Почему работает хроматография?

Хроматография идентифицирует различные химические вещества на основе свойств и подвижности молекул в анализируемом соединении. Хроматография позволяет ученым разделять жидкости и газы, от нефти и ДНК до хлорофилла и чернил ручки. Студенты также могут использовать хроматографию для экспериментов и забавных проектов.

«Хромат» происходит от греческого слова «цветность», что означает цвет. «-Graphy» происходит от латинского «-graphia» или греческого «graphein» и означает (согласно Merriam-Webster) «письмо или представление в (заданным) способом или (заданными) средствами или (заданным) объектом ". Следовательно, хроматография буквально означает писать или представлять с цветом. Более формальное определение от Merriam-Webster гласит, что хроматография - это «процесс, в котором химическая смесь, переносимая жидкостью или газом, разделены на компоненты в результате дифференциального распределения растворенных веществ, когда они текут вокруг или над неподвижной жидкостью или твердым телом фаза ".

Хроматография работает из-за различий в свойствах молекул в материалах. Некоторые молекулы, например вода, имеют полярность, поэтому действуют как маленькие магниты. Некоторые молекулы являются ионными, что означает, что атомы удерживаются вместе за счет разницы в зарядах, опять же, как маленькие магниты. Некоторые молекулы различаются по форме и размеру. Эти различия в молекулярных свойствах позволяют ученым разделять соединения на отдельные молекулы с помощью хроматографии.

Хроматография также зависит от подвижности молекул. Другими словами, способность молекул перемещаться определяет, работает ли хроматография. Перевод молекул в подвижную фазу требует либо растворения вещества в растворителе, либо наличия вещества в жидкой или газовой стадии. Если используется растворитель, растворитель зависит от разделяемого материала. Смеси жидкости и газа могут проталкиваться или вытягиваться через материал, который поглощает молекулы при их прохождении. Независимо от того, какой материал анализируется, для работы хроматографии материал должен иметь подвижную фазу.

Хотя методы хроматографии различаются, все они зависят от комбинации молекулярных различий и подвижности материала. Хроматография работает путем пропускания растворенного материала, жидкости или газа через фильтрующий материал. Молекулы разделяются на слои, когда молекулы проходят через фильтр. Механизм разделения зависит от метода фильтрации, который определяется типами разделяемых молекул. Но независимо от того, какой метод используется, молекулы проходят через фильтр с разной скоростью, разделяя молекулы на слои, которые часто появляются в виде цветных линий в фильтрующем материале.

Как правило, более крупные или более тяжелые молекулы проходят через фильтрующий материал медленнее, чем более мелкие или более легкие молекулы. Молекулы разделяются по мере их движения, потому что они движутся с разной скоростью, падая, как осадок, выпадающий из воды, когда объем или энергия воды падают.

Хотя для многих хроматографических тестов требуется специальное оборудование и методы, хроматографию можно использовать в некоторых домашних и школьных экспериментах с использованием простых материалов.

Анализ чернил пера

Для простой демонстрации хроматографии используются кофейные фильтры и различные маркеры. Если в ручках используются водорастворимые чернила, в качестве растворителя используется вода. Если в маркерах используются стойкие чернила, изопропиловый спирт часто работает как растворитель. Начните с выравнивания кофейного фильтра. Поместите кофейный фильтр на одноразовую тарелку или другой материал, чтобы не испачкать подстилающие поверхности. Используйте различные ручки, чтобы нарисовать точки вокруг центральной части фильтра. Добавьте воду или спирт в центр кофейного фильтра. Для этого хорошо подойдет чайная ложка. Не добавляйте достаточно жидкости, чтобы образовалась лужа; вода или спирт должны расширяться из центра. По мере того, как жидкость выходит из центра, чернила растворяются и движутся наружу из центра. Различные пигменты в чернилах отделяются от исходного чернильного пятна и осаждаются рядами на основе молекул пигмента.

Хроматография хлорофилла

Немного более сложный, но не менее интересный проект хроматографии разделяет хлорофилл, содержащийся в листьях. Хлорофилл содержится в листьях растений. Хотя хлорофилл зеленый, большинство листьев также содержат дополнительные пигменты, такие как каротиноиды, которые создают красный и оранжевый цвета, которые вы видите осенью. Эти каротиноиды и другие пигменты обнаруживаются при разложении зеленого хлорофилла, поэтому листья лиственных растений осенью окрашиваются в разные цвета. Начните с выбора нескольких зеленых листьев. Раздавите листья и замочите кусочки в изопропиловом спирте или ацетоне (также называемом пропаноном). Хлорофилл вымывается из листьев и окрашивает жидкость в зеленый цвет.

• Изопропиловый спирт и ацетон легко воспламеняются. Не размещайте их и не используйте их рядом с огнем или источниками тепла, либо рядом с ними.

Чтобы отделить пигменты, отрежьте полоску шириной около дюйма от центра сплющенного кофейного фильтра или используйте бумагу для хроматографии. Приклейте один конец бумаги к карандашу. Налейте примерно 2,5 см жидкости в емкость, немного короче бумажной полоски. Положите карандаш на верхнюю часть емкости так, чтобы нижняя часть бумаги оказалась в жидкости. Жидкость поднимется вверх в бумаге из-за капиллярного действия, унося хлорофилл и другие молекулы пигмента. Когда жидкость испаряется, молекулы остаются на бумаге, образуя линии пигмента. Удалите бумагу, когда линии станут четкими, потому что, если бумагу оставить слишком долго, жидкость в конечном итоге перенесет все молекулы пигмента на верхнюю часть бумаги.