لماذا يعمل اللوني؟

يحدد اللوني مواد كيميائية مختلفة بناءً على خصائص وحركة الجزيئات في المركب الذي يتم تحليله. يتيح الفصل الكروماتوغرافي للعلماء فصل السوائل والغازات التي تتراوح من البترول والحمض النووي إلى أحبار الكلوروفيل والقلم. يمكن للطلاب أيضًا استخدام اللوني لإجراء التجارب والمشاريع الممتعة.

تأتي كلمة "Chromat-" من الكلمة اليونانية "chroma" والتي تعني اللون. "-Graphy" يأتي من اللاتينية "-graphia" أو اليونانية "graphein" وتعني (لكل Merriam-Webster) "الكتابة أو التمثيل في (محدد) بطريقة أو بوسيلة (محددة) أو كائن (محدد). وبالتالي ، فإن الكروماتوغرافيا تعني حرفيًا كتابة أو تمثيل مع اللون. ينص تعريف أكثر رسمية من Merriam-Webster على أن الكروماتوغرافيا هي "عملية يكون فيها خليط كيميائي يحمله سائل أو غاز تنفصل إلى مكونات نتيجة التوزيع التفاضلي للمواد المذابة أثناء تدفقها حول أو فوق سائل أو صلب ثابت مرحلة."

يعمل اللوني بسبب الاختلافات في خصائص الجزيئات في المواد. بعض الجزيئات ، مثل الماء ، لها قطبية ، لذا فهي تعمل مثل المغناطيسات الصغيرة. بعض الجزيئات أيونية ، مما يعني أن الذرات مرتبطة ببعضها البعض من خلال اختلافات شحنتها ، مرة أخرى مثل المغناطيسات الصغيرة. تختلف بعض الجزيئات في الشكل والحجم. تسمح هذه الاختلافات في الخصائص الجزيئية للعلماء بفصل المركبات إلى جزيئات فردية باستخدام الكروماتوغرافيا.

يعتمد الكروماتوغرافيا أيضًا على حركة الجزيئات. وبعبارة أخرى ، فإن قدرة الجزيئات على الحركة تحدد ما إذا كان اللوني يعمل أم لا. يتطلب وضع الجزيئات في مرحلة متحركة إما إذابة المادة في مذيب أو وجودها في مرحلة سائلة أو غازية. إذا تم استخدام مذيب ، فإن المذيب يعتمد على المادة المراد فصلها. يمكن دفع أو سحب مخاليط السائل والغاز من خلال مادة تمتص الجزيئات أثناء مرورها. بغض النظر عن المادة التي يتم تحليلها ، لكي تعمل الكروماتوغرافيا ، يجب أن تحتوي المادة على مرحلة متحركة.

على الرغم من اختلاف تقنيات الكروماتوغرافيا ، إلا أنها تعتمد جميعها على مجموعة من الاختلافات الجزيئية وحركة المواد. يعمل اللوني عن طريق تمرير المادة المذابة أو السائل أو الغاز عبر مادة ترشيح. تنفصل الجزيئات إلى طبقات حيث تمر الجزيئات عبر الفلتر. تعتمد آلية الفصل على طريقة الترشيح التي تحددها أنواع الجزيئات المراد فصلها. ولكن بغض النظر عن الطريقة المستخدمة ، تنتقل الجزيئات بمعدلات مختلفة عبر المرشح ، وتفصل الجزيئات إلى طبقات تظهر غالبًا كخطوط ملونة في مادة المرشح.

بشكل عام ، تنتقل الجزيئات الأكبر أو الأثقل عبر مادة المرشح بشكل أبطأ من الجزيئات الأصغر أو الأخف. تنفصل الجزيئات أثناء تحركها لأنها تسافر بسرعات مختلفة ، وتسقط مثل الرواسب المتساقطة من الماء مع انخفاض حجم أو طاقة الماء.

بينما تتطلب العديد من اختبارات الكروماتوغرافيا معدات وتقنيات خاصة ، يمكن استخدام اللوني في بعض التجارب المنزلية والمدرسية باستخدام مواد بسيطة.

تحليل الحبر بالقلم

عرض توضيحي بسيط للكروماتوغرافيا يستخدم مرشحات القهوة ومجموعة متنوعة من أقلام التحديد. إذا كانت الأقلام تستخدم أحبارًا قابلة للذوبان في الماء ، فإن المذيب المستخدم هو الماء. إذا كانت أقلام التحديد تستخدم حبرًا دائمًا ، فغالبًا ما يعمل كحول الأيزوبروبيل كمذيب. ابدأ بتسطيح مرشح القهوة. ضع مرشح القهوة على طبق يمكن التخلص منه أو مادة أخرى لمنع تلطيخ الأسطح السفلية. استخدم مجموعة متنوعة من الأقلام لعمل نقاط حول الجزء الأوسط من الفلتر. أضف الماء أو الكحول إلى منتصف مرشح القهوة. ملعقة صغيرة تعمل بشكل جيد لهذا الغرض. لا تضيف سائلًا كافيًا لإنشاء بركة ؛ يجب أن يتمدد الماء أو الكحول من المركز. عندما يخرج السائل من المركز ، تذوب الأحبار وتتحرك للخارج من المركز. سيتم فصل الأصباغ المختلفة في الأحبار ، وتنفيذها من بقعة الحبر الأولية وترسب في صفوف بناءً على جزيئات الصباغ.

كروماتوغرافيا الكلوروفيل

يفصل مشروع كروماتوغرافيا أكثر تعقيدًا ولكنه مثير للاهتمام أيضًا الكلوروفيل الموجود في الأوراق. يحدث الكلوروفيل في أوراق النباتات. على الرغم من أن الكلوروفيل أخضر ، إلا أن معظم الأوراق تحتوي أيضًا على أصباغ إضافية مثل الكاروتينات ، والتي تخلق الألوان الحمراء والبرتقالية التي تراها في الخريف. يتم الكشف عن هذه الكاروتينات والأصباغ الأخرى عندما يتحلل الكلوروفيل الأخضر ، وهذا هو السبب في أن أوراق النبات المتساقطة تظهر ألوانًا مختلفة في الخريف. ابدأ باختيار عدة أوراق خضراء. سحق الأوراق وانقع القطع في كحول الأيزوبروبيل أو الأسيتون (يسمى أيضًا بروبانون). سيتسرب الكلوروفيل من الأوراق ويتحول السائل إلى اللون الأخضر.

• يعتبر كحول الأيزوبروبيل والأسيتون قابلين للاشتعال. لا تضعها أو تستخدمها بالقرب من أو مع اللهب أو مصدر الحرارة.

لفصل الأصباغ ، قم بقص شريط بعرض بوصة من منتصف مرشح القهوة المسطح أو استخدم ورق الكروماتوغرافيا. ألصق أحد طرفي الورقة بقلم رصاص. صب حوالي 1 بوصة من السائل في وعاء أقصر بقليل من شريط الورق. ضع القلم في أعلى الوعاء بحيث يكون الجزء السفلي من الورق في السائل. سوف يرتفع السائل في الورق بسبب عمل الشعيرات الدموية ، حاملاً الكلوروفيل وجزيئات الصباغ الأخرى على طول. عندما يتبخر السائل ، تُترك الجزيئات على الورق ، مما يخلق خطوطًا من الصبغ. قم بإزالة الورق عندما تصبح الخطوط مميزة لأنه إذا تُركت الورقة لفترة طويلة جدًا ، فإن السائل سيحمل في النهاية جميع جزيئات الصبغة إلى أعلى الورقة.