Zašto kromatografija djeluje?

Kromatografija identificira različite kemikalije na temelju svojstava i pokretljivosti molekula u spoju koji se analizira. Kromatografija omogućava znanstvenicima da razdvajaju tekućine i plinove, od nafte i DNA do klorofila i tinte. Studenti također mogu koristiti kromatografiju za eksperimente i zabavne projekte.

"Chromat-" dolazi od grčke riječi "chroma", što znači boja. "-Grafija" dolazi od latinskog "-graphia" ili grčkog "graphein" i znači (po Merriam-Webster) "pisanje ili predstavljanje u (naveden) način ili (navedenim) sredstvom ili (navedenim) objektom. "Kromatografija stoga doslovno znači pisati ili predstavljati s bojom. Formalnija definicija Merriam-Webstera kaže da je kromatografija "postupak u kojem se kemijska smjesa koju prenosi tekućina ili plin razdvojeni u dijelove kao rezultat diferencijalne raspodjele otopljenih tvari dok teku oko ili iznad nepokretne tekućine ili krute tvari faza."

Kromatografija djeluje zbog razlika u svojstvima molekula u materijalima. Neke molekule, poput vode, imaju polaritet, pa djeluju poput malih magneta. Neke molekule su ionske, što znači da se atomi drže zajedno zbog razlike u naboju, opet poput malih magneta. Neke se molekule razlikuju po obliku i veličini. Te razlike u molekularnim svojstvima omogućuju znanstvenicima da razdvoje spojeve u pojedinačne molekule pomoću kromatografije.

Kromatografija također ovisi o pokretljivosti molekula. Drugim riječima, sposobnost pomicanja molekula određuje hoće li kromatografija funkcionirati. Stavljanje molekula u mobilnu fazu zahtijeva ili otapanje tvari u otapalu ili zadržavanje tvari u tekućem ili plinovitom stupnju. Ako se koristi otapalo, otapalo ovisi o materijalu koji se odvaja. Smjese tekućina i plina mogu se progurati ili povući kroz materijal koji apsorbira molekule dok prolaze. Bez obzira koji se materijal analizira, da bi kromatografija djelovala, materijal mora imati mobilnu fazu.

Iako se tehnike kromatografije razlikuju, sve ovise o kombinaciji molekularnih razlika i pokretljivosti materijala. Kromatografija djeluje propuštanjem otopljenog materijala, tekućine ili plina kroz filtrirajući materijal. Molekule se razdvajaju u slojeve dok molekule prolaze kroz filtar. Mehanizam odvajanja ovisi o metodi filtriranja koja se određuje vrstama molekula koje se odvajaju. No, bez obzira na to koja se metoda koristi, molekule putuju kroz filtar različitim brzinama, razdvajajući molekule u slojeve koji se često pojavljuju kao obojene crte u materijalu filtra.

Općenito, veće ili teže molekule putuju kroz filtrirajući materijal sporije od manjih ili lakših molekula. Molekule se razdvajaju dok se kreću, jer putuju različitim brzinama, ispadajući poput sedimenata koji ispadaju iz vode kako volumen ili energija vode opadaju.

Iako mnogi testovi kromatografije zahtijevaju posebnu opremu i tehnike, kromatografija se može koristiti u nekim kućnim i školskim pokusima koristeći jednostavne materijale.

Analiza tinte olovkom

Jednostavna demonstracija kromatografije koristi filtre za kavu i razne markere. Ako olovke koriste tinte topive u vodi, otapalo koje se koristi je voda. Ako markeri koriste trajnu tintu, izopropilni alkohol često djeluje kao otapalo. Započnite izravnavanjem filtra za kavu. Stavite filtar za kavu na tanjur za jednokratnu upotrebu ili na drugi materijal kako biste spriječili mrljanje temeljnih površina. Koristite razne olovke kako biste napravili točkice oko središnjeg dijela filtra. U sredinu filtra za kavu dodajte vodu ili alkohol. Žličica dobro djeluje za ovo. Nemojte dodavati dovoljno tekućine za stvaranje lokve; voda ili alkohol trebaju se širiti iz središta. Kako se tekućina odmiče iz središta, tinte će se otapati i pomicati prema van iz središta. Različiti pigmenti u bojama odvojit će se, izvesti iz početne mrlje tinte i odložiti u redove na temelju molekula pigmenta.

Klorofilna kromatografija

Malo složeniji, ali jednako zanimljiv projekt kromatografije razdvaja klorofil koji se nalazi u lišću. Klorofil se javlja u lišću biljaka. Iako je klorofil zelen, većina lišća sadrži i dodatne pigmente poput karotenoida, koji stvaraju crvenu i narančastu boju koju vidite u jesen. Ti se karotenoidi i drugi pigmenti otkrivaju kako se zeleni klorofil razgrađuje, zbog čega listovi listopadnih biljaka u jesen pokazuju različite boje. Započnite odabirom nekoliko zelenih listova. Listove zdrobite, a komade namočite u izopropil alkohol ili aceton (koji se naziva i propanon). Klorofil će iscuriti iz lišća i tekućinu zazeleniti.

• I izopropilni alkohol i aceton su zapaljivi. Ne stavljajte ih niti ih koristite u blizini ili s plamenom ili izvorom topline.

Da biste odvojili pigmente, izrežite traku širine približno centimetar od središta spljoštenog filtra za kavu ili upotrijebite kromatografski papir. Zalijepite jedan kraj papira olovkom. Ulijte oko 1 inč tekućine u posudu nešto kraću od papirnate trake. Olovku položite preko vrha posude tako da dno papira bude u tekućini. Tekućina će se dignuti u papiru zbog kapilarnog djelovanja, noseći klorofil i druge molekule pigmenta. Kako tekućina isparava, molekule ostaju na papiru, stvarajući linije pigmenta. Uklonite papir kad linije postanu različite, jer ako papir ostane predugo, tekućina će na kraju odnijeti sve molekule pigmenta na vrh papira.