Prečo chromatografia funguje?

Chromatografia identifikuje rôzne chemikálie na základe vlastností a mobility molekúl v analyzovanej zlúčenine. Chromatografia umožňuje vedcom separovať kvapaliny a plyny od ropy a DNA po chlorofyl a atramenty. Študenti môžu tiež použiť chromatografiu na experimenty a zábavné projekty.

„Chromat-“ pochádza z gréckeho slova „chroma“, čo znamená farba. „-Grafika“ pochádza z latinského „-graphia“ alebo gréckeho „grapheinu“ a znamená (podľa Merriam-Webstera) „zápis alebo reprezentáciu v (špecifikovaným) spôsobom alebo (špecifikovaným) prostriedkom alebo (špecifikovaným) objektom. “Chromatografia teda doslova znamená písať alebo reprezentovať s farbou. Formálnejšia definícia od spoločnosti Merriam-Webster uvádza, že chromatografia je „proces, pri ktorom sa chemická zmes nesená kvapalinou alebo plynom sa rozdeľujú na zložky v dôsledku diferenciálnej distribúcie rozpustených látok, ktoré prúdia okolo alebo cez stacionárnu kvapalinu alebo pevnú látku fáza."

Chromatografia funguje kvôli rozdielom vo vlastnostiach molekúl v materiáloch. Niektoré molekuly, napríklad voda, majú polaritu, takže fungujú ako malé magnety. Niektoré molekuly sú iónové, čo znamená, že atómy sú držané pohromade svojimi nábojovými rozdielmi, opäť ako malé magnety. Niektoré molekuly sa líšia tvarom a veľkosťou. Tieto rozdiely v molekulárnych vlastnostiach umožňujú vedcom rozdeliť zlúčeniny na jednotlivé molekuly pomocou chromatografie.

Chromatografia tiež závisí od pohyblivosti molekúl. Inými slovami, schopnosť pohybovať sa molekulami určuje, či chromatografia funguje. Umiestnenie molekúl do mobilnej fázy vyžaduje buď rozpustenie látky v rozpúšťadle, alebo jej ponechanie v kvapalnom alebo plynnom skupenstve. Ak sa použije rozpúšťadlo, závisí to od materiálu, ktorý sa má separovať. Kvapalné a plynné zmesi je možné pretlačiť alebo pretiahnuť cez materiál, ktorý absorbuje molekuly pri ich prechode. Bez ohľadu na to, aký materiál sa analyzuje, na to, aby chromatografia fungovala, musí mať materiál mobilnú fázu.

Aj keď sa chromatografické techniky líšia, všetky závisia od kombinácie molekulárnych rozdielov a pohyblivosti materiálu. Chromatografia funguje tak, že rozpustený materiál, kvapalina alebo plyn prechádza cez filtračný materiál. Molekuly sa delia na vrstvy, keď prechádzajú cez filter. Mechanizmus separácie závisí od filtračnej metódy, ktorá je určená druhmi molekúl, ktoré sa majú separovať. Ale bez ohľadu na to, ktorá metóda sa použije, molekuly prechádzajú cez filter rôznymi rýchlosťami a oddeľujú molekuly do vrstiev, ktoré sa vo filtračnom materiáli často javia ako farebné čiary.

Všeobecne platí, že väčšie alebo ťažšie molekuly prechádzajú filtračným materiálom pomalšie ako menšie alebo ľahšie molekuly. Molekuly sa pri pohybe oddeľujú, pretože sa pohybujú rôznymi rýchlosťami a vypadávajú ako usadeniny vypadávajúce z vody, keď klesá objem alebo energia vody.

Aj keď veľa chromatografických testov vyžaduje špeciálne vybavenie a techniky, chromatografia sa dá použiť pri domácich a školských experimentoch s použitím jednoduchých materiálov.

Analýza perom

Jednoduchá ukážka chromatografie využíva kávové filtre a rôzne značkovacie perá. Ak sa v perách používajú atramenty rozpustné vo vode, použije sa ako rozpúšťadlo voda. Ak značkovače používajú permanentný atrament, izopropylalkohol často funguje ako rozpúšťadlo. Začnite vyrovnaním filtra na kávu. Kávový filter položte na jednorazový tanier alebo iný materiál, aby ste zabránili zafarbeniu podkladových povrchov. Pomocou rôznych pier urobte bodky okolo stredovej časti filtra. Do stredu kávového filtra pridajte vodu alebo alkohol. Na to dobre funguje lyžička. Nepridávajte toľko tekutiny, aby ste vytvorili kaluž; voda alebo alkohol by mali expandovať zo stredu. Keď sa kvapalina pohybuje zo stredu, atramenty sa rozpúšťajú a pohybujú sa smerom von zo stredu. Rôzne pigmenty v atramentoch sa oddelia, uskutočnia sa od počiatočnej škvrny od atramentu a nanášajú sa v radoch na základe molekúl pigmentu.

Chlorofylová chromatografia

Trochu zložitejší, ale rovnako zaujímavý chromatografický projekt oddeľuje chlorofyl, ktorý sa nachádza v listoch. Chlorofyl sa vyskytuje v listoch rastlín. Aj keď je chlorofyl zelený, väčšina listov obsahuje aj ďalšie pigmenty, ako sú karotenoidy, ktoré vytvárajú červenú a oranžovú farbu, ktorú vidíte na jeseň. Tieto karotenoidy a ďalšie pigmenty sa objavujú pri degradácii zeleného chlorofylu, a preto majú listy listnatých rastlín na jeseň inú farbu. Začnite výberom niekoľkých zelených listov. Rozdrvte listy a kúsky namočte do izopropylalkoholu alebo acetónu (tiež nazývaného propanón). Chlorofyl sa vylúhuje z listov a zmení tekutinu na zelenú.

• Izopropylalkohol a acetón sú horľavé. Neumiestňujte ich ani ich nepoužívajte v blízkosti plameňov alebo zdrojov tepla.

Na oddelenie pigmentov nastrihajte asi centimeter široký pásik od stredu splošteného kávového filtra alebo použite chromatografický papier. Jeden koniec papiera prelepte lepiacou páskou. Nalejte asi 1 palec tekutiny do nádoby, ktorá je o niečo kratšia ako papierový prúžok. Položte ceruzku cez hornú časť nádoby tak, aby spodná časť papiera bola v tekutine. Kvapalina v papieri vzrastie v dôsledku kapilárneho pôsobenia a prenáša chlorofyl a ďalšie molekuly pigmentu. Keď sa kvapalina odparuje, molekuly zostávajú na papieri a vytvárajú čiary pigmentu. Keď sú čiary zreteľné, odstráňte papier, pretože ak bude papier príliš dlhý, kvapalina nakoniec prenesie všetky molekuly pigmentu na hornú časť papiera.