クロマトグラフィーが機能するのはなぜですか？

クロマトグラフィーは、分析対象の化合物の分子の特性と移動度に基づいて、さまざまな化学物質を識別します。 クロマトグラフィーにより、科学者は石油やDNAからクロロフィルやペンインクに至るまでの液体と気体を分離できます。 学生は、実験や楽しいプロジェクトにクロマトグラフィーを使用することもできます。

「Chromat-」はギリシャ語の「chroma」から来ています。これは色を意味します。 「-Graphy」はラテン語の「-graphia」またはギリシャ語の「graphein」に由来し、（メリアム・ウェブスターによると）「 （指定された）方法または（指定された）手段または（指定された）オブジェクトによる。」したがって、クロマトグラフィーは文字通り、書くまたは表現することを意味します。 色付き。 Merriam-Websterのより正式な定義によると、クロマトグラフィーは「液体または気体によって運ばれる化学物質の混合物が 溶質が静止した液体または固体の周りまたは上を流れるときの溶質の分布の違いの結果として、成分に分離されます 段階。"

クロマトグラフィーは、材料中の分子の特性が異なるために機能します。 水のようないくつかの分子は極性を持っているので、それらは小さな磁石のように機能します。 一部の分子はイオン性です。つまり、小さな磁石のように、原子は電荷の違いによって結合されます。 一部の分子は形状とサイズが異なります。 分子特性のこれらの違いにより、科学者はクロマ​​トグラフィーを使用して化合物を個々の分子に分離することができます。

クロマトグラフィーは、分子の移動度にも依存します。 言い換えれば、移動する分子の能力によって、クロマトグラフィーが機能するかどうかが決まります。 分子を移動相に入れるには、物質を溶媒に溶解するか、物質を液体または気体の段階にする必要があります。 使用する溶剤の場合、溶剤は分離する材料によって異なります。 液体と気体の混合物は、分子が通過するときに分子を吸収する材料を通して押したり引いたりすることができます。 分析対象の材料に関係なく、クロマトグラフィーが機能するには、材料に移動相が必要です。

クロマトグラフィー技術は異なりますが、それらはすべて分子の違いと材料の移動度の組み合わせに依存します。 クロマトグラフィーは、溶解した材料、液体、または気体をフィルター材料に通すことによって機能します。 分子がフィルターを通過すると、分子は層に分離します。 分離のメカニズムは、分離する分子の種類によって決まるフィルタリング方法によって異なります。 ただし、どの方法を使用しても、分子はフィルター内をさまざまな速度で移動し、分子を層に分離します。層は、フィルター材料に色付きの線として表示されることがよくあります。

一般に、大きい分子または重い分子は、小さい分子または軽い分子よりもゆっくりとフィルター材料を通過します。 分子は異なる速度で移動するため、移動すると分離し、水の量またはエネルギーが低下すると、堆積物が水から落下するように落下します。

多くのクロマトグラフィーテストには特別な機器と技術が必要ですが、クロマトグラフィーは、単純な材料を使用した家庭や学校の実験で使用できます。

ペンインク分析

クロマトグラフィーの簡単なデモンストレーションでは、コーヒーフィルターとさまざまなマーカーペンを使用します。 ペンが水溶性インクを使用している場合、使用される溶剤は水です。 マーカーが油性インクを使用している場合、イソプロピルアルコールが溶剤として機能することがよくあります。 コーヒーフィルターを平らにすることから始めます。 下にある表面の汚れを防ぐために、使い捨てプレートまたは他の材料の上にコーヒーフィルターを置きます。 さまざまなペンを使用して、フィルターの中央部分の周りにドットを作成します。 コーヒーフィルターの中央に水またはアルコールを追加します。 これには小さじ1杯が適しています。 水たまりを作るのに十分な液体を加えないでください。 水またはアルコールは中心から膨張するはずです。 液体が中心から外に出ると、インクは溶解して中心から外側に移動します。 インク内のさまざまな顔料が分離し、最初のインクスポットから実行され、顔料分子に基づいて列に配置されます。

クロロフィルクロマトグラフィー

もう少し複雑ですが、同様に興味深いクロマトグラフィープロジェクトは、葉に含まれる葉緑素を分離します。 クロロフィルは植物の葉に発​​生します。 葉緑素は緑色ですが、ほとんどの葉にはカロテノイドなどの追加の色素も含まれており、秋に見られる赤とオレンジの色を作り出します。 これらのカロテノイドや他の色素は、緑色のクロロフィルが分解するにつれて明らかになります。そのため、落葉性の植物の葉は秋に異なる色を示します。 いくつかの緑の葉を選択することから始めます。 葉をつぶし、イソプロピルアルコールまたはアセトン（プロパノンとも呼ばれます）に浸します。 葉緑素は葉から浸出し、液体を緑色に変えます。

• イソプロピルアルコールとアセトンはどちらも可燃性です。 これらを置いたり、炎や熱源の近くや近くで使用したりしないでください。

顔料を分離するには、平らにしたコーヒーフィルターの中心から約1インチ幅のストリップを切り取るか、クロマトグラフィーペーパーを使用します。 紙の一端を鉛筆にテープで留めます。 紙片よりわずかに短い容器に約1インチの液体を注ぎます。 紙の底が液体になるように、容器の上部に鉛筆を置きます。 液体は毛細管現象により紙の中で上昇し、クロロフィルや他の色素分子を運びます。 液体が蒸発すると、分子が紙に残り、顔料の線が作成されます。 紙が長すぎると、液体が最終的にすべての顔料分子を紙の上部に運ぶため、線がはっきりしたときに紙を取り除きます。