Miksi kromatografia toimii?

Kromatografia tunnistaa eri kemikaalit analysoitavan yhdisteen molekyylien ominaisuuksien ja liikkuvuuden perusteella. Kromatografian avulla tutkijat voivat erottaa nesteet ja kaasut öljystä ja DNA: sta klorofylli- ja kynämusteihin. Opiskelijat voivat myös käyttää kromatografiaa kokeisiin ja hauskoihin projekteihin.

"Chromat-" tulee kreikkalaisesta sanasta "chroma", joka tarkoittaa väriä. "-Grafiikka" tulee latinankielisestä "-graphia" tai kreikan "graphein" ja tarkoittaa (Merriam-Websterin mukaan) "kirjoittamista tai esittämistä (määritetyllä) tavalla tai (määritetyllä) keinolla tai (määritetyllä) esineellä. "Kromatografia tarkoittaa siis kirjaimellisesti kirjoittamista tai esittämistä värillä. Merriam-Websterin muodollisempi määritelmä toteaa, että kromatografia on "prosessi, jossa nesteen tai kaasun kantama kemiallinen seos erotettu komponentteihin liuenneiden aineiden jakautumisen seurauksena, kun ne virtaavat paikallaan olevan nesteen tai kiinteän aineen ympäri tai yli vaiheessa. "

Kromatografia toimii materiaalien molekyylien ominaisuuksien erojen vuoksi. Joillakin molekyyleillä, kuten vedellä, on napaisuus, joten ne toimivat kuin pienet magneetit. Jotkut molekyylit ovat ionisia, mikä tarkoittaa, että atomeja pidetään yhdessä niiden varauserojen kanssa, taas kuin pienet magneetit. Jotkut molekyylit eroavat muodoltaan ja kooltaan. Nämä molekyylien ominaisuuksien erot antavat tutkijoille mahdollisuuden erottaa yhdisteet yksittäisiksi molekyyleiksi kromatografian avulla.

Kromatografia riippuu myös molekyylien liikkuvuudesta. Toisin sanoen molekyylien kyky liikkua määrää, toimiiko kromatografia. Molekyylien vieminen liikkuvaan faasiin edellyttää joko aineen liuottamista liuottimeen tai aineen pitämistä nestemäisessä tai kaasumaisessa vaiheessa. Jos käytetään liuotinta, liuotin riippuu erotettavasta materiaalista. Neste- ja kaasuseokset voidaan työntää tai vetää materiaalin läpi, joka absorboi molekyylit niiden kulkiessa. Riippumatta analysoitavasta materiaalista, kromatografian toimimiseksi materiaalilla on oltava liikkuva faasi.

Vaikka kromatografiatekniikat eroavat toisistaan, ne kaikki riippuvat molekyylierojen ja materiaalin liikkuvuuden yhdistelmästä. Kromatografia toimii johtamalla liuennut materiaali, neste tai kaasu suodatinmateriaalin läpi. Molekyylit erottuvat kerroksiksi, kun molekyylit kulkevat suodattimen läpi. Erotusmekanismi riippuu suodatusmenetelmästä, joka määräytyy erotettavien molekyylityyppien mukaan. Mutta riippumatta siitä, mitä menetelmää käytetään, molekyylit kulkevat eri nopeuksilla suodattimen läpi, erottaen molekyylit kerroksiin, jotka usein näkyvät värillisinä viivoina suodatinmateriaalissa.

Yleensä suuremmat tai painavammat molekyylit kulkevat suodatinmateriaalin läpi hitaammin kuin pienemmät tai kevyemmät molekyylit. Molekyylit erottuvat liikkuessaan, koska ne liikkuvat eri nopeuksilla ja putoavat kuin sedimentit, jotka putoavat vedestä, kun veden tilavuus tai energia putoaa.

Vaikka monet kromatografiakokeet vaativat erikoislaitteita ja -tekniikoita, kromatografiaa voidaan käyttää joissakin koti- ja koulukokeissa yksinkertaisten materiaalien avulla.

Kynämusteanalyysi

Yksinkertainen kromatografian esittely käyttää kahvisuodattimia ja erilaisia ​​markkerikyniä. Jos kynissä käytetään vesiliukoisia musteita, käytetty liuotin on vesi. Jos markkerit käyttävät pysyvää mustetta, isopropyylialkoholi toimii usein liuottimena. Aloita tasoittamalla kahvinsuodatin. Aseta kahvisuodatin kertakäyttöiselle levylle tai muulle materiaalille, jotta pohjapinnat eivät tahraudu. Käytä erilaisia ​​kyniä tehdäksesi pisteitä suodattimen keskiosan ympärille. Lisää vettä tai alkoholia kahvinsuodattimen keskelle. Tl toimii hyvin tähän. Älä lisää tarpeeksi nestettä lätäkön muodostamiseksi; veden tai alkoholin tulisi levitä ulos keskustasta. Kun neste liikkuu ulos keskustasta, musteet liukenevat ja liikkuvat ulospäin keskustasta. Eri väripigmentit musteissa erottuvat, suoritetaan alkuperäisestä mustepisteestä ja kerrostuvat riveihin pigmenttimolekyylien perusteella.

Klorofyllikromatografia

Hieman monimutkaisempi, mutta yhtä mielenkiintoinen kromatografiaprojekti erottaa lehdissä olevan klorofyllin. Klorofylli esiintyy kasvien lehdissä. Vaikka klorofylli on vihreää, useimmissa lehdissä on myös muita pigmenttejä, kuten karotenoideja, jotka luovat punaisen ja oranssin värin, jonka näet syksyllä. Nämä karotenoidit ja muut pigmentit paljastuvat vihreän klorofyllin hajotessa, minkä vuoksi lehtipuiden lehdet näyttävät eri värejä syksyllä. Aloita valitsemalla useita vihreitä lehtiä. Murskaa lehdet ja liota palat isopropyylialkoholiin tai asetoniin (kutsutaan myös propanoniksi). Klorofylli huuhtoutuu ulos lehdistä ja muuttaa nesteen vihreäksi.

• Isopropyylialkoholi ja asetoni ovat molemmat syttyviä. Älä aseta niitä tai käytä niitä lähellä tai liekkien tai lämmönlähteen läheisyydessä.

Pigmenttien erottamiseksi leikkaa noin tuuman leveä nauha litistetyn kahvisuodattimen keskeltä tai käytä kromatografiapaperia. Teippi paperin toinen pää lyijykynään. Kaada noin 1 tuuma nestettä astiaan, joka on hieman lyhyempi kuin paperiliuska. Aseta kynä säiliön yläosan yli siten, että paperin pohja on nesteessä. Neste nousee paperiin kapillaarivaikutuksen vuoksi, kuljettaen klorofylliä ja muita pigmenttimolekyylejä. Kun neste haihtuu, molekyylit jäävät paperille, mikä luo pigmenttiviivoja. Poista paperi, kun viivat erottuvat toisistaan, koska jos paperi jätetään liian kauan, neste kuljettaa lopulta kaikki pigmenttimolekyylit paperin yläosaan.