Hur kan delar av en lösning separeras med kromatografi?

En lösning är en homogen blandning av minst två ämnen. När kemister behöver bestämma vilka komponenter som finns i en lösning eller annan blandning använder de ofta en teknik som kallas kromatografi. Kromatografi är en process som drar isär komponenterna i en blandning så att de kan identifieras. Detta är en vanlig teknik som används i forskning såväl som i andra industrier som medicin och kriminalteknik. Det finns flera typer av kromatografi, men de fungerar alla på grund av samma kemiprinciper.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Kromatografi är en vetenskaplig process som drar isär komponenterna i en lösning eller annan blandning så att de kan identifieras. Många olika material används för att åstadkomma detta, men varje typ av kromatografi inkluderar en "stationär fas" material som inte rör sig, och ett "mobilt fas" -material som färdas förbi den stationära fasen och bär lösningen med det. Baserat på deras molekylära egenskaper kommer vissa kemikalier i lösningen att resa längre med den stationära fasen än andra. När de sprids ut kan kemikalierna identifieras genom hur långt de reste och deras individuella egenskaper.

Ett enkelt sätt att förstå hur kromatografi separerar delarna i en lösning är att tänka på vad som händer när ett papper med skrift på det blir vått. Bläcket sprids ut över papperet i ränder. Alla har erfarenhet av denna oavsiktliga version av papperskromatografi. Lösningen är bläcket och kemikalierna i bläcket separeras när papperet blir vått. Samma metod används för att separera kemikalier i andra lösningar än bläck.

I denna metod dras en blyertslinje horisontellt över papperet längst ner och en prick av lösningen som testas läggs till. När det torkar hängs papperet vertikalt över en skål. Tillräckligt med flytande lösningsmedel tillsätts i skålen för att nå papperets botten, men inte pennlinjen. Lösningsmedlet börjar klättra upp på papperet och när det når punkten med lösningen börjar det bära kemikalierna i lösningen med sig. I papperskromatografi är papperet det element i experimentet som förblir still, så det kallas ”stationärt fas." Lösningsmedlet flyttar upp papperet och får lösningen som testas med sig, så lösningsmedlet är känt som ”mobilen fas."

Molekyler i både lösningsmedlet och lösningen interagerar med molekylerna i papperet. De fastnar tillfälligt på pappersytan i en process som kallas adsorption. Till skillnad från absorption är adsorption inte permanent. Så småningom går molekylerna loss och fortsätter att klättra på papperet, men molekylerna i varje kemisk komponent binder annorlunda med molekylerna i papperet. Vissa lossnar snabbare och reser upp papperet snabbare än de andra kemikaliernas molekyler. När lösningsmedlet nästan har nått toppen av papperet dras en blyertslinje för att markera sin plats innan den förångas. Positionerna för de kemiska prickarna som skilde sig från den ursprungliga lösningen är också markerade.

Om kemikalierna är färglösa kan andra tekniker avslöja dem, till exempel skinande ultraviolett ljus på papperet för att visa prickarna, eller spruta en kemikalie som kommer att reagera med prickarna och ge dem Färg. Ibland mäts avståndet som varje punkt har rest i förhållande till det avstånd lösningsmedlet har rest. Detta förhållande är känt som retentionsfaktorn eller R_f värde. Det är användbart för att identifiera komponenterna i en blandning eftersom R_f värdet kan jämföras med kända kemikalier.

Papperskromatografi är bara en typ av kromatografi. I andra former av kromatografi kan den stationära fasen vara ett antal andra material, såsom en glasplatta eller aluminium belagd med en vätska, en burk fylld med vätska eller en kolonn fylld med fasta partiklar som kiseldioxid kristaller. Den mobila fasen kanske inte ens är ett flytande lösningsmedel, utan ett gasformigt "elueringsmedel". All kromatografi fungerar genom att göra samma sak med många olika material och tekniker - en mobil fas flyttas över eller genom en stationär fas. Lösningen separeras i dess komponenter baserat på hur mycket varje del av lösningen löses upp i mobilfasen och bärs med, och hur mycket den håller fast vid den adsorberande stationära fasen och saktar ner ner.