Hvorfor fungerer kromatografi?

Kromatografi identifiserer forskjellige kjemikalier basert på egenskapene og mobiliteten til molekylene i forbindelsen som analyseres. Kromatografi lar forskere skille væsker og gasser fra petroleum og DNA til klorofyll og pennblekk. Studentene kan også bruke kromatografi til eksperimenter og morsomme prosjekter.

"Chromat-" kommer fra det greske ordet "chroma", som betyr farge. "-Grafi" kommer fra det latinske "-graphia" eller greske "graphein" og betyr (per Merriam-Webster) "skrift eller representasjon i en (spesifisert) måte eller på en (spesifisert) måte eller med et (spesifisert) objekt. "Kromatografi betyr derfor bokstavelig talt å skrive eller representere med farge. En mer formell definisjon fra Merriam-Webster sier at kromatografi er "en prosess der en kjemisk blanding som bæres av en væske eller gass er separert i komponenter som et resultat av differensialfordeling av de oppløste stoffene når de strømmer rundt eller over en stasjonær væske eller et fast stoff fase."

Kromatografi fungerer på grunn av forskjeller i egenskapene til molekyler i materialer. Noen molekyler, som vann, har polaritet, så de fungerer som små magneter. Noen molekyler er ioniske, noe som betyr at atomene holdes sammen av ladningsforskjellene, igjen som små magneter. Noen molekyler er forskjellige i form og størrelse. Disse forskjellene i molekylære egenskaper tillater forskere å skille forbindelser i individuelle molekyler ved hjelp av kromatografi.

Kromatografi avhenger også av mobiliteten til molekylene. Med andre ord avgjør molekylenes evne til å bevege seg om kromatografi fungerer. Å sette molekyler i en mobil fase krever enten å oppløse stoffet i et løsningsmiddel eller ha stoffet i et flytende eller gassformig stadium. Hvis det brukes løsemiddel, avhenger løsningsmidlet av materialet som skal skilles. Væske- og gassblandinger kan skyves eller trekkes gjennom et materiale som absorberer molekylene når de passerer gjennom. Uansett hvilket materiale som blir analysert, for at kromatografi skal fungere, må materialet ha en mobil fase.

Selv om kromatografiteknikker er forskjellige, avhenger de alle av en kombinasjon av molekylære forskjeller og materialmobilitet. Kromatografi fungerer ved å føre det oppløste materialet, væsken eller gassen gjennom et filtermateriale. Molekylene skilles i lag når molekylene passerer gjennom filteret. Separasjonsmekanismen avhenger av filtreringsmetoden, som bestemmes av hvilke typer molekyler som skal skilles. Men uansett hvilken metode som brukes, beveger molekylene seg i forskjellige hastigheter gjennom filteret, og skiller molekylene i lag som ofte fremstår som fargede linjer i filtermaterialet.

Generelt reiser de større eller tyngre molekylene saktere gjennom filtermaterialet enn de mindre eller lettere molekylene. Molekylene skilles når de beveger seg fordi de beveger seg i forskjellige hastigheter og faller ut som sedimenter som faller ut av vann når volumet eller energien til vannet faller.

Mens mange kromatografitester krever spesialutstyr og teknikker, kan kromatografi brukes i noen eksperimenter hjemme og på skolen ved hjelp av enkle materialer.

Penn blekk analyse

En enkel demonstrasjon av kromatografi bruker kaffefiltre og en rekke tusjpenner. Hvis pennene bruker vannløselig blekk, er løsemidlet vann. Hvis markørene bruker permanent blekk, fungerer isopropylalkohol ofte som løsemiddel. Begynn med å flate ut et kaffefilter. Plasser kaffefilteret på en engangsplate eller annet materiale for å forhindre flekker på underliggende overflater. Bruk en rekke penner for å lage prikker rundt den midtre delen av filteret. Tilsett vann eller alkohol i midten av kaffefilteret. En teskje fungerer bra for dette. Ikke tilsett nok væske til å lage en sølepytt; vannet eller alkoholen skal utvide seg fra sentrum. Når væsken beveger seg ut fra midten, vil blekket løse seg opp og bevege seg utover fra midten. Ulike pigmenter i blekket vil skille seg, utføres fra begynnende blekkflekk og deponeres i rader basert på pigmentmolekylene.

Klorofyllkromatografi

Et litt mer komplisert, men like interessant kromatografiprosjekt skiller klorofyllen som finnes i bladene. Klorofyll forekommer i bladene av planter. Selv om klorofyll er grønn, inneholder de fleste blader også ekstra pigmenter som karotenoider, som skaper de røde og oransje fargene du ser om høsten. Disse karotenoider og andre pigmenter blir avslørt når det grønne klorofyllet brytes ned, og derfor viser løvfellende planteblader forskjellige farger om høsten. Begynn med å velge flere grønne blader. Knus bladene og sug bitene i isopropylalkohol eller aceton (også kalt propanon). Klorofyllen vil lekke ut av bladene og gjøre væsken grønn.

• Isopropylalkohol og aceton er begge brannfarlige. Ikke plasser disse eller bruk disse i nærheten av eller med flammer eller varmekilde.

For å skille pigmentene, skjær omtrent en tomme bred stripe fra midten av et flatt kaffefilter eller bruk kromatografipapir. Teip den ene enden av papiret til en blyant. Hell ca. 1 tomme væske i en beholder litt kortere enn papirstrimmelen. Legg blyanten over toppen av beholderen slik at bunnen av papiret er i væsken. Væsken vil stige opp i papiret på grunn av kapillærvirkning, og fører klorofyll og andre pigmentmolekyler med. Når væsken fordamper, blir molekylene igjen på papiret og skaper pigmentlinjer. Fjern papiret når linjene blir tydelige, fordi hvis papiret blir for lenge, vil væsken til slutt føre alle pigmentmolekylene til toppen av papiret.