Miért működik a kromatográfia?

A kromatográfia különböző vegyi anyagokat azonosít az elemzett vegyületben lévő molekulák tulajdonságai és mobilitása alapján. A kromatográfia segítségével a tudósok elkülöníthetik a folyadékokat és gázokat, a kőolajtól és a DNS-től kezdve a klorofill és toll festékig. A hallgatók kromatográfiát is használhatnak kísérletekhez és szórakoztató projektekhez.

A "Chromat-" a görög "chroma" szóból származik, ami színt jelent. A "-Graphy" a latin "-graphia" vagy a görög "graphein" szóból származik, és (Merriam-Webster szerint) "írást vagy ábrázolást jelent" (meghatározott) módon vagy egy (meghatározott) eszközzel vagy egy (meghatározott) objektummal. "A kromatográfia tehát szó szerint azt jelenti, hogy írjon vagy ábrázoljon színnel. A Merriam-Webster hivatalosabb meghatározása szerint a kromatográfia "olyan folyamat, amelyben folyadék vagy gáz által hordozott kémiai keveréket az oldott anyagok differenciális eloszlása ​​következtében alkatrészekre oszlik el, amikor egy álló folyadék vagy szilárd anyag körül vagy felett áramolnak fázis."

A kromatográfia az anyagok molekuláinak tulajdonságaiban mutatkozó különbségek miatt működik. Egyes molekulák, mint a víz, polaritással rendelkeznek, ezért kis mágnesként viselkednek. Egyes molekulák ionosak, ami azt jelenti, hogy az atomokat töltéskülönbségeik tartják össze, megint mint a kis mágnesek. Egyes molekulák alakjában és méretében különböznek egymástól. Ezek a molekuláris tulajdonságokban mutatkozó különbségek lehetővé teszik a tudósok számára, hogy a vegyületeket kromatográfiás módszerrel különítsék el molekulákká.

A kromatográfia a molekulák mobilitásától is függ. Más szavakkal, a molekulák mozgási képessége határozza meg, hogy működik-e a kromatográfia. A molekulák mozgó fázisba helyezéséhez meg kell oldani az anyagot egy oldószerben, vagy az anyagot folyékony vagy gáz halmazállapotú szakaszban kell tartani. Oldószer használata esetén az oldószer az elválasztandó anyagtól függ. A folyadék- és gázkeverékeket át lehet tolni vagy behúzni egy olyan anyagon, amely abszorbeálja a molekulákat, amikor áthaladnak. Nem számít, milyen anyagot elemeznek, a kromatográfia működéséhez az anyagnak mozgófázissal kell rendelkeznie.

Bár a kromatográfiás technikák eltérnek, mindegyik a molekuláris különbségek és az anyag mobilitásának kombinációjától függ. A kromatográfia úgy működik, hogy az oldott anyagot, folyadékot vagy gázt átengedi egy szűrőanyagon. A molekulák rétegekké válnak, amikor a molekulák áthaladnak a szűrőn. Az elválasztás mechanizmusa a szűrési eljárástól függ, amelyet a szétválasztandó molekulák típusa határoz meg. De nem számít, melyik módszert alkalmazzák, a molekulák különböző sebességgel haladnak a szűrőn, elválasztva a molekulákat olyan rétegekre, amelyek gyakran színes vonalakként jelennek meg a szűrőanyagban.

Általában a nagyobb vagy nehezebb molekulák lassabban haladnak át a szűrőanyagon, mint a kisebb vagy könnyebb molekulák. A molekulák különválnak mozgásuk során, mert különböző sebességgel haladnak, és úgy hullanak ki, mint az üledékek, amelyek kiesnek a vízből, miközben a víz térfogata vagy energiája csökken.

Míg sok kromatográfiai teszt speciális felszerelést és technikát igényel, a kromatográfia alkalmazható néhány otthoni és iskolai kísérletben, egyszerű anyagok felhasználásával.

Pen Ink Analysis

A kromatográfia egyszerű bemutatása kávészűrőket és különféle marker tollakat használ. Ha a tollak vízoldható festékeket használnak, akkor oldószerként vizet kell használni. Ha a markerek állandó tintát használnak, az izopropil-alkohol gyakran oldószerként működik. Kezdje egy kávészűrő simításával. Helyezze a kávészűrőt eldobható tányérra vagy más anyagra, hogy megakadályozza az alatta lévő felületek foltosodását. Használjon különféle tollakat, hogy pontokat készítsen a szűrő középső része körül. Tegyen vizet vagy alkoholt a kávészűrő közepére. Ehhez jól működik egy teáskanál. Ne töltsön be annyi folyadékot, hogy tócsa legyen; a víznek vagy az alkoholnak ki kell terjeszkednie a központból. Amint a folyadék elmozdul a középponttól, a tinták feloldódnak és kifelé mozognak a közepétől. A tintákban lévő különböző pigmentek elválnak, a kezdeti festékfoltoktól elválnak, és a pigmentmolekulák alapján sorokban rakódnak le.

Klorofill-kromatográfia

Egy kicsit bonyolultabb, de ugyanolyan érdekes kromatográfiai projekt választja el a levelekben található klorofillt. A klorofill a növények leveleiben fordul elő. Noha a klorofill zöld, a levelek többsége további pigmenteket is tartalmaz, például karotinoidokat, amelyek az ősszel látható vörös és narancssárga színt hozzák létre. Ezek a karotinoidok és más pigmentek a zöld klorofill lebomlásával tárulnak fel, ezért a lombhullató növények levelei ősszel különböző színűek. Kezdje több zöld levél kiválasztásával. Törje össze a leveleket, és a darabokat izopropil-alkoholban vagy acetonban (más néven propanon) áztassa. A klorofill kimosódik a levelekből, és a folyadékot zölddé teszi.

• Az izopropil-alkohol és az aceton egyaránt gyúlékony. Ne helyezze ezeket, és ne használja láng vagy hőforrás közelében, vagy azok közelében.

A pigmentek elválasztásához vágjon körülbelül egy hüvelyk széles csíkot a lapított kávészűrő közepétől, vagy használjon kromatográfiás papírt. Szalagra ragasztja a papír egyik végét egy ceruzára. Öntsön körülbelül 1 hüvelyk folyadékot a papírcsíknál kissé rövidebb tartályba. Fektesse a ceruzát a tartály tetejére úgy, hogy a papír alja a folyadékban legyen. A folyadék a kapilláris hatás miatt fel fog emelkedni a papírban, a klorofill és más pigmentmolekulákat magával cipelve. Amint a folyadék elpárolog, a molekulák a papíron maradnak, pigmentvonalakat hozva létre. Távolítsa el a papírt, amikor a vonalak elkülönülnek, mert ha a papírt túl sokáig hagyja, a folyadék végül az összes pigmentmolekulát a papír tetejére viszi.