תמיסה היא תערובת הומוגנית של לפחות שני חומרים. כאשר כימאים צריכים לקבוע אילו רכיבים קיימים בתמיסה או בתערובת אחרת, הם משתמשים לרוב בטכניקה הנקראת כרומטוגרפיה. כרומטוגרפיה היא תהליך המפרק את מרכיבי התערובת כך שניתן יהיה לזהות אותם. זו טכניקה נפוצה המשמשת במחקר, כמו גם בתעשיות אחרות כגון רפואה ופלילי. ישנם כמה סוגים של כרומטוגרפיה, אך כולם פועלים בגלל אותם עקרונות כימיה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כרומטוגרפיה היא תהליך מדעי המפרק את מרכיבי התמיסה או תערובת אחרת כדי שניתן יהיה לזהות אותם. נעשה שימוש בחומרים רבים ושונים כדי להשיג זאת, אך כל סוג של כרומטוגרפיה כולל "שלב נייח". חומר שאינו זז, וחומר "שלב נייד" שעובר מעבר לשלב הנייח, הנושא את הפתרון עם זה. בהתבסס על התכונות המולקולריות שלהם, כימיקלים מסוימים בתמיסה יעברו רחוק יותר עם השלב הנייח מאחרים. לאחר התפשטותם, ניתן לזהות את הכימיקלים על ידי כמה רחוק הם נסעו ותכונותיהם האישיות.
כרומטוגרפיה של נייר
דרך פשוטה להבין כיצד כרומטוגרפיה מפרידה בין חלקי הפתרון היא לחשוב מה קורה כשנייר נייר שעליו כתוב כתוב נרטב. הדיו מתפשט על פני הנייר בפסים. לכולם יש ניסיון עם הגרסה הלא מכוונת הזו של כרומטוגרפיית נייר. הפתרון הוא הדיו, והכימיקלים בדיו נפרדים כאשר הנייר נרטב. באותה שיטה משתמשים בהפרדת כימיקלים בתמיסות שאינן דיו.
בשיטה זו, קו עיפרון נמשך בצורה אופקית על פני הנייר בתחתיתו, ומוסיפים נקודה של הפתרון הנבדק. כשהוא מתייבש, הנייר תלוי אנכית מעל צלחת. מספיק להוסיף ממס נוזלי לתבנית כדי להגיע לתחתית הנייר, אך לא לקו העיפרון. הממיס מתחיל לטפס על הנייר, וכשהוא מגיע לנקודת התמיסה, הוא מתחיל לשאת איתו את הכימיקלים שבתמיסה. בכרומטוגרפיה של נייר, הנייר הוא מרכיב הניסוי שנשאר דומם, ולכן הוא נקרא "נייח שלב." הממס מעלה את הנייר ומביא עמו את התמיסה הנבדקת, ולכן הממס מכונה "הנייד שלב."
סְפִיחָה
מולקולות בממס וגם בתמיסה מתקשרות עם המולקולות בעיתון. הם נתקעים זמנית על פני הנייר, בתהליך שנקרא ספיחה. בניגוד לקליטה, ספיחה אינה קבועה. בסופו של דבר המולקולות משתחררות וממשיכות לטפס על הנייר, אך המולקולות בכל רכיב כימי נקשרות באופן שונה למולקולות שבנייר. חלקם מתפרקים מהר יותר, ונוסעים במעלה הנייר במהירות רבה יותר ממולקולות הכימיקלים האחרים. כאשר הממס כמעט הגיע לחלקו העליון של הנייר, קו עיפרון נמשך כדי לסמן את מיקומו לפני שהוא מתאדה. מסומנים גם עמדות הנקודות הכימיות שהופרדו מהפתרון המקורי.
אם הכימיקלים חסרי צבע, טכניקות אחרות יכולות לחשוף אותם, כגון אור אולטרה סגול בוהק על הנייר כדי להראות את הנקודות, או ריסוס כימיקל שיגיב עם הנקודות וייתן אותן צֶבַע. לעיתים נמדד המרחק שכל נקודה עברה יחסית למרחק שהממס עבר. יחס זה ידוע כגורם השמירה, או ה- Rf ערך. זה שימושי לזיהוי רכיבי תערובת מכיוון שה- Rf ניתן להשוות את הערך לאלה של כימיקלים ידועים.
עקרונות הכרומטוגרפיה
כרומטוגרפיה של נייר היא רק סוג אחד של כרומטוגרפיה. בצורות אחרות של כרומטוגרפיה, השלב הנייח יכול להיות מספר חומרים אחרים, כמו צלחת זכוכית או אלומיניום מצופה בנוזל, צנצנת מלאה בנוזל או עמוד מלא בחלקיקים מוצקים כמו סיליקה גבישים. השלב הנייד עשוי אפילו לא להיות ממס נוזלי, אלא "תמצית" גזית. כל הכרומטוגרפיה עובדת על ידי ביצוע אותו דבר עם חומרים וטכניקות רבות ושונות - שלב נייד מועבר או דרך נייח שלב. התמיסה מופרדת למרכיביה בהתבסס על מידת התמוססות של כל חלק בתמיסה את השלב הנייד והוא מובל לאורך, וכמה זה נצמד לשלב הנייח הסופח ומאט מטה.