Kāpēc darbojas hromatogrāfija?

Hromatogrāfija identificē dažādas ķīmiskās vielas, pamatojoties uz analizējamā savienojuma molekulu īpašībām un mobilitāti. Hromatogrāfija ļauj zinātniekiem nošķirt šķidrumus un gāzes, sākot no naftas un DNS līdz hlorofila un pildspalvu tintēm. Skolēni var izmantot hromatogrāfiju arī eksperimentiem un jautriem projektiem.

"Chromat-" nāk no grieķu vārda "chroma", kas nozīmē krāsu. "-Grafika" nāk no latīņu valodas "-graphia" vai grieķu valodas "graphein" un nozīmē (pēc Merriam-Webster) "rakstīšanu vai attēlojumu (norādītajā) veidā vai ar (norādīto) līdzekli vai ar (norādīto) objektu. "Tādēļ hromatogrāfija burtiski nozīmē rakstīt vai attēlot ar krāsu. Oficiālāka Merriam-Webster definīcija nosaka, ka hromatogrāfija ir "process, kurā šķidruma vai gāzes nesamais ķīmiskais maisījums tiek izšķīdušo vielu diferenciālā sadalījuma rezultātā sadalās komponentos, kad tās plūst ap vai virs stacionāra šķidruma vai cietas vielas fāze."

Hromatogrāfija darbojas materiālu molekulu īpašību atšķirību dēļ. Dažām molekulām, piemēram, ūdenim, ir polaritāte, tāpēc tās darbojas kā mazi magnēti. Dažas molekulas ir joniskas, kas nozīmē, ka atomus satur kopā to lādiņu atšķirības, atkal kā mazi magnēti. Dažas molekulas atšķiras pēc formas un lieluma. Šīs molekulāro īpašību atšķirības ļauj zinātniekiem atdalīt savienojumus atsevišķās molekulās, izmantojot hromatogrāfiju.

Hromatogrāfija ir atkarīga arī no molekulu mobilitātes. Citiem vārdiem sakot, molekulu pārvietošanās spēja nosaka, vai darbojas hromatogrāfija. Lai molekulas ievietotu kustīgajā fāzē, viela ir vai nu jāizšķīdina šķīdinātājā, vai arī vielai jābūt šķidrā vai gāzveida. Ja tiek izmantots šķīdinātājs, šķīdinātājs ir atkarīgs no atdalāmā materiāla. Šķidruma un gāzes maisījumus var izstumt vai vilkt caur materiālu, kas absorbē molekulas, kad tās šķērso. Neatkarīgi no tā, kāds materiāls tiek analizēts, lai hromatogrāfija darbotos, materiālam jābūt ar kustīgu fāzi.

Lai gan hromatogrāfijas metodes atšķiras, tās visas ir atkarīgas no molekulāro atšķirību un materiāla mobilitātes kombinācijas. Hromatogrāfija darbojas, izšķīdušo materiālu, šķidrumu vai gāzi izlaižot caur filtru. Molekulas izdalās slāņos, kad molekulas iziet cauri filtram. Atdalīšanas mehānisms ir atkarīgs no filtrēšanas metodes, kuru nosaka pēc atdalāmo molekulu veidiem. Bet neatkarīgi no tā, kura metode tiek izmantota, molekulas caur filtru pārvietojas dažādos ātrumos, molekulas atdalot slāņos, kas filtra materiālā bieži parādās kā krāsainas līnijas.

Parasti lielākas vai smagākas molekulas caur filtrmateriālu pārvietojas lēnāk nekā mazākās vai vieglākās molekulas. Molekulas pārvietojoties atdalās, jo tās pārvietojas ar dažādu ātrumu, krītot kā nogulsnes, izkrītot no ūdens, samazinoties ūdens tilpumam vai enerģijai.

Lai gan daudziem hromatogrāfijas testiem ir nepieciešams īpašs aprīkojums un paņēmieni, dažos mājas un skolas eksperimentos, izmantojot vienkāršus materiālus, var izmantot hromatogrāfiju.

Pildspalvas tintes analīze

Vienkāršā hromatogrāfijas demonstrācijā tiek izmantoti kafijas filtri un dažādas pildspalvas. Ja pildspalvveida pilnšļircēs tiek izmantotas ūdenī šķīstošas ​​tintes, izmantotais šķīdinātājs ir ūdens. Ja marķieri izmanto pastāvīgu tinti, izopropilspirts bieži darbojas kā šķīdinātājs. Vispirms izlīdziniet kafijas filtru. Novietojiet kafijas filtru uz vienreizējās lietošanas plāksnes vai cita materiāla, lai pasargātu no pamatnes virsmu nokrāsošanas. Izmantojiet dažādas pildspalvas, lai izveidotu punktus ap filtra centrālo daļu. Pievienojiet ūdeni vai spirtu kafijas filtra centrā. Tam labi der tējkarote. Nepievienojiet pietiekami daudz šķidruma, lai izveidotos peļķe; ūdenim vai alkoholam vajadzētu izplesties no centra. Kad šķidrums pārvietojas no centra, tintes izšķīst un virzīsies uz āru no centra. Dažādi pigmenti tintēs atdalīsies, tos veiks no sākotnējās tintes plankuma un nogulsnēs rindās, pamatojoties uz pigmenta molekulām.

Hlorofila hromatogrāfija

Nedaudz sarežģītāks, bet tikpat interesants hromatogrāfijas projekts atdala lapās atrodamo hlorofilu. Hlorofils sastopams augu lapās. Lai gan hlorofils ir zaļš, lielākajā daļā lapu ir arī papildu pigmenti, piemēram, karotinoīdi, kas rada sarkanās un oranžās krāsas, kuras redzat rudenī. Šie karotinoīdi un citi pigmenti tiek atklāti, jo noārdās zaļais hlorofils, tāpēc lapkoku augu lapām rudenī ir dažādas krāsas. Sāciet, atlasot vairākas zaļas lapas. Sasmalciniet lapas un iemērciet gabaliņus izopropilspirtā vai acetonā (saukts arī par propanonu). Hlorofils izskalosies no lapām un pārvērsīs šķidrumu zaļā krāsā.

• Izopropilspirts un acetons ir viegli uzliesmojoši. Nenovietojiet tos un nelietojiet tos liesmu vai siltuma avotu tuvumā.

Lai atdalītu pigmentus, sagrieziet apmēram collu platu sloksni no saplacināta kafijas filtra centra vai izmantojiet hromatogrāfijas papīru. Līmējiet vienu papīra galu pie zīmuļa. Apmēram 1 collu šķidruma ielej traukā, kas ir nedaudz īsāks par papīra sloksni. Lieciet zīmuli pāri trauka augšdaļai tā, lai papīra apakšdaļa būtu šķidrumā. Šķidrums papilārā pacelsies kapilāru darbības dēļ, nesot līdzi hlorofila un citas pigmenta molekulas. Kad šķidrums iztvaiko, molekulas paliek uz papīra, izveidojot pigmenta līnijas. Noņemiet papīru, kad līnijas kļūst atšķirīgas, jo, ja papīrs tiek atstāts pārāk ilgi, šķidrums galu galā nes visas pigmenta molekulas papīra augšdaļā.