რატომ მუშაობს ქრომატოგრაფია?

ქრომატოგრაფია განსაზღვრავს სხვადასხვა ქიმიკატებს ანალიზირებულ ნაერთში მოლეკულების თვისებებისა და მობილობის საფუძველზე. ქრომატოგრაფია საშუალებას აძლევს მეცნიერებს გამოყონ სითხეები და გაზები, დაწყებული ნავთობიდან და დნმ-დან, ქლოროფილამდე და კალმის მელნებით. სტუდენტებს ასევე შეუძლიათ გამოიყენონ ქრომატოგრაფია ექსპერიმენტებისა და სახალისო პროექტებისთვის.

"ქრომატი" მოდის ბერძნული სიტყვიდან "ქრომა", რაც ნიშნავს ფერს. "-გრაფია" მოდის ლათინურიდან "-გრაფიia" ან ბერძნული "graphein" და ნიშნავს (თითო Merriam-Webster) "წერას ან წარმოდგენას (მითითებული) წესით ან (მითითებული) საშუალებით ან (მითითებული) ობიექტით. "ამიტომ ქრომატოგრაფია სიტყვასიტყვით ნიშნავს დაწერას ან წარმოდგენას ფერით. Merriam-Webster– ის უფრო ფორმალურ განმარტებაში ნათქვამია, რომ ქრომატოგრაფია არის ”პროცესი, რომელშიც ხდება ქიმიური ნარევის სითხის ან გაზით გადატანა კომპონენტებად გამოიყოფა გამხსნელების დიფერენცირებული განაწილების შედეგად, რადგან ისინი მოძრაობენ სტაციონარული თხევადი ან მყარი გარშემო ან მის გარშემო ფაზა ”.

ქრომატოგრაფია მუშაობს მასალებში მოლეკულების თვისებების განსხვავების გამო. ზოგიერთ მოლეკულას, ისევე როგორც წყალს, აქვს პოლარობა, ამიტომ ისინი მოქმედებენ პატარა მაგნიტების მსგავსად. ზოგიერთი მოლეკულა არის იონური, რაც იმას ნიშნავს, რომ ატომები ერთმანეთთან იკავებენ მუხტის განსხვავებებით, ისევ პატარა მაგნიტების მსგავსად. ზოგიერთი მოლეკულა განსხვავდება ფორმისა და ზომის მიხედვით. მოლეკულური თვისებების ეს განსხვავებები მეცნიერებს საშუალებას აძლევს გამოყონ ნაერთები ცალკეულ მოლეკულებად ქრომატოგრაფიის გამოყენებით.

ქრომატოგრაფია ასევე დამოკიდებულია მოლეკულების მობილობაზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოლეკულების გადაადგილების უნარი განსაზღვრავს თუ არა ქრომატოგრაფია. მოლეკულების მობილურ ფაზაში მოქცევა მოითხოვს ნივთიერების გახსნას გამხსნელში ან ნივთიერების თხევად ან გაზურ სტადიაში მოყვანას. თუ გამხსნელი გამოიყენება, გამხსნელი დამოკიდებულია გამოსაყოფ მასალაზე. თხევადი და გაზის ნარევები შეიძლება აიძულონ ან გაიყვანონ მასალის საშუალებით, რომელიც შთანთქავს მოლეკულებს მათი გავლისას. არ აქვს მნიშვნელობა რა მასალას აანალიზებენ, ქრომატოგრაფიის მუშაობისთვის მასალის მობილური ფაზა უნდა ჰქონდეს.

მართალია, ქრომატოგრაფიის ტექნიკა განსხვავდება, მაგრამ ეს ყველაფერი დამოკიდებულია მოლეკულური განსხვავებებისა და მასალების მობილობის კომბინაციაზე. ქრომატოგრაფია მუშაობს გახსნილი მასალის, სითხის ან გაზის ფილტრაციის მასალის გავლით. მოლეკულები გამოიყოფა შრეებად, როდესაც ფილტრები გადიან. გამოყოფის მექანიზმი დამოკიდებულია ფილტრაციის მეთოდით, რომელიც განისაზღვრება გამოყოფილი მოლეკულების ტიპების მიხედვით. არ აქვს მნიშვნელობა რომელი მეთოდი იქნება გამოყენებული, მოლეკულები ფილტრის გავლით სხვადასხვა სიჩქარით მოძრაობენ და გამოყოფენ მოლეკულებს ფენებად, რომლებიც ხშირად ფილტრის მასალაში ფერადი ხაზების სახით ჩნდებიან.

ზოგადად, უფრო დიდი ან მძიმე მოლეკულები უფრო ნელა მოძრაობენ ფილტრის მასალზე, ვიდრე პატარა ან მსუბუქი მოლეკულები. მოლეკულები განცალკევებით მოძრაობენ, რადგან ისინი სხვადასხვა სიჩქარით იმოძრავებენ, წყლის მოცულობის ან ენერგიის ვარდნისას ნალექებივით იშლება.

მიუხედავად იმისა, რომ მრავალი ქრომატოგრაფიული ტესტისთვის საჭიროა სპეციალური აღჭურვილობა და ტექნიკა, ქრომატოგრაფია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგიერთ სახლში და სასკოლო ექსპერიმენტებში მარტივი მასალების გამოყენებით.

კალმის მელნის ანალიზი

ქრომატოგრაფიის მარტივი დემონსტრირება იყენებს ყავის ფილტრებს და სხვადასხვა მარკერის კალმებს. თუ კალმები იყენებენ წყალში ხსნად მელანს, გამოყენებული გამხსნელია წყალი. თუ მარკერები იყენებენ მუდმივ მელანს, იზოპროპილის სპირტი ხშირად მუშაობს გამხსნელად. დაიწყეთ ყავის ფილტრის გაბრტყელებით. მოათავსეთ ყავის ფილტრი ერთჯერად თეფშზე ან სხვა მასალაზე, რათა თავიდან იქნას აცილებული ძირითადი ზედაპირები. გამოიყენეთ მრავალფეროვანი კალმები წერტილების დასასმელად ფილტრის ცენტრალური ნაწილის გარშემო. დაამატეთ წყალი ან ალკოჰოლი ყავის ფილტრის ცენტრში. ამისათვის კოვზი კარგად მუშაობს. არ დაამატოთ საკმარისი რაოდენობის სითხე გუბურის შესაქმნელად; წყალი ან ალკოჰოლი უნდა გაფართოვდეს ცენტრიდან. როგორც თხევადი მოძრაობს ცენტრიდან, მელანი იხსნება და ცენტრიდან გარედან მოძრაობს. მელანში სხვადასხვა პიგმენტები გამოიყოფა, შესრულდება მელნის საწყისი ადგილიდან და ინახება მწკრივებში, პიგმენტის მოლეკულების საფუძველზე.

ქლოროფილის ქრომატოგრაფია

ცოტა უფრო რთული, მაგრამ თანაბრად საინტერესო ქრომატოგრაფიული პროექტი გამოყოფს ფოთლებში ქლოროფილს. ქლოროფილი გვხვდება მცენარეების ფოთლებში. მიუხედავად იმისა, რომ ქლოროფილი მწვანეა, ფოთლების უმეტესობა შეიცავს დამატებით პიგმენტებს, როგორიცაა კაროტინოიდები, რომლებიც ქმნიან წითელ და ნარინჯისფერ ფერებს, რომლებსაც შემოდგომაზე ხედავთ. ეს კაროტინოიდები და სხვა პიგმენტები ვლინდება მწვანე ქლოროფილის დეგრადაციის გამო, რის გამოც ფოთლოვანი ფოთლების ფოთლები სხვადასხვა ფერებს იჩენს შემოდგომაზე. დაიწყეთ რამდენიმე მწვანე ფოთლის შერჩევით. გაანადგურე ფოთლები და დაასველე ცალი იზოპროპილის სპირტში ან აცეტონში (მას ასევე უწოდებენ პროპანონს). ქლოროფილი გამოდის ფოთლებიდან და თხევად მწვანეს გახდის.

• იზოპროპილის სპირტი და აცეტონი აალებადია. არ განათავსოთ ისინი ან არ გამოიყენოთ ისინი ან ცეცხლთან ან სითბოს წყაროსთან ახლოს.

პიგმენტების გამოსაყოფად, გაჭრა გაბრტყელებული ყავის ფილტრის ცენტრიდან დაახლოებით დიუმიანი სიგანის ზოლი ან გამოიყენეთ ქრომატოგრაფიული ქაღალდი. ქაღალდის ერთი ბოლო გადაავლეთ ფანქარზე. ჩაასხით სითხე დაახლოებით 1 სანტიმეტრში ჭურჭელში ოდნავ მოკლე კონტეინერში, ვიდრე ქაღალდის ზოლი. ფანქარი გადადეთ კონტეინერის თავზე ისე, რომ ქაღალდის ქვედა სითხე იყოს. თხევადი ამოვა ქაღალდში კაპილარული მოქმედების გამო, თან ქლოროფილი და სხვა პიგმენტური მოლეკულები. როგორც სითხე აორთქლდება, მოლეკულები უკან რჩება ქაღალდზე, ქმნის პიგმენტის ხაზებს. ამოიღეთ ქაღალდი, როდესაც ხაზები მკაფიო გახდება, რადგან თუ ქაღალდი ძალიან დიდხანს დარჩა, თხევადი ყველა პიგმენტის მოლეკულას გადაიტანს ქაღალდის თავზე.