De ce funcționează cromatografia?

Cromatografia identifică diferite substanțe chimice pe baza proprietăților și mobilității moleculelor din compusul analizat. Cromatografia permite oamenilor de știință să separe lichidele și gazele, de la petrol și ADN la clorofilă și cerneluri. Elevii pot folosi, de asemenea, cromatografia pentru experimente și proiecte distractive.

„Chromat-” provine din cuvântul grecesc „chroma”, care înseamnă culoare. „-Graphy” provine din latinescul „-graphia” sau grecesc „graphein” și înseamnă (per Merriam-Webster) „scris sau reprezentare într-un (specificat) sau printr-un mijloc (specificat) sau al unui obiect (specificat). "Prin urmare, cromatografia înseamnă literalmente să scrie sau să reprezinte cu culoare. O definiție mai formală din Merriam-Webster afirmă că cromatografia este „un proces în care un amestec chimic transportat de un lichid sau gaz este separate în componente ca urmare a distribuției diferențiale a substanțelor dizolvate pe măsură ce curg în jurul sau peste un lichid sau solid staționar fază."

Cromatografia funcționează din cauza diferențelor în proprietățile moleculelor din materiale. Unele molecule, cum ar fi apa, au polaritate, deci acționează ca niște magneți. Unele molecule sunt ionice, ceea ce înseamnă că atomii sunt ținuți împreună prin diferențele de încărcare, din nou ca niște magneți. Unele molecule diferă ca formă și dimensiune. Aceste diferențe în proprietățile moleculare permit oamenilor de știință să separe compușii în molecule individuale folosind cromatografia.

Cromatografia depinde și de mobilitatea moleculelor. Cu alte cuvinte, capacitatea de a muta moleculele determină dacă cromatografia funcționează. Punerea moleculelor într-o fază mobilă necesită fie dizolvarea substanței într-un solvent, fie prezența substanței într-un stadiu lichid sau gazos. Dacă se folosește un solvent, solventul depinde de materialul care trebuie separat. Amestecurile de lichide și gaze pot fi împinse sau trase printr-un material care absoarbe moleculele pe măsură ce trec. Indiferent de ce material este analizat, pentru ca cromatografia să funcționeze, materialul trebuie să aibă o fază mobilă.

Deși tehnicile de cromatografie diferă, toate depind de o combinație de diferențe moleculare și mobilitate materială. Cromatografia funcționează prin trecerea materialului dizolvat, lichid sau gaz printr-un material filtrant. Moleculele se separă în straturi pe măsură ce moleculele trec prin filtru. Mecanismul de separare depinde de metoda de filtrare, care este determinată de tipurile de molecule care trebuie separate. Dar, indiferent de metoda utilizată, moleculele se deplasează la viteze diferite prin filtru, separând moleculele în straturi care apar adesea ca linii colorate în materialul filtrant.

În general, moleculele mai mari sau mai grele călătoresc prin materialul filtrant mai lent decât moleculele mai mici sau mai ușoare. Moleculele se separă pe măsură ce se mișcă, deoarece călătoresc la viteze diferite, căzând ca sedimentele care cad din apă pe măsură ce volumul sau energia apei scade.

În timp ce multe teste de cromatografie necesită echipamente și tehnici speciale, cromatografia poate fi utilizată în unele experimente la domiciliu și școală folosind materiale simple.

Analiza cernelii stilou

O demonstrație simplă a cromatografiei folosește filtre de cafea și o varietate de pixuri. Dacă pixurile folosesc cerneluri solubile în apă, solventul utilizat este apa. Dacă markerii folosesc cerneală permanentă, alcoolul izopropilic funcționează adesea ca solvent. Începeți prin aplatizarea unui filtru de cafea. Așezați filtrul de cafea pe o placă de unică folosință sau alt material pentru a preveni pătarea suprafețelor subiacente. Folosiți o varietate de pixuri pentru a crea puncte în jurul porțiunii centrale a filtrului. Adăugați apă sau alcool în centrul filtrului de cafea. O linguriță funcționează bine pentru asta. Nu adăugați suficient lichid pentru a crea o baltă; apa sau alcoolul ar trebui să se extindă din centru. Pe măsură ce lichidul se deplasează din centru, cernelurile se vor dizolva și se vor deplasa în afară din centru. Diferiti pigmenti din cerneluri se vor separa, realizati de pata initiala de cerneala si depusi in randuri pe baza moleculelor de pigment.

Cromatografia cu clorofilă

Un proiect de cromatografie puțin mai complicat, dar la fel de interesant, separă clorofila găsită în frunze. Clorofila apare în frunzele plantelor. Deși clorofila este verde, majoritatea frunzelor conțin și pigmenți suplimentari precum carotenoizii, care creează culorile roșii și portocalii pe care le vedeți toamna. Acești carotenoizi și alți pigmenți sunt dezvăluite pe măsură ce clorofila verde se degradează, motiv pentru care frunzele plantelor de foioase prezintă culori diferite în toamnă. Începeți prin selectarea mai multor frunze verzi. Zdrobiți frunzele și înmuiați bucățile în alcool izopropilic sau acetonă (numită și propanonă). Clorofila se va scurge din frunze și va transforma lichidul în verde.

• Alcoolul izopropilic și acetona sunt ambii inflamabili. Nu le așezați și nu le utilizați lângă sau cu flăcări sau surse de căldură.

Pentru a separa pigmenții, tăiați aproximativ o bandă lată de centimetri din centrul unui filtru de cafea aplatizat sau utilizați hârtie cromatografică. Bandați un capăt al hârtiei cu un creion. Se toarnă aproximativ 1 inch din lichid într-un recipient puțin mai scurt decât banda de hârtie. Așezați creionul peste partea superioară a recipientului, astfel încât fundul hârtiei să fie în lichid. Lichidul se va ridica în hârtie datorită acțiunii capilare, transportând clorofila și alte molecule de pigment de-a lungul. Pe măsură ce lichidul se evaporă, moleculele sunt lăsate în urmă pe hârtie, creând linii de pigment. Îndepărtați hârtia când liniile devin distincte, deoarece dacă hârtia este lăsată prea mult timp, lichidul va transporta în cele din urmă toate moleculele de pigment în partea de sus a hârtiei.