תוֹכֶן
הכרומטוגרפיה מזהה כימיקלים שונים על בסיס התכונות והניידות של המולקולות בתרכובת המנותחת. הכרומטוגרפיה מאפשרת למדענים להפריד נוזלים וגזים הנעים בין נפט ו- DNA וכלורוכיל ודיו. התלמידים יכולים גם להשתמש בכרומטוגרפיה לצורך ניסויים ופרויקטים מהנים.
מוגדר כרומטוגרפיה
"כרומט" מגיע מהמילה היוונית "כרומה" שמשמעותה צבע. "גרפי" בא מהלטינית "-גרפיה" או "גרפן" יוונית ופירושו (לפי Merriam-Webster) "כתיבה או ייצוג באופן (מוגדר) או באמצעות אמצעי (מוגדר) או של אובייקט (מוגדר). " לכן, כרומטוגרפיה פירושה פשוטו כמשמעו לכתוב או לייצג עם צבע. הגדרה רשמית יותר של Merriam-Webster קובעת כי כרומטוגרפיה היא "תהליך בו מופרדים תערובת כימית המועברת על ידי נוזל או גז למרכיבים כתוצאה מהפצה דיפרנציאלית של המומסים כאשר הם זורמים סביב או מעל נוזל או מוצק נייחים. שלב."
מגבלות כרומטוגרפיה
הכרומטוגרפיה עובדת בגלל הבדלים בתכונות של מולקולות בחומרים. יש מולקולות, כמו מים, בעלות קוטביות, ולכן הן פועלות כמו מגנטים קטנים. כמה מולקולות הן יוניות, כלומר האטומים מוחזקים זה מזה על ידי הבדלי המטען שלהם, שוב כמו מגנטים קטנים. ישנן מולקולות שונות זו מזו בצורה ובגודל. הבדלים אלו בתכונות המולקולריות מאפשרים למדענים להפריד תרכובות למולקולות בודדות באמצעות כרומטוגרפיה.
הכרומטוגרפיה תלויה גם בניידות המולקולות. במילים אחרות, יכולתם של תנועת המולקולות קובעת האם הכרומטוגרפיה עובדת. הכנת מולקולות לשלב נייד דורשת להמיס את החומר בממיס או להחזיק את החומר בשלב נוזלי או גזי. אם משתמשים בממיס, הממס תלוי בחומר שיש להפריד. ניתן לדחוף או למשוך תערובות נוזלים וגז דרך חומר הסופג את המולקולות כאשר הם עוברים דרכם. לא משנה איזה חומר מנותח, בכדי שכרומטוגרפיה תעבוד החומר חייב להיות שלב נייד.
מדוע כרומטוגרפיה עובדת
למרות שטכניקות הכרומטוגרפיה שונות זו מזו, כולן תלויות בשילוב של הבדלים מולקולריים וניידות חומרית. הכרומטוגרפיה עובדת על ידי העברת החומר המומס, הנוזל או הגז דרך חומר פילטר. המולקולות נפרדות לשכבות כאשר המולקולות עוברות דרך המסנן. מנגנון ההפרדה תלוי בשיטת הסינון, אשר נקבעת על פי סוגי המולקולות שיש להפריד ביניהן. אך לא משנה באיזו שיטה נעשה שימוש, המולקולות נעות בקצב שונה דרך המסנן, ומפרידות את המולקולות לשכבות המופיעות לרוב כקווים צבעוניים בחומר המסנן.
באופן כללי, מולקולות גדולות יותר או כבדות יותר עוברות דרך חומר המסנן לאט יותר מאשר מולקולות קטנות או קלות יותר. המולקולות נפרדות תוך כדי תנועה מכיוון שהן נעות במהירויות שונות, נושרות כמו משקעים שנושרות מהמים ככל שהנפח או האנרגיה של המים צונחים.
פרויקטים של כרומטוגרפיה לדוגמא
בעוד שמבחני כרומטוגרפיה רבים דורשים ציוד וטכניקות מיוחדות, ניתן להשתמש בכרומטוגרפיה בניסויים מסוימים בבית ובבית הספר באמצעות חומרים פשוטים.
ניתוח דיו בעט
הדגמה פשוטה של כרומטוגרפיה משתמשת בפילטרי קפה ובמגוון עטים לסימון. אם העטים משתמשים בדיו מסיסים במים, הממס המשמש הוא מים. אם הטושים משתמשים בדיו קבוע, אלכוהול איזופרופיל לרוב עובד כממס. התחל בהשטחת פילטר קפה. הנח את פילטר הקפה על צלחת חד פעמית או חומר אחר כדי למנוע הכתמת משטחים בסיסיים. השתמש במגוון עטים כדי ליצור נקודות סביב החלק המרכזי של המסנן. הוסף מים או אלכוהול למרכז פילטר הקפה. כפית עובדת היטב בשביל זה. אל תוסיף מספיק נוזלים ליצירת שלולית; המים או האלכוהול צריכים להתרחב מהמרכז. כאשר הנוזל יוצא מהמרכז, הדיו יתמוסס ויעבור החוצה מהמרכז. פיגמנטים שונים בדיו יופרדו, יבוצעו מנקודת דיו ראשונית ויופקדו בשורות על בסיס מולקולות הפיגמנט.
כרומטוגרפיה של כלורופיל
פרויקט כרומטוגרפיה קצת יותר מסובך אך מעניין לא פחות, מפריד בין הכלורופיל שנמצא בעלים. הכלורופיל מופיע בעלים של צמחים. למרות שהכלורופיל ירוק, רוב העלים מכילים גם פיגמנטים נוספים כמו קרוטנואידים, היוצרים את הצבעים האדומים והכתומים שרואים בסתיו. קרוטנואידים אלה ופיגמנטים אחרים מתגלים ככל שהכלורופיל הירוק מתפרק, וזו הסיבה שעלי צמח נשירים מראים צבעים שונים בסתיו. התחל בבחירת כמה עלים ירוקים. מרסקים את העלים ומשרים את החתיכות באלכוהול איזופרופיל או אצטון (נקרא גם פרופאנון). הכלורופיל ידלוף מהעלים והופך את הנוזל לירוק.
אזהרות
כדי להפריד את הפיגמנטים, חתוך רצועה ברוחב של סנטימטר ממרכז פילטר הקפה שטוח או השתמש בנייר כרומטוגרפיה. הדבק את הקצה האחד של הנייר לעיפרון. שופכים כ -1 סנטימטר מהנוזל למיכל קצר יותר מרצועת הנייר. הנח את העיפרון על חלקו העליון של המיכל כך שתחתית הנייר תהיה בנוזל. הנוזל יעלה בנייר עקב פעולה נימית, הנושא את הכלורופיל ומולקולות פיגמנט אחרות. כאשר הנוזל מתאדה המולקולות נשארות מאחור על הנייר ויוצרות קווי פיגמנט. הסר את הנייר כשהקווים מתבדלים מכיוון שאם הנייר נשאר ארוך מדי הנוזל בסופו של דבר יישא את כל מולקולות הפיגמנט לראש הנייר.