Varför fungerar kromatografi?

Kromatografi identifierar olika kemikalier baserat på egenskaperna och rörligheten hos molekylerna i föreningen som analyseras. Kromatografi låter forskare skilja vätskor och gaser från petroleum och DNA till klorofyll och pennabläck. Studenter kan också använda kromatografi för experiment och roliga projekt.

"Chromat-" kommer från det grekiska ordet "chroma", vilket betyder färg. "-Grafi" kommer från det latinska "-graphia" eller grekiska "graphein" och betyder (per Merriam-Webster) "skrivning eller representation i en (specificerat) sätt eller på ett (specificerat) sätt eller med ett (specificerat) objekt. "Kromatografi betyder därför bokstavligen att skriva eller representera med färg. En mer formell definition från Merriam-Webster säger att kromatografi är "en process där en kemisk blandning som bärs av en vätska eller gas är separeras i komponenter som ett resultat av differentiell fördelning av de lösta ämnena när de flyter runt eller över en stationär vätska eller fast substans fas."

Kromatografi fungerar på grund av skillnader i molekylernas egenskaper i material. Vissa molekyler, som vatten, har polaritet, så de fungerar som små magneter. Vissa molekyler är joniska, vilket innebär att atomerna hålls samman av sina laddningsskillnader, återigen som små magneter. Vissa molekyler skiljer sig åt i form och storlek. Dessa skillnader i molekylära egenskaper tillåter forskare att separera föreningar i enskilda molekyler med hjälp av kromatografi.

Kromatografi beror också på molekylernas rörlighet. Med andra ord avgör förmågan hos molekylerna att flyttas om kromatografi fungerar. För att sätta molekyler i en mobil fas krävs antingen upplösning av ämnet i ett lösningsmedel eller med ämnet i ett flytande eller gasformigt stadium. Om ett lösningsmedel används beror lösningsmedlet på materialet som ska separeras. Vätske- och gasblandningar kan skjutas eller dras genom ett material som absorberar molekylerna när de passerar igenom. Oavsett vilket material som analyseras, för att kromatografi ska fungera måste materialet ha en mobil fas.

Även om kromatografitekniker skiljer sig åt beror de alla på en kombination av molekylära skillnader och materialmobilitet. Kromatografi fungerar genom att leda upplöst material, vätska eller gas genom ett filtermaterial. Molekylerna separeras i lager när molekylerna passerar genom filtret. Separationsmekanismen beror på filtreringsmetoden, vilken bestäms av de typer av molekyler som ska separeras. Men oavsett vilken metod som används, går molekylerna i olika hastigheter genom filtret och separerar molekylerna i lager som ofta visas som färgade linjer i filtermaterialet.

I allmänhet färdas de större eller tyngre molekylerna långsammare genom filtermaterialet än de mindre eller lättare molekylerna. Molekylerna separeras när de rör sig eftersom de färdas i olika hastigheter och faller ut som sediment som faller ur vatten när vattenets volym eller energi sjunker.

Medan många kromatografitest kräver specialutrustning och tekniker kan kromatografi användas i vissa hem- och skolexperiment med enkla material.

Analys av pennabläck

En enkel demonstration av kromatografi använder kaffefilter och en mängd markörpennor. Om pennorna använder vattenlösligt bläck är lösningsmedlet vatten. Om markörerna använder permanent bläck fungerar isopropylalkohol ofta som lösningsmedel. Börja med att platta ut ett kaffefilter. Placera kaffefiltret på en engångsplatta eller annat material för att förhindra att underliggande ytor fläckar. Använd en mängd olika pennor för att göra prickar runt mittpartiet av filtret. Tillsätt vatten eller alkohol i mitten av kaffefiltret. En tesked fungerar bra för detta. Tillsätt inte tillräckligt med vätska för att skapa en pöl; vattnet eller alkoholen bör expandera från mitten. När vätskan rör sig ut från mitten löses bläcket upp och rör sig utåt från mitten. Olika pigment i bläcket separeras, utförs från initial bläckfläck och deponeras i rader baserat på pigmentmolekylerna.

Klorofyllkromatografi

Ett lite mer komplicerat men lika intressant kromatografiprojekt skiljer klorofyll som finns i löv. Klorofyll förekommer i löv av växter. Även om klorofyll är grön innehåller de flesta löv också ytterligare pigment som karotenoider, som skapar de röda och orange färgerna du ser på hösten. Dessa karotenoider och andra pigment avslöjas när den gröna klorofyllen bryts ner, vilket är anledningen till att lövlöv visar olika färger på hösten. Börja med att välja flera gröna blad. Krossa bladen och blöt bitarna i isopropylalkohol eller aceton (även kallad propanon). Klorofyllen läcker ut ur bladen och gör vätskan grön.

• Isopropylalkohol och aceton är båda brandfarliga. Placera inte dessa eller använd dessa nära eller med lågor eller värmekälla.

För att separera pigmenten, skär cirka en tum bred remsa från mitten av ett tillplattat kaffefilter eller använd kromatografipapper. Tejpa ena änden av papperet till en penna. Häll cirka 1 tum av vätskan i en behållare som är något kortare än pappersremsan. Lägg pennan över toppen av behållaren så att papperets botten är i vätskan. Vätskan kommer att stiga upp i papperet på grund av kapillärverkan och bära klorofyllen och andra pigmentmolekyler med. När vätskan förångas lämnas molekylerna kvar på papperet, vilket skapar pigmentlinjer. Ta bort papperet när linjerna blir tydliga, för om papperet lämnas för länge kommer vätskan så småningom att bära alla pigmentmolekylerna till toppen av papperet.