Hoe kunnen delen van een oplossing worden gescheiden door chromatografie?

Een oplossing is een homogeen mengsel van minimaal twee stoffen. Wanneer chemici moeten bepalen welke componenten in een oplossing of ander mengsel aanwezig zijn, gebruiken ze vaak een techniek die chromatografie wordt genoemd. Chromatografie is een proces dat de componenten van een mengsel uit elkaar trekt zodat ze kunnen worden geïdentificeerd. Dit is een veelgebruikte techniek die wordt gebruikt in onderzoek, maar ook in andere industrieën zoals geneeskunde en forensisch onderzoek. Er zijn verschillende soorten chromatografie, maar ze werken allemaal vanwege dezelfde scheikundige principes.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Chromatografie is een wetenschappelijk proces dat de componenten van een oplossing of ander mengsel uit elkaar trekt zodat ze kunnen worden geïdentificeerd. Er worden veel verschillende materialen gebruikt om dit te bereiken, maar elk type chromatografie omvat een "stationaire fase" materiaal dat niet beweegt, en een "mobiele fase" materiaal dat voorbij de stationaire fase reist en de oplossing draagt ermee. Op basis van hun moleculaire eigenschappen zullen sommige chemicaliën in de oplossing verder reizen met de stationaire fase dan andere. Zodra ze zijn verspreid, kunnen de chemicaliën worden geïdentificeerd aan de hand van hoe ver ze hebben gereisd en hun individuele eigenschappen.

Een eenvoudige manier om te begrijpen hoe chromatografie de delen van een oplossing scheidt, is door na te denken over wat er gebeurt als een stuk papier waarop geschreven staat nat wordt. De inkt verspreidt zich in strepen over het papier. Iedereen heeft ervaring met deze onbedoelde versie van papierchromatografie. De oplossing is de inkt, en de chemicaliën in de inkt scheiden zich af als het papier nat wordt. Dezelfde methode wordt gebruikt om chemicaliën te scheiden in andere oplossingen dan inkt.

Bij deze methode wordt helemaal onderaan een potloodlijn horizontaal over het papier getrokken en wordt een stip van de te testen oplossing toegevoegd. Als het droog is, wordt het papier verticaal over een schaal gehangen. Er wordt voldoende vloeibaar oplosmiddel aan de schaal toegevoegd om de onderkant van het papier te bereiken, maar niet de potloodlijn. Het oplosmiddel begint het papier te beklimmen en wanneer het de punt van de oplossing bereikt, begint het de chemicaliën in de oplossing mee te nemen. Bij papierchromatografie is het papier het element van het experiment dat stil blijft staan, daarom wordt het de "stationaire" genoemd fase." Het oplosmiddel beweegt omhoog over het papier en brengt de geteste oplossing mee, dus het oplosmiddel staat bekend als de "mobiele" oplossing fase."

Moleculen in zowel het oplosmiddel als de oplossing interageren met de moleculen in het papier. Ze komen tijdelijk vast te zitten aan het oppervlak van het papier, in een proces dat adsorptie wordt genoemd. In tegenstelling tot absorptie is adsorptie niet permanent. Uiteindelijk breken de moleculen los en blijven ze het papier beklimmen, maar de moleculen in elke chemische component binden zich anders met de moleculen in het papier. Sommige raken sneller los en reizen sneller door het papier dan de moleculen van de andere chemicaliën. Wanneer het oplosmiddel bijna de bovenkant van het papier heeft bereikt, wordt een potloodlijn getrokken om de locatie aan te geven voordat het verdampt. De posities van de chemische stippen die van de oorspronkelijke oplossing zijn gescheiden, zijn ook gemarkeerd.

Als de chemicaliën kleurloos zijn, kunnen andere technieken ze onthullen, zoals stralend ultraviolet licht op het papier om de stippen te laten zien, of door een chemische stof te spuiten die met de stippen zal reageren en ze te geven kleur. Soms wordt de afstand die elke punt heeft afgelegd, gemeten ten opzichte van de afstand die het oplosmiddel heeft afgelegd. Deze verhouding staat bekend als de retentiefactor of de R_f waarde. Het is handig om de componenten van een mengsel te identificeren, omdat de R_f waarde kan worden vergeleken met die van bekende chemicaliën.

Papierchromatografie is slechts één soort chromatografie. Bij andere vormen van chromatografie kan de stationaire fase een aantal andere materialen zijn, zoals een glasplaat of aluminium bedekt met een vloeistof, een pot gevuld met vloeistof of een kolom gevuld met vaste deeltjes zoals silica Kristallen. De mobiele fase is misschien niet eens een vloeibaar oplosmiddel, maar een gasvormig "eluant". Alle chromatografie werkt door de hetzelfde met veel verschillende materialen en technieken - een mobiele fase wordt over of door een stationaire fase verplaatst fase. De oplossing wordt in zijn componenten gescheiden op basis van hoeveel elk deel van de oplossing in oplost de mobiele fase en wordt meegevoerd, en hoeveel het aan de adsorberende stationaire fase plakt en vertraagt? naar beneden.