Kromatografi identificerer forskellige kemikalier baseret på egenskaberne og mobiliteten af molekylerne i den forbindelse, der analyseres. Kromatografi lader forskere adskille væsker og gasser lige fra råolie og DNA til klorofyl og penblæk. Studerende kan også bruge kromatografi til eksperimenter og sjove projekter.
Kromatografi defineret
"Chromat-" kommer fra det græske ord "chroma", hvilket betyder farve. "-Grafi" kommer fra det latinske "-graphia" eller græske "graphein" og betyder (pr. Merriam-Webster) "skrivning eller repræsentation i en (specificeret) måde eller på en (specificeret) måde eller med et (specificeret) objekt. "Kromatografi betyder derfor bogstaveligt talt at skrive eller repræsentere med farve. En mere formel definition fra Merriam-Webster siger, at kromatografi er "en proces, hvor en kemisk blanding, der bæres af en væske eller gas, er adskilt i komponenter som et resultat af differentiel fordeling af de opløste stoffer, når de strømmer omkring eller over en stationær væske eller et fast stof fase."
Kromatografi Begrænsninger
Kromatografi fungerer på grund af forskelle i egenskaberne af molekyler i materialer. Nogle molekyler, som vand, har polaritet, så de fungerer som små magneter. Nogle molekyler er ioniske, hvilket betyder, at atomerne holdes sammen af deres ladningsforskelle igen som små magneter. Nogle molekyler adskiller sig i form og størrelse. Disse forskelle i molekylære egenskaber tillader forskere at adskille forbindelser i individuelle molekyler ved hjælp af kromatografi.
Kromatografi afhænger også af molekylernes mobilitet. Med andre ord bestemmer molekylernes evne til at bevæge sig, om kromatografi fungerer. At sætte molekyler i en mobil fase kræver enten opløsning af stoffet i et opløsningsmiddel eller med stoffet i et flydende eller gasformigt trin. Hvis der anvendes et opløsningsmiddel, afhænger opløsningsmidlet af det materiale, der skal separeres. Flydende og gasblandinger kan skubbes eller trækkes gennem et materiale, der absorberer molekylerne, når de passerer igennem. Uanset hvilket materiale der analyseres, skal kromatografien fungere skal materialet have en mobil fase.
Hvorfor kromatografi fungerer
Selvom kromatografiteknikker adskiller sig, afhænger de alle af en kombination af molekylære forskelle og materialemobilitet. Kromatografi fungerer ved at føre det opløste materiale, væske eller gas gennem et filtermateriale. Molekylerne adskilles i lag, når molekylerne passerer gennem filteret. Adskillelsesmekanismen afhænger af filtreringsmetoden, som bestemmes af de slags molekyler, der skal adskilles. Men uanset hvilken metode der anvendes, bevæger molekylerne sig med forskellige hastigheder gennem filteret og adskiller molekylerne i lag, der ofte vises som farvede linjer i filtermaterialet.
Generelt bevæger de større eller tungere molekyler sig langsommere gennem filtermaterialet end de mindre eller lettere molekyler. Molekylerne adskilles, når de bevæger sig, fordi de bevæger sig med forskellige hastigheder og falder ud som sedimenter, der falder ud af vand, når vandets volumen eller energi falder.
Eksempel på kromatografiprojekter
Mens mange kromatografitest kræver specielt udstyr og teknikker, kan kromatografi bruges i nogle eksperimenter i hjemmet og i skolen ved hjælp af enkle materialer.
Analyse af penblæk
En simpel demonstration af kromatografi bruger kaffefiltre og en række markørpenne. Hvis penne bruger vandopløseligt blæk, er det anvendte opløsningsmiddel vand. Hvis markørerne bruger permanent blæk, fungerer isopropylalkohol ofte som opløsningsmiddel. Begynd med at flade et kaffefilter ud. Anbring kaffefilteret på en engangsplade eller andet materiale for at forhindre pletter på underliggende overflader. Brug en række penne til at lave prikker rundt om filterets midterdel. Tilsæt vand eller alkohol i midten af kaffefilteret. En teskefuld fungerer godt til dette. Tilsæt ikke nok væske til at skabe en pyt; vandet eller alkoholen skal ekspandere ud fra midten. Når væsken bevæger sig ud fra midten, opløses blækket og bevæger sig udad fra midten. Forskellige pigmenter i blækket adskilles, udføres fra det oprindelige blækpunkt og deponeres i rækker baseret på pigmentmolekylerne.
Klorofylkromatografi
Et lidt mere kompliceret, men lige så interessant kromatografiprojekt adskiller klorofylen, der findes i blade. Klorofyl forekommer i planternes blade. Selvom klorofyl er grøn, indeholder de fleste blade også yderligere pigmenter som carotenoider, som skaber de røde og orange farver, du ser om efteråret. Disse carotenoider og andre pigmenter afsløres, når den grønne klorofyl nedbrydes, hvorfor løvfældende planteblade viser forskellige farver om efteråret. Begynd med at vælge flere grønne blade. Knus bladene og sug stykkerne i isopropylalkohol eller acetone (også kaldet propanon). Klorofylen udvaskes ud af bladene og gør væsken grøn.
Advarsler
Isopropylalkohol og acetone er begge brandfarlige. Anbring ikke disse eller brug dem i nærheden af eller med ild eller varmekilde.
For at adskille pigmenterne skal du skære en centimeter bred strimmel fra midten af et fladt kaffefilter eller bruge kromatografipapir. Tape den ene ende af papiret til en blyant. Hæld ca. 1 tomme væske i en beholder, der er lidt kortere end papirstrimlen. Læg blyanten hen over toppen af beholderen, så bunden af papiret er i væsken. Væsken stiger op i papiret på grund af kapillærvirkning og fører klorofyl og andre pigmentmolekyler med. Når væsken fordamper, efterlades molekylerne på papiret og skaber pigmentlinjer. Fjern papiret, når linjerne bliver tydelige, for hvis papiret efterlades for længe, vil væsken til sidst føre alle pigmentmolekylerne til toppen af papiret.