantes alimentícios puros nos Xs desenhados. Cada cor ou mistura será pontilhada em seu próprio X. Deixe secar.
6. Enrole a toalha de papel em um cilindro, juntando os lados mais curtos. Grampeie este cilindro, deixando um pequeno espaço entre os dois lados da toalha de papel.
7. Adicione cerca de 1/4 de polegada de água a um copo que caiba no cilindro que você criou.
8. Coloque o cilindro no copo com o lado pontilhado mais próximo da água.
9. Você verá a água sendo absorvida pela toalha de papel e os corantes alimentares começarão a subir pela toalha de papel.
10. Quando a linha de água na toalha de papel atingir cerca de 3/4 polegadas do topo, remova a toalha de papel do copo. Remova os grampos e deixe secar em outra toalha de papel.

Criando as amostras:

1. Assim que a toalha de papel estiver seca, corte as diferentes manchas coloridas das misturas e do corante alimentar puro.
2. Adicione esses pontos cortados ao álcool isopropílico (para esfregar).
3. Cubra com filme plástico e deixe de molho até que a maior parte da cor tenha sido removida da toalha de papel.
4. Essas serão as amostras que serão analisadas por espectroscopia UV-Vis.

Etapa 5: montar os eletrônicos

Seguindo o diagrama de circuito e a imagem de configuração da placa, conecte a placa bread ao Arduino.

Você usará o seguinte no Arduino:

• Saída 5 V
• Chão
• Saída A0

Você usará as seguintes partes:

• Fios macho-macho
• Resistor de 10 K ohm
• Fotorresistor

Etapa 6: montar o instrumento

1. Crie um suporte de amostra
   • Use um pedaço de isopor com um orifício no centro grande o suficiente para conter sua amostra.
   • Faça orifícios um do outro nas laterais do isopor, grandes o suficiente para abrigar o fotorresistor. O outro buraco será a entrada de luz.
   • Defina isso na placa com fotoresistor em um dos orifícios.

2. Crie um tubo para bloquear a luz ambiente

   • Use um rolo de papel higiênico e fita adesiva na extremidade superior fechada.
   • Isso ficará sobre o suporte de amostra ao fazer medições para reduzir a quantidade de luz indesejada.

Etapa 7: programe o instrumento

1. Use o código fornecido (UV_Vis_readings).
2. Verifique o código.
3. Faça upload do código para o Arduino.
4. Verifique se a função do monitor serial está funcionando, vendo se números maiores estão presentes quando o fotorresistor é exposto à luz e números menores quando o resistor está no escuro.

Etapa 8: Teste o instrumento

1. Coloque álcool isopropílico em um tubo de vidro ou seringa.
2. Coloque o tubo no suporte de amostra, certificando-se de que esteja alinhado com os orifícios do isopor.
3. Posicione a lanterna com a luz entrando em um dos orifícios.
4. Coloque o rolo de papel higiênico por cima para bloquear a luz extra.
5. Ligue o SerialMonitor e registre a medição quando estiver estável.
6. Este valor é transmitância, mas precisa ser convertido.
7. Multiplique o valor por (5/1024) para obter a transmitância real (T).
8. Execute o seguinte cálculo para obter a absorbância: Absorbância = log (1 / T).
9. Este é o valor do branco.
10. Repita os passos 1-8 para cada amostra separada.
11. Subtraia a absorbância do branco desses valores para contabilizar a luz de fundo.
12. Compare as absorbâncias - Você vê alguma tendência? Os pontos mais intensos tinham maior ou menor absorção?

Etapa 9: melhorias

Materiais diferentes:

• Filtros de café seriam um bom substituto para toalhas de papel.
• Uma lâmpada LED pode ser programada no código para ser usada como fonte de luz, em vez de uma lanterna.
• Tubos de ensaio podem ser usados no lugar da seringa de vidro.

Melhorando a separação:

Diferentes solventes podem ser usados durante a cromatografia em papel para melhorar a separação dos corantes alimentares. Isso poderia ser testado verificando quais solventes tornaram a separação de cores nas misturas de corantes para alimentos mais óbvia. Diferentes proporções de misturas de solventes também podem ser testadas

Mais aplicativos:

• Um experimento semelhante pode ser realizado separando os pigmentos das plantas.
• Outras substâncias coloridas também podem ser testadas.

Etapa 10: Referências

A inspiração para este projeto veio das seguintes fontes:

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

www.scientificamerican.com/article/chromat…

A inspiração para a configuração e o código da placa veio de:

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

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