Kā šķīduma daļas var atdalīt ar hromatogrāfiju?

Šķīdums ir vismaz divu vielu homogēns maisījums. Kad ķīmiķiem jānosaka, kādi komponenti atrodas šķīdumā vai citā maisījumā, viņi bieži izmanto tehniku, ko sauc par hromatogrāfiju. Hromatogrāfija ir process, kas atdala maisījuma komponentus, lai tos varētu identificēt. Šī ir izplatīta metode, ko izmanto pētniecībā, kā arī citās nozarēs, piemēram, medicīnā un kriminālistikā. Ir vairāki hromatogrāfijas veidi, taču tie visi darbojas vienādu ķīmijas principu dēļ.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Hromatogrāfija ir zinātnisks process, kas atdala šķīduma vai cita maisījuma komponentus, lai tos varētu identificēt. Lai to panāktu, tiek izmantoti daudz dažādu materiālu, taču visos hromatogrāfijas veidos ietilpst "stacionāra fāze" materiāls, kas nepārvietojas, un "mobilās fāzes" materiāls, kas pārvietojas gar stacionāro fāzi, nesot šķīdumu ar to. Pamatojoties uz to molekulārajām īpašībām, dažas šķīdumā esošās ķīmiskās vielas ar stacionāro fāzi pārvietosies tālāk nekā citas. Kad tās ir izkliedētas, ķimikālijas var noteikt pēc to attāluma un to individuālajām īpašībām.

Vienkāršs veids, kā saprast, kā hromatogrāfija atdala šķīduma daļas, ir domāt par to, kas notiek, kad papīra gabals ar uzrakstu uz tā kļūst slapjš. Tinte svītrās izplatās pa papīru. Ikvienam ir pieredze ar šo netīšo papīra hromatogrāfijas versiju. Risinājums ir tinte, un tintē esošās ķīmiskās vielas atdalās, kad papīrs kļūst slapjš. To pašu metodi izmanto ķīmisko vielu atdalīšanai šķīdumos, kas nav tinte.

Šajā metodē zīmuļa līnija tiek novilkta horizontāli pāri papīram pašā apakšā, un tiek pievienots pārbaudāmā šķīduma punkts. Kad tas izžūst, papīrs tiek pakārts vertikāli virs trauka. Traukam pievieno pietiekami daudz šķidra šķīdinātāja, lai sasniegtu papīra dibenu, bet ne zīmuļa līniju. Šķīdinātājs sāk kāpt pa papīru, un, sasniedzot šķīduma punktu, tas sāk nest šķīdumā esošās ķīmiskās vielas. Papīra hromatogrāfijā papīrs ir eksperimenta elements, kas paliek nekustīgs, tāpēc to sauc par “stacionāru fāze." Šķīdinātājs virzās pa papīru augšup, līdz ar to tiek pārbaudīts šķīdums, tāpēc šķīdinātājs ir pazīstams kā “mobilais fāze."

Gan šķīdinātājā, gan šķīdumā esošās molekulas mijiedarbojas ar papīra molekulām. Viņi īslaicīgi iestrēgst uz papīra virsmas procesā, ko sauc par adsorbciju. Atšķirībā no absorbcijas adsorbcija nav pastāvīga. Galu galā molekulas atbrīvojas un turpina kāpt pa papīru, bet molekulas katrā ķīmiskajā komponentā atšķirīgi savienojas ar papīra molekulām. Daži ātrāk atdalās un ātrāk pārvietojas pa papīru nekā citu ķīmisko vielu molekulas. Kad šķīdinātājs ir gandrīz sasniedzis papīra augšdaļu, pirms iztvaikošanas tiek uzzīmēta zīmuļa līnija, kas iezīmē tā atrašanās vietu. Ir atzīmētas arī ķīmisko punktu vietas, kas atdalījās no sākotnējā šķīduma.

Ja ķīmiskās vielas ir bezkrāsainas, citas metodes var tās atklāt, piemēram, ultravioletās gaismas spīdēšana uz papīra, lai parādītu punktus, vai izsmidzinot ķīmisku vielu, kas reaģēs ar punktiem un tos iedos krāsa. Dažreiz attālums, ko katrs nobrauktais punkts tiek mērīts attiecībā pret šķīdinātāja nobraukto attālumu. Šī attiecība ir pazīstama kā aiztures koeficients jeb R_f vērtība. Tas ir noderīgi maisījuma sastāvdaļu identificēšanai, jo R_f vērtību var salīdzināt ar zināmo ķīmisko vielu vērtību.

Papīra hromatogrāfija ir tikai viena veida hromatogrāfija. Citos hromatogrāfijas veidos stacionārā fāze varētu būt vairāki citi materiāli, piemēram, stikla plāksne vai alumīnijs, kas pārklāts ar šķidrumu, burka, kas piepildīta ar šķidrumu, vai kolonna, kas piepildīta ar cietām daļiņām, piemēram, silīcija dioksīds kristāli. Mobilā fāze var būt pat šķidrs šķīdinātājs, bet gan gāzveida “eluants”. Visa hromatogrāfija darbojas, veicot tas pats ar daudziem dažādiem materiāliem un paņēmieniem - mobilā fāze tiek pārvietota pāri vai caur stacionāru fāze. Šķīdums tiek sadalīts tā sastāvdaļās, pamatojoties uz to, cik daudz katra šķīduma daļa izšķīst kustīgā fāze un tiek nēsāta līdzi, un cik daudz tā pielīp adsorbenta stacionārajai fāzei un palēninās uz leju.