מדוע כרומטוגרפיה עובדת?

כרומטוגרפיה מזהה כימיקלים שונים על בסיס התכונות והניידות של המולקולות בתרכובת המנותחת. כרומטוגרפיה מאפשרת למדענים להפריד נוזלים וגזים הנעים בין נפט ל- DNA וכלורופיל ודיו. התלמידים יכולים גם להשתמש בכרומטוגרפיה לצורך ניסויים ופרויקטים מהנים.

"Chromat-" מגיע מהמילה היוונית "chroma", שפירושה צבע. "-גרפיה" מקורו בלטינית "-גרפיה" או "גרפין" ביוונית ופירושו (לפי מרריאם-וובסטר) "כתיבה או ייצוג ב באופן (מוגדר) או באמצעי (מוגדר) או של אובייקט (שצוין). "כרומטוגרפיה פירושה, פשוטו כמשמעו, לכתוב או לייצג עם צבע. הגדרה פורמלית יותר מ- Merriam-Webster קובעת כי כרומטוגרפיה היא "תהליך שבו תערובת כימית המובלת על ידי נוזל או גז היא מופרדים לרכיבים כתוצאה מהתפלגות דיפרנציאלית של המומסים כשהם זורמים סביב נוזל נייח או מוצק שלב."

כרומטוגרפיה פועלת בגלל הבדלים בתכונות המולקולות בחומרים. יש מולקולות, כמו מים, בעלות קוטביות ולכן הן מתנהגות כמו מגנטים קטנים. חלק מהמולקולות הן יוניות, כלומר האטומים מוחזקים יחד על ידי הפרשי המטען שלהם, שוב כמו מגנטים קטנים. יש מולקולות שונות בצורה ובגודל. הבדלים אלה בתכונות המולקולריות מאפשרים למדענים להפריד תרכובות למולקולות בודדות באמצעות כרומטוגרפיה.

כרומטוגרפיה תלויה גם בתנועתיות של המולקולות. במילים אחרות, היכולת של המולקולות להיות מנועות קובעת אם הכרומטוגרפיה עובדת. הכנסת מולקולות לשלב נייד מחייבת המסת החומר בממיס או החומר בשלב נוזלי או גזי. אם משתמשים בממס, הממיס תלוי בחומר שיש להפריד. ניתן לדחוף או למשוך תערובות נוזלים וגז דרך חומר הקולט את המולקולות כשהן עוברות. לא משנה איזה חומר מנותח, כדי שכרומטוגרפיה תעבוד החומר חייב להיות שלב נייד.

למרות שטכניקות הכרומטוגרפיה שונות, כולן תלויות בשילוב של הבדלים מולקולריים וניידות חומרית. הכרומטוגרפיה פועלת על ידי העברת החומר המומס, הנוזל או הגז דרך חומר פילטר. המולקולות נפרדות לשכבות כאשר המולקולות עוברות דרך המסנן. מנגנון ההפרדה תלוי בשיטת הסינון, הנקבעת על ידי סוגי המולקולות שיש להפריד ביניהן. אך לא משנה באיזו שיטה משתמשים, המולקולות עוברות בקצב שונה דרך המסנן, ומפרידות את המולקולות לשכבות המופיעות לרוב כקווים צבעוניים בחומר המסנן.

באופן כללי, המולקולות הגדולות או הכבדות עוברות דרך חומר הסינון לאט יותר מאשר המולקולות הקטנות או הקלות יותר. המולקולות נפרדות תוך כדי תנועה מכיוון שהן נעות במהירויות שונות, נושרות כמו משקעים הנושרים מהמים כאשר נפח המים או האנרגיה שלהם צונחות.

בעוד שבדיקות כרומטוגרפיה רבות דורשות ציוד וטכניקות מיוחדות, ניתן להשתמש בכרומטוגרפיה בכמה ניסויים בבית ובבית ספר תוך שימוש בחומרים פשוטים.

ניתוח דיו בעט

הדגמה פשוטה של ​​כרומטוגרפיה עושה שימוש במסנני קפה ובמגוון עטים לסמן. אם העטים משתמשים בדיו מסיסים במים, הממס המשמש הוא מים. אם הסמנים משתמשים בדיו קבוע, אלכוהול איזופרופיל לרוב עובד כממיס. התחל על ידי רידוד מסנן קפה. הנח את מסנן הקפה על צלחת חד פעמית או חומר אחר כדי למנוע מכתים של משטחים בסיסיים. השתמש במגוון עטים כדי ליצור נקודות סביב החלק המרכזי של הפילטר. הוסף מים או אלכוהול למרכז פילטר הקפה. כפית עובדת היטב בשביל זה. אין להוסיף מספיק נוזלים ליצירת שלולית; המים או האלכוהול צריכים להתרחב מהמרכז. כאשר הנוזל זז מהמרכז, הדיו יתמוססו ויעברו החוצה מהמרכז. פיגמנטים שונים בדיו יופרדו, יבוצעו מנקודת דיו ראשונית והופקדו בשורות על בסיס מולקולות הפיגמנט.

כרומטוגרפיה של כלורופיל

פרויקט כרומטוגרפיה מעט מסובך יותר אך מעניין לא פחות מפריד בין הכלורופיל המצוי בעלים. כלורופיל מתרחש בעלים של צמחים. למרות שהכלורופיל הוא ירוק, ברוב העלים יש גם פיגמנטים נוספים כמו קרוטנואידים, שיוצרים את הצבעים האדומים והכתומים שרואים בסתיו. קרוטנואידים אלה ופיגמנטים אחרים מתגלים כשהכלורופיל הירוק מתכלה, ולכן עלי צמח נשירים מראים צבעים שונים בסתיו. התחל בבחירת כמה עלים ירוקים. כותשים את העלים ומשרים את החלקים באלכוהול איזופרופיל או אצטון (נקרא גם פרופונון). הכלורופיל ישלח מתוך העלים ויהפוך את הנוזל לירוק.

• אלכוהול איזופרופיל ואצטון שניהם דליקים. אין להציב אותם או להשתמש בהם ליד או עם להבות או עם מקור חום.

כדי להפריד בין הפיגמנטים, חתוך רצועה ברוחב סנטימטר אחד ממרכז פילטר קפה שטוח או השתמש בנייר כרומטוגרפיה. הדביקו קצה אחד של הנייר לעיפרון. יוצקים כ- 1 אינץ 'מהנוזל למיכל מעט נמוך יותר מרצועת הנייר. הניחו את העיפרון על פני החלק העליון של המיכל כך שתחתית הנייר תהיה בנוזל. הנוזל יעלה בנייר עקב פעולת נימים, ויוביל את כלורופיל ומולקולות פיגמנט אחרות. כשהנוזל מתאדה המולקולות נותרות מאחור על הנייר, ויוצרות קווי פיגמנט. הסר את הנייר כאשר הקווים מתבדלים מכיוון שאם הנייר נשאר זמן רב מדי הנוזל יישא בסופו של דבר את כל מולקולות הפיגמנט לראש הנייר.