Chromatografie identifikuje různé chemikálie na základě vlastností a mobility molekul v analyzované sloučenině. Chromatografie umožňuje vědcům oddělit kapaliny a plyny od ropy a DNA až po chlorofyl a inkousty. Studenti mohou také použít chromatografii pro experimenty a zábavné projekty.
Chromatografie definována
„Chromat-“ pochází z řeckého slova „chroma“, což znamená barva. „-Grafika“ pochází z latiny „-graphia“ nebo z řečtiny „graphein“ a znamená (podle Merriam-Webster) „psaní nebo reprezentaci v (specifikovaným) způsobem nebo (specifikovaným) prostředkem nebo (specifikovaným) objektem. “Chromatografie tedy doslova znamená psát nebo reprezentovat s barvou. Formálnější definice od Merriam-Webstera uvádí, že chromatografie je „proces, při kterém je chemická směs nesená kapalinou nebo plynem rozděleny na složky v důsledku diferenciální distribuce rozpuštěných látek, které proudí kolem nebo přes stacionární kapalinu nebo pevnou látku fáze."
Chromatografická omezení
Chromatografie funguje kvůli rozdílům ve vlastnostech molekul v materiálech. Některé molekuly, jako je voda, mají polaritu, takže fungují jako malé magnety. Některé molekuly jsou iontové, což znamená, že atomy drží pohromadě svými nábojovými rozdíly, opět jako malé magnety. Některé molekuly se liší tvarem a velikostí. Tyto rozdíly v molekulárních vlastnostech umožňují vědcům rozdělit sloučeniny na jednotlivé molekuly pomocí chromatografie.
Chromatografie také závisí na mobilitě molekul. Jinými slovy, schopnost molekul být přesunuta určuje, zda chromatografie funguje. Uvedení molekul do mobilní fáze vyžaduje buď rozpuštění látky v rozpouštědle, nebo nechat látku v kapalném nebo plynném stavu. Pokud je použito rozpouštědlo, závisí rozpouštědlo na materiálu, který se má separovat. Směsi kapalin a plynů lze tlačit nebo protahovat materiálem, který při průchodu absorbuje molekuly. Bez ohledu na to, jaký materiál je analyzován, pro správnou chromatografii musí mít materiál mobilní fázi.
Proč funguje chromatografie
Ačkoli se chromatografické techniky liší, všechny závisí na kombinaci molekulárních rozdílů a pohyblivosti materiálu. Chromatografie funguje tak, že rozpuštěný materiál, kapalina nebo plyn prochází filtračním materiálem. Molekuly se oddělují do vrstev, když procházejí filtrem. Mechanismus separace závisí na filtrační metodě, která je určena druhy molekul, které mají být separovány. Ale bez ohledu na to, která metoda je použita, molekuly procházejí filtrem různými rychlostmi a oddělují molekuly do vrstev, které se často objevují jako barevné čáry ve filtračním materiálu.
Obecně platí, že větší nebo těžší molekuly procházejí filtračním materiálem pomaleji než menší nebo lehčí molekuly. Molekuly se při pohybu oddělují, protože se pohybují různými rychlostmi a vypadávají jako usazeniny vypadávající z vody, jak klesá objem nebo energie vody.
Ukázkové chromatografické projekty
Zatímco mnoho chromatografických testů vyžaduje speciální vybavení a techniky, lze chromatografii použít v některých domácích a školních experimentech s použitím jednoduchých materiálů.
Analýza inkoustu perem
Jednoduchá ukázka chromatografie využívá kávové filtry a různé značkovací pera. Pokud pera používají inkousty rozpustné ve vodě, použije se jako rozpouštědlo voda. Pokud popisovače používají permanentní inkoust, isopropylalkohol často funguje jako rozpouštědlo. Začněte zploštěním kávového filtru. Umístěte kávový filtr na jednorázový talíř nebo jiný materiál, aby nedošlo ke znečištění podkladových povrchů. Pomocí různých per vytvořte tečky kolem střední části filtru. Do středu kávového filtru přidejte vodu nebo alkohol. Lžička na to funguje dobře. Nepřidávejte dostatek tekutiny k vytvoření louže; voda nebo alkohol by se měly rozšířit ze středu. Když se kapalina pohybuje ze středu, inkousty se rozpustí a budou se pohybovat ven ze středu. Různé pigmenty v inkoustech se oddělí, provedou se od počáteční inkoustové skvrny a uloží se do řádků na základě molekul pigmentu.
Chlorofylová chromatografie
Trochu komplikovanější, ale stejně zajímavý chromatografický projekt odděluje chlorofyl nacházející se v listech. Chlorofyl se vyskytuje v listech rostlin. Ačkoli je chlorofyl zelený, většina listů obsahuje také další pigmenty, jako jsou karotenoidy, které vytvářejí červenou a oranžovou barvu, kterou vidíte na podzim. Tyto karotenoidy a další pigmenty se objevují při degradaci zeleného chlorofylu, a proto listy listnatých rostlin vykazují na podzim různé barvy. Začněte výběrem několika zelených listů. Rozdrťte listy a kousky namočte do izopropylalkoholu nebo acetonu (také nazývaného propanon). Chlorofyl se vyloučí z listů a změní tekutinu na zelenou.
Varování
Isopropylalkohol a aceton jsou hořlavé. Neumisťujte je ani je nepoužívejte v blízkosti plamenů nebo zdrojů tepla.
Chcete-li oddělit pigmenty, odstřihněte asi centimetr široký proužek od středu zploštělého kávového filtru nebo použijte chromatografický papír. Jeden konec papíru přilepte na tužku. Nalijte asi 1 palec kapaliny do nádoby o něco kratší než papírový proužek. Položte tužku přes horní část nádoby tak, aby spodní část papíru byla v kapalině. Kapalina v papíru vzroste v důsledku kapilárního působení a přenáší chlorofyl a další molekuly pigmentu. Jak se kapalina odpařuje, molekuly zůstávají na papíře a vytvářejí linie pigmentu. Odstraňte papír, až budou čáry zřetelné, protože pokud je papír ponechán příliš dlouho, kapalina nakonec přenese všechny molekuly pigmentu na horní část papíru.