Научные руководители: Колясников Олег Владимирович, СУНЦ МГУ; Колясников Андрей Олегович, студент НИУ “МЭИ”
Наука выходит на новый уровень технического развития, а вместе с тем и в средней школе становится возможным наглядно демонстрировать эксперименты, используя цифровое оборудование.
Целью работы является создание автоматизированной модели жидкостного хроматографа, способной решить проблему контроля процесса разделения смесей веществ и анализа полученных результатов [1].
К задачам работы относятся:
- Определение требований, выдвигаемых к составляющим системы;
- Разработка процедуры наиболее эффективного ввода смесей и анализа полученных результатов с помощью имеющегося оборудования при минимальном вмешательстве человека в работу системы;
- Создание модели автоматизированного жидкостного хроматографа, которую можно использовать как для демонстрации эксперимента на уроках химии в школе, так и в исследовательской деятельности.
В ходе работы над проектом была разработана модель жидкостного хроматографа, представляющая собой систему, состоящую из насоса для подачи воздуха в колонку с пробкой, хроматографической колонки с фильтрующим дном и краном, коллектора и пары датчиков оптической плотности, позволяющих быстро расшифровать полученные результаты и преобразовать их в хроматограмму [2]. Коллектор и датчики работают под управлением контроллера Arduino. Элюат собирается в стандартные пластиковые фотометрические кюветы 1х1 см, вставленные в пластиковый диск на 20 ячеек.
Для подтверждения работоспособности сконструированной хроматографической системы было проведено разделение модельных смесей синтетических красителей на основе бриллиантового зеленого, метилового оранжевого, акридинового красного, эозина, метилового красного, родамина C и пиронина Б.
Для проведения экспериментов хроматографическая колонка объемом 60 мл была заполнена 9 г нейтрального оксида алюминия (Al₂O₃) по Брокману для хроматографии, который выступает в качестве сорбента. Выбор подвижной фазы зависел от разделяемых красителей, в общем случае в качестве элюента были использованы этиловый спирт или дистиллированная вода. Коллектор фракций действовал следующим образом: при старте алгоритма происходила перезагрузка датчика и его дальнейшая калибровка по растворителю в первой кювете. После окончания калибровки происходило последовательное заполнение кювет элюированными фракциями с колонки; когда диск делал полный круг (все кюветы заполнены), выход с колонки перекрывался и происходил анализ полученных проб с помощью одного или двух датчиков оптической плотности на 590 и 525 нм.
В результате работы была собрана автоматизированная система жидкостного хроматографа. Работоспособность устройства показана на разделении смесей бриллиантового зеленого с другими красителями.
Список использованных источников
[1] Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа: Методическое пособие для специального курса. — М.: 2007. — с. 57–63 [2] Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии. — М.: Высшая школа, 1968. — 280с.