Dlaczego chromatografia działa?

Chromatografia identyfikuje różne substancje chemiczne w oparciu o właściwości i ruchliwość cząsteczek w analizowanym związku. Chromatografia pozwala naukowcom oddzielać ciecze i gazy, od ropy naftowej i DNA po atramenty chlorofilowe i pisakowe. Studenci mogą również używać chromatografii do eksperymentów i zabawnych projektów.

„Chromat-” pochodzi od greckiego słowa „chroma”, które oznacza kolor. „-Graphy” pochodzi od łacińskiego „-graphia” lub greckiego „graphein” i oznacza (według Merriama-Webstera) „pismo lub reprezentację w (określony) sposób lub za pomocą (określonego) środka lub (określonego) obiektu”. Chromatografia oznacza zatem dosłownie pisać lub przedstawiać z kolorem. Bardziej formalna definicja z Merriam-Webster stwierdza, że ​​chromatografia jest „procesem, w którym mieszanina chemiczna przenoszona przez ciecz lub gaz jest rozdzielone na składniki w wyniku różnicowego rozkładu substancji rozpuszczonych podczas ich przepływu wokół lub nad nieruchomą cieczą lub ciałem stałym faza."

Chromatografia działa ze względu na różnice we właściwościach cząsteczek w materiałach. Niektóre cząsteczki, takie jak woda, mają polaryzację, więc działają jak małe magnesy. Niektóre cząsteczki są jonowe, co oznacza, że ​​atomy są utrzymywane razem przez różnice w ich ładunku, znowu jak małe magnesy. Niektóre cząsteczki różnią się kształtem i rozmiarem. Te różnice we właściwościach molekularnych umożliwiają naukowcom rozdzielanie związków na pojedyncze cząsteczki za pomocą chromatografii.

Chromatografia zależy również od ruchliwości cząsteczek. Innymi słowy, zdolność cząsteczek do poruszania się decyduje o tym, czy chromatografia działa. Umieszczenie cząsteczek w fazie ruchomej wymaga albo rozpuszczenia substancji w rozpuszczalniku, albo umieszczenia substancji w fazie ciekłej lub gazowej. W przypadku użycia rozpuszczalnika, rozpuszczalnik zależy od materiału, który ma być oddzielony. Mieszaniny cieczy i gazów można przepychać lub przeciągać przez materiał, który pochłania cząsteczki podczas ich przechodzenia. Bez względu na to, jaki materiał jest analizowany, aby chromatografia działała, materiał musi mieć fazę ruchomą.

Chociaż techniki chromatograficzne różnią się, wszystkie zależą od kombinacji różnic molekularnych i ruchliwości materiału. Chromatografia polega na przepuszczaniu rozpuszczonego materiału, cieczy lub gazu przez materiał filtracyjny. Cząsteczki rozdzielają się na warstwy, gdy przechodzą przez filtr. Mechanizm separacji zależy od metody filtrowania, która jest zdeterminowana rodzajem oddzielanych cząsteczek. Niezależnie jednak od zastosowanej metody, cząsteczki przemieszczają się z różnymi prędkościami przez filtr, rozdzielając je na warstwy, które często pojawiają się jako kolorowe linie na materiale filtracyjnym.

Ogólnie rzecz biorąc, większe lub cięższe cząsteczki przechodzą przez materiał filtra wolniej niż cząsteczki mniejsze lub lżejsze. Cząsteczki rozdzielają się podczas ruchu, ponieważ poruszają się z różnymi prędkościami, wypadając jak osady wypadające z wody, gdy objętość lub energia wody spada.

Podczas gdy wiele testów chromatograficznych wymaga specjalnego sprzętu i technik, chromatografia może być stosowana w niektórych eksperymentach domowych i szkolnych przy użyciu prostych materiałów.

Analiza atramentu pisaka

Prosta demonstracja chromatografii wykorzystuje filtry do kawy i różne pisaki. Jeśli w pisakach używane są atramenty rozpuszczalne w wodzie, stosowanym rozpuszczalnikiem jest woda. Jeśli markery używają permanentnego atramentu, alkohol izopropylowy często działa jako rozpuszczalnik. Zacznij od spłaszczenia filtra do kawy. Umieść filtr do kawy na jednorazowym talerzu lub innym materiale, aby zapobiec zabrudzeniu powierzchni znajdujących się pod spodem. Użyj różnych pisaków, aby zrobić kropki wokół środkowej części filtra. Dodaj wodę lub alkohol na środek filtra do kawy. Łyżeczka do herbaty dobrze się do tego nadaje. Nie dodawaj wystarczającej ilości płynu, aby utworzyć kałużę; woda lub alkohol powinny rozszerzać się ze środka. Gdy ciecz wyjdzie ze środka, atramenty rozpuszczą się i przesuną na zewnątrz od środka. Różne pigmenty w atramentach będą oddzielać się od początkowej plamki atramentu i osadzone w rzędach w oparciu o cząsteczki pigmentu.

Chromatografia chlorofilowa

Nieco bardziej skomplikowany, ale równie interesujący projekt chromatograficzny oddziela chlorofil znajdujący się w liściach. Chlorofil występuje w liściach roślin. Chociaż chlorofil jest zielony, większość liści zawiera również dodatkowe pigmenty, takie jak karotenoidy, które tworzą czerwone i pomarańczowe kolory widoczne jesienią. Te karotenoidy i inne pigmenty ujawniają się podczas degradacji zielonego chlorofilu, dlatego liście roślin liściastych jesienią przybierają inny kolor. Zacznij od wybrania kilku zielonych liści. Zmiażdż liście i namocz kawałki w alkoholu izopropylowym lub acetonie (zwanym również propanonem). Chlorofil wypłucze się z liści i zmieni kolor na zielony.

• Alkohol izopropylowy i aceton są łatwopalne. Nie umieszczaj ich ani nie używaj w pobliżu ognia lub źródła ciepła.

Aby oddzielić pigmenty, wytnij pasek o szerokości około cala od środka spłaszczonego filtra do kawy lub użyj papieru chromatograficznego. Przyklej jeden koniec papieru do ołówka. Wlej około 1 cala płynu do pojemnika nieco krótszego niż pasek papieru. Połóż ołówek na górze pojemnika tak, aby spód papieru znalazł się w płynie. Ciecz unosi się w papierze w wyniku działania kapilarnego, przenosząc ze sobą chlorofil i inne cząsteczki pigmentu. Gdy ciecz odparowuje, cząsteczki pozostają na papierze, tworząc linie pigmentu. Usuń papier, gdy linie staną się wyraźne, ponieważ jeśli papier zostanie zbyt długi, ciecz w końcu przeniesie wszystkie cząsteczki pigmentu na wierzch papieru.