ทำไมโครมาโตกราฟีจึงทำงาน

โครมาโตกราฟีระบุสารเคมีที่แตกต่างกันตามคุณสมบัติและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในสารประกอบที่กำลังวิเคราะห์ โครมาโตกราฟีช่วยให้นักวิทยาศาสตร์แยกของเหลวและก๊าซได้ตั้งแต่ปิโตรเลียมและ DNA ไปจนถึงคลอโรฟิลล์และหมึกปากกา นักศึกษายังสามารถใช้โครมาโตกราฟีสำหรับการทดลองและโครงงานสนุกๆ

"Chromat-" มาจากคำภาษากรีก "chroma" ซึ่งหมายถึงสี "-Graphy" มาจากภาษาละติน "-graphia" หรือ "graphein" ในภาษากรีก และหมายถึง (ต่อ Merriam-Webster) "การเขียนหรือการเป็นตัวแทนใน ลักษณะ (ระบุ) หรือโดยวิธีการ (ระบุ) หรือของ (ระบุ) วัตถุ" ดังนั้นโครมาโตกราฟีจึงหมายถึงการเขียนหรือแสดงตามตัวอักษร ด้วยสี คำจำกัดความที่เป็นทางการมากขึ้นจาก Merriam-Webster ระบุว่าโครมาโตกราฟีคือ "กระบวนการที่ส่วนผสมทางเคมีดำเนินการโดยของเหลวหรือก๊าซ แยกออกเป็นส่วนประกอบอันเป็นผลมาจากการกระจายตัวของตัวถูกละลายในขณะที่ไหลไปรอบ ๆ หรือเหนือของเหลวหรือของแข็งที่อยู่กับที่ เฟส”

โครมาโตกราฟีทำงานเนื่องจากความแตกต่างในคุณสมบัติของโมเลกุลในวัสดุ โมเลกุลบางชนิด เช่น น้ำ มีขั้ว ดังนั้นพวกมันจึงทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก โมเลกุลบางตัวเป็นไอออนิก ซึ่งหมายความว่าอะตอมจะถูกยึดเข้าด้วยกันโดยความแตกต่างของประจุ เช่นเดียวกับแม่เหล็กขนาดเล็ก โมเลกุลบางชนิดมีรูปร่างและขนาดต่างกัน ความแตกต่างในคุณสมบัติของโมเลกุลเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกสารประกอบออกเป็นโมเลกุลแต่ละโมเลกุลโดยใช้โครมาโตกราฟี

โครมาโตกราฟียังขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความสามารถของโมเลกุลที่จะเคลื่อนที่เป็นตัวกำหนดว่าโครมาโตกราฟีทำงานหรือไม่ การนำโมเลกุลเข้าสู่เฟสเคลื่อนที่ต้องละลายสารในตัวทำละลายหรือมีสารอยู่ในสถานะของเหลวหรือก๊าซ หากใช้ตัวทำละลาย ตัวทำละลายจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่จะแยกออก ของเหลวและก๊าซผสมสามารถผลักหรือดึงผ่านวัสดุที่ดูดซับโมเลกุลขณะที่พวกมันผ่านไป ไม่ว่าจะวิเคราะห์วัสดุใดก็ตาม เพื่อให้โครมาโตกราฟีทำงาน วัสดุต้องมีเฟสเคลื่อนที่

แม้ว่าเทคนิคโครมาโตกราฟีจะแตกต่างกัน แต่ก็ขึ้นอยู่กับการรวมกันของความแตกต่างของโมเลกุลและการเคลื่อนที่ของวัสดุ โครมาโตกราฟีทำงานโดยการส่งผ่านวัสดุที่ละลาย ของเหลว หรือก๊าซผ่านวัสดุกรอง โมเลกุลแยกออกเป็นชั้น ๆ เมื่อโมเลกุลผ่านตัวกรอง กลไกการแยกตัวขึ้นอยู่กับวิธีการกรองซึ่งกำหนดโดยชนิดของโมเลกุลที่จะแยกออก แต่ไม่ว่าจะใช้วิธีการใด โมเลกุลจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราที่ต่างกันผ่านตัวกรอง โดยแยกโมเลกุลออกเป็นชั้นๆ ซึ่งมักปรากฏเป็นเส้นสีในวัสดุกรอง

โดยทั่วไป โมเลกุลที่ใหญ่กว่าหรือหนักกว่าจะเคลื่อนที่ผ่านวัสดุกรองได้ช้ากว่าโมเลกุลที่เล็กกว่าหรือเบากว่า โมเลกุลจะแยกจากกันเมื่อเคลื่อนที่เนื่องจากเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน หลุดออกมาเหมือนตะกอนที่ตกจากน้ำเมื่อปริมาตรหรือพลังงานของน้ำลดลง

แม้ว่าการทดสอบโครมาโตกราฟีจำนวนมากต้องใช้อุปกรณ์และเทคนิคพิเศษ แต่โครมาโตกราฟีสามารถใช้ในการทดลองที่บ้านและที่โรงเรียนโดยใช้วัสดุที่เรียบง่าย

การวิเคราะห์หมึกปากกา

การสาธิตโครมาโตกราฟีแบบง่ายๆ ใช้ตัวกรองกาแฟและปากกามาร์กเกอร์แบบต่างๆ หากปากกาใช้หมึกที่ละลายน้ำได้ ตัวทำละลายที่ใช้ก็คือน้ำ หากปากกามาร์กเกอร์ใช้หมึกถาวร ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์มักจะทำหน้าที่เป็นตัวทำละลาย เริ่มต้นด้วยการกรองกาแฟให้แบน วางที่กรองกาแฟไว้บนจานแบบใช้แล้วทิ้งหรือวัสดุอื่นๆ เพื่อป้องกันไม่ให้พื้นผิวด้านล่างเปื้อน ใช้ปากกาหลายๆ ด้ามเพื่อสร้างจุดรอบๆ ส่วนตรงกลางของฟิลเตอร์ เติมน้ำหรือแอลกอฮอล์ที่กึ่งกลางของตัวกรองกาแฟ ช้อนชาทำงานได้ดีสำหรับสิ่งนี้ อย่าเติมของเหลวเพียงพอเพื่อสร้างแอ่งน้ำ น้ำหรือแอลกอฮอล์ควรขยายออกจากศูนย์ เมื่อของเหลวเคลื่อนออกจากจุดศูนย์กลาง หมึกจะละลายและเคลื่อนออกจากศูนย์กลาง เม็ดสีที่แตกต่างกันในหมึกจะแยกออกจากกัน ดำเนินการจากจุดหมึกเริ่มต้น และสะสมเป็นแถวตามโมเลกุลของเม็ดสี

คลอโรฟิลล์ โครมาโตกราฟี

โปรเจ็กต์โครมาโตกราฟีที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อยแต่น่าสนใจพอๆ กัน แยกคลอโรฟิลล์ที่พบในใบ คลอโรฟิลล์เกิดขึ้นในใบพืช แม้ว่าคลอโรฟิลล์จะเป็นสีเขียว แต่ใบส่วนใหญ่ยังมีเม็ดสีเพิ่มเติม เช่น แคโรทีนอยด์ ซึ่งสร้างสีแดงและสีส้มที่คุณเห็นในฤดูใบไม้ร่วง แคโรทีนอยด์และรงควัตถุอื่นๆ เหล่านี้ถูกเปิดเผยเมื่อคลอโรฟิลล์สีเขียวเสื่อมโทรม ซึ่งเป็นเหตุให้ใบพืชผลัดใบแสดงสีที่ต่างกันในฤดูใบไม้ร่วง เริ่มต้นด้วยการเลือกใบไม้สีเขียวหลายใบ บดใบและแช่ชิ้นในไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์หรืออะซิโตน (เรียกอีกอย่างว่าโพรพาโนน) คลอโรฟิลล์จะชะออกจากใบและทำให้ของเหลวเป็นสีเขียว

• ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์และอะซิโตนเป็นสารไวไฟ อย่าวางหรือใช้สิ่งเหล่านี้ใกล้หรือกับเปลวไฟหรือแหล่งความร้อน

หากต้องการแยกเม็ดสี ให้ตัดแถบกว้างประมาณหนึ่งนิ้วจากกึ่งกลางของตัวกรองกาแฟที่แบนแล้วหรือใช้กระดาษโครมาโตกราฟี เทปปลายกระดาษด้านหนึ่งกับดินสอ เทของเหลวประมาณ 1 นิ้วลงในภาชนะที่สั้นกว่าแถบกระดาษเล็กน้อย วางดินสอทับด้านบนของภาชนะโดยให้ก้นกระดาษอยู่ในของเหลว ของเหลวจะเพิ่มขึ้นในกระดาษเนื่องจากการกระทำของเส้นเลือดฝอย นำคลอโรฟิลล์และโมเลกุลของเม็ดสีอื่นๆ ไปด้วย ในขณะที่ของเหลวระเหยไป โมเลกุลจะถูกทิ้งไว้บนกระดาษ ทำให้เกิดเส้นของเม็ดสี นำกระดาษออกเมื่อเส้นเริ่มชัดเจน เพราะหากปล่อยกระดาษไว้นานเกินไป ของเหลวจะนำโมเลกุลของเม็ดสีทั้งหมดไปที่ด้านบนของกระดาษในที่สุด