Waarom werkt chromatografie?

Chromatografie identificeert verschillende chemicaliën op basis van de eigenschappen en mobiliteit van de moleculen in de verbinding die wordt geanalyseerd. Met chromatografie kunnen wetenschappers vloeistoffen en gassen scheiden, variërend van aardolie en DNA tot chlorofyl en peninkt. Studenten kunnen chromatografie ook gebruiken voor experimenten en leuke projecten.

"Chromat-" komt van het Griekse woord "chroma", wat kleur betekent. "-Graphy" komt van het Latijnse "-graphia" of Griekse "graphein" en betekent (per Merriam-Webster) "schrijven of representeren in een (bepaalde) manier of door een (bepaalde) manier of van een (bepaald) object." Chromatografie betekent dus letterlijk te schrijven of te vertegenwoordigen met kleur. Een meer formele definitie van Merriam-Webster stelt dat chromatografie "een proces is waarbij een chemisch mengsel gedragen door een vloeistof of gas wordt gescheiden in componenten als gevolg van differentiële verdeling van de opgeloste stoffen terwijl ze rond of over een stationaire vloeistof of vaste stof stromen fase."

Chromatografie werkt vanwege verschillen in de eigenschappen van moleculen in materialen. Sommige moleculen, zoals water, hebben een polariteit, dus werken ze als kleine magneten. Sommige moleculen zijn ionisch, wat betekent dat de atomen bij elkaar worden gehouden door hun ladingsverschillen, weer als kleine magneten. Sommige moleculen verschillen in vorm en grootte. Deze verschillen in moleculaire eigenschappen stellen wetenschappers in staat om verbindingen in individuele moleculen te scheiden met behulp van chromatografie.

Chromatografie hangt ook af van de mobiliteit van de moleculen. Met andere woorden, het vermogen van de moleculen om te bewegen bepaalt of chromatografie werkt. Om moleculen in een mobiele fase te brengen, moet de stof worden opgelost in een oplosmiddel of moet de stof in een vloeibaar of gasvormig stadium zijn. Als een oplosmiddel wordt gebruikt, is het oplosmiddel afhankelijk van het te scheiden materiaal. Vloeistof- en gasmengsels kunnen door een materiaal worden geduwd of getrokken dat de moleculen absorbeert terwijl ze er doorheen gaan. Het maakt niet uit welk materiaal wordt geanalyseerd, om chromatografie te laten werken, moet het materiaal een mobiele fase hebben.

Hoewel chromatografietechnieken verschillen, zijn ze allemaal afhankelijk van een combinatie van moleculaire verschillen en materiaalmobiliteit. Chromatografie werkt door het opgeloste materiaal, vloeistof of gas door een filtermateriaal te leiden. De moleculen vallen uiteen in lagen terwijl de moleculen door het filter gaan. Het scheidingsmechanisme is afhankelijk van de filtermethode, die wordt bepaald door de soorten moleculen die moeten worden gescheiden. Maar welke methode ook wordt gebruikt, de moleculen reizen met verschillende snelheden door het filter en scheiden de moleculen in lagen die vaak verschijnen als gekleurde lijnen in het filtermateriaal.

Over het algemeen reizen de grotere of zwaardere moleculen langzamer door het filtermateriaal dan de kleinere of lichtere moleculen. De moleculen scheiden zich terwijl ze bewegen omdat ze met verschillende snelheden reizen en eruit vallen als sedimenten die uit het water vallen als het volume of de energie van het water daalt.

Hoewel veel chromatografietests speciale apparatuur en technieken vereisen, kan chromatografie worden gebruikt in sommige thuis- en schoolexperimenten met behulp van eenvoudige materialen.

Pen Inkt Analyse

Een eenvoudige demonstratie van chromatografie maakt gebruik van koffiefilters en een verscheidenheid aan markeerstiften. Als de pennen wateroplosbare inkten gebruiken, is het gebruikte oplosmiddel water. Als de markers permanente inkt gebruiken, werkt isopropylalcohol vaak als oplosmiddel. Begin met het uitvlakken van een koffiefilter. Plaats het koffiefilter op een wegwerpbord of ander materiaal om vlekken op de onderliggende oppervlakken te voorkomen. Gebruik verschillende pennen om stippen rond het middengedeelte van het filter te maken. Voeg water of alcohol toe aan het midden van het koffiefilter. Een theelepel werkt hier goed voor. Voeg niet genoeg vloeistof toe om een ​​plas te creëren; het water of de alcohol moet vanuit het midden uitzetten. Als de vloeistof vanuit het midden naar buiten beweegt, zullen de inkten oplossen en vanuit het midden naar buiten bewegen. Verschillende pigmenten in de inkten worden gescheiden, uitgevoerd vanaf de eerste inktvlek en in rijen afgezet op basis van de pigmentmoleculen.

Chlorofylchromatografie

Een iets gecompliceerder maar even interessant chromatografieproject scheidt het chlorofyl dat in bladeren wordt gevonden. Chlorofyl komt voor in de bladeren van planten. Hoewel chlorofyl groen is, bevatten de meeste bladeren ook extra pigmenten zoals carotenoïden, die de rode en oranje kleuren creëren die je in de herfst ziet. Deze carotenoïden en andere pigmenten worden onthuld als het groene chlorofyl afbreekt, wat de reden is waarom bladverliezende plantenbladeren in de herfst verschillende kleuren vertonen. Begin met het selecteren van verschillende groene bladeren. Plet de bladeren en week de stukjes in isopropylalcohol of aceton (ook wel propanon genoemd). Het chlorofyl zal uit de bladeren uitlogen en de vloeistof groen kleuren.

• Isopropylalcohol en aceton zijn beide ontvlambaar. Plaats deze of gebruik deze niet in de buurt van of met vlammen of een warmtebron.

Om de pigmenten te scheiden, knipt u een strook van ongeveer een centimeter breed uit het midden van een platgemaakt koffiefilter of gebruikt u chromatografiepapier. Plak het ene uiteinde van het papier op een potlood. Giet ongeveer 2,5 cm van de vloeistof in een bak die iets korter is dan de papieren strook. Leg het potlood over de bovenkant van de container zodat de onderkant van het papier in de vloeistof ligt. De vloeistof zal door capillaire werking in het papier opstijgen en het chlorofyl en andere pigmentmoleculen meevoeren. Terwijl de vloeistof verdampt, blijven de moleculen op het papier achter, waardoor er pigmentlijnen ontstaan. Verwijder het papier wanneer de lijnen duidelijk worden, want als het papier te lang wordt bewaard, zal de vloeistof uiteindelijk alle pigmentmoleculen naar de bovenkant van het papier dragen.