Чому працює хроматографія?

Хроматографія визначає різні хімічні речовини на основі властивостей та рухливості молекул аналізованої сполуки. Хроматографія дозволяє вченим відокремлювати рідини та гази, починаючи від нафти та ДНК, закінчуючи хлорофілом та чорнилом. Студенти також можуть використовувати хроматографію для експериментів та веселих проектів.

"Хромат-" походить від грецького слова "хрома", що означає колір. "-Graphy" походить від латинського "-graphia" або грецького "graphein" і означає (за Merriam-Webster) "написання або подання в (зазначеним) способом або (зазначеним) способом або (зазначеним) об’єктом ". Отже, хроматографія буквально означає писати або представляти з кольором. Більш офіційне визначення Мерріам-Вебстер стверджує, що хроматографія - це "процес, при якому хімічна суміш, що переноситься рідиною або газом, розділяються на компоненти в результаті диференціального розподілу розчинених речовин, коли вони перетікають навколо або над нерухомою рідиною або твердим речовиною фаза ".

Хроматографія працює через різницю у властивостях молекул у матеріалах. Деякі молекули, як вода, мають полярність, тому вони діють як маленькі магніти. Деякі молекули є іонними, що означає, що атоми утримуються разом за рахунок різниці зарядів, знову як маленькі магніти. Деякі молекули відрізняються за формою та розмірами. Ці відмінності в молекулярних властивостях дозволяють вченим розділяти сполуки на окремі молекули за допомогою хроматографії.

Хроматографія також залежить від рухливості молекул. Іншими словами, здатність молекул рухатися визначає, чи працює хроматографія. Введення молекул у рухливу фазу вимагає або розчинення речовини в розчиннику, або вмісту речовини в рідкій або газоподібній стадії. Якщо використовується розчинник, розчинник залежить від матеріалу, який слід розділити. Суміші рідин і газів можна проштовхувати або витягувати через матеріал, який поглинає молекули під час їх проходження. Незалежно від того, який матеріал аналізується, для хроматографії матеріал повинен мати рухливу фазу.

Хоча методи хроматографії відрізняються, всі вони залежать від поєднання молекулярних відмінностей та рухливості матеріалу. Хроматографія працює шляхом пропускання розчиненого матеріалу, рідини або газу через фільтруючий матеріал. Молекули розділяються на шари, коли молекули проходять через фільтр. Механізм поділу залежить від способу фільтрації, який визначається видами молекул, що підлягають розділенню. Але незалежно від того, який метод використовується, молекули рухаються з різною швидкістю крізь фільтр, розділяючи молекули на шари, які часто з’являються у кольорових лініях у фільтруючому матеріалі.

Загалом, більші або важчі молекули рухаються крізь фільтруючий матеріал повільніше, ніж менші або легші молекули. Молекули розділяються під час руху, оскільки рухаються з різною швидкістю, випадаючи, як осад, що випадає з води, коли об’єм або енергія води падає.

Хоча для багатьох хроматографічних тестів потрібне спеціальне обладнання та методи, хроматографія може використовуватися в деяких домашніх та шкільних експериментах із використанням простих матеріалів.

Аналіз чорнила ручкою

Проста демонстрація хроматографії використовує кавові фільтри та різноманітні маркери. Якщо в ручках використовуються водорозчинні фарби, в якості розчинника використовується вода. Якщо маркери використовують постійне чорнило, ізопропіловий спирт часто працює як розчинник. Почніть з вирівнювання кавового фільтра. Помістіть кавовий фільтр на одноразову тарілку або інший матеріал, щоб запобігти забрудненню підстильних поверхонь. Використовуйте різні ручки, щоб зробити крапки навколо центральної частини фільтра. Додайте воду або спирт у центр кавового фільтра. Для цього добре працює чайна ложка. Не додавати достатню кількість рідини, щоб створити калюжу; вода або спирт повинні розширюватися від центру. Коли рідина рухається з центру, фарби розчиняться і рухатимуться назовні від центру. Різні пігменти в фарбах будуть відокремлюватися, виконуючись від початкової плями чорнила і осідаючи рядами на основі молекул пігменту.

Хлорофільна хроматографія

Трохи складніший, але не менш цікавий проект хроматографії відокремлює хлорофіл, знайдений у листі. Хлорофіл трапляється в листках рослин. Хоча хлорофіл зелений, більшість листя також містять додаткові пігменти, такі як каротиноїди, які створюють червоний та оранжевий кольори, які ви бачите восени. Ці каротиноїди та інші пігменти виявляються в міру деградації зеленого хлорофілу, тому восени листя листяних рослин демонструє різні кольори. Почніть з виділення декількох зелених листочків. Подрібніть листя і замочіть шматочки в ізопропіловому спирті або ацетоні (також званий пропаноном). Хлорофіл буде вимиватися з листя і набувати рідини зеленого кольору.

• Ізопропіловий спирт, і ацетон є легкозаймистими. Не розміщуйте їх та не використовуйте поблизу полум’я або джерела тепла.

Щоб відокремити пігменти, відріжте смужку шириною приблизно в дюйм від центру сплющеного кавового фільтра або використовуйте хроматографічний папір. Приклейте один кінець паперу на олівець. Налийте приблизно 1 дюйм рідини в ємність трохи коротшу за паперову смужку. Покладіть олівець по верхній частині контейнера так, щоб дно паперу знаходилось у рідині. Рідина підніметься в папері через капілярну дію, несучи хлорофіл та інші молекули пігменту. У міру випаровування рідини молекули залишаються на папері, створюючи пігментні лінії. Вийміть папір, коли лінії стануть чіткими, оскільки якщо папір залишається занадто довгим, рідина з часом перенесе всі молекули пігменту до верхньої частини паперу.