Inhalt
- Chromatographie definiert
- Chromatographie-Einschränkungen
- Warum Chromatographie funktioniert
- Beispielchromatographie-Projekte
- Warnungen
Die Chromatographie identifiziert verschiedene Chemikalien basierend auf den Eigenschaften und der Beweglichkeit der Moleküle in der zu analysierenden Verbindung. Mit der Chromatographie können Wissenschaftler Flüssigkeiten und Gase von Erdöl und DNA bis hin zu Chlorophyll und Stifttinten trennen. Die Schüler können die Chromatographie auch für Experimente und lustige Projekte verwenden.
Chromatographie definiert
"Chromat-" kommt vom griechischen Wort "Chroma", was "Farbe" bedeutet. "-Graphy" stammt aus dem Lateinischen "-graphia" oder dem Griechischen "graphein" und bedeutet (per Merriam-Webster) "Schreiben oder Darstellen in einer (angegebenen) Weise oder durch ein (angegebenes) Mittel oder eines (angegebenen) Objekts. " Chromatographie bedeutet also wörtlich, mit Farbe zu schreiben oder darzustellen. Eine formalere Definition von Merriam-Webster besagt, dass die Chromatographie "ein Prozess ist, bei dem ein von einer Flüssigkeit oder einem Gas getragenes chemisches Gemisch infolge der unterschiedlichen Verteilung der gelösten Stoffe, wenn sie um oder über eine stationäre Flüssigkeit oder einen festen Stoff fließen, in Komponenten getrennt wird Phase."
Chromatographie-Einschränkungen
Die Chromatographie funktioniert aufgrund von Unterschieden in den Eigenschaften von Molekülen in Materialien. Einige Moleküle wie Wasser haben eine Polarität und wirken daher wie kleine Magnete. Einige Moleküle sind ionisch, was bedeutet, dass die Atome durch ihre Ladungsunterschiede wie kleine Magnete zusammengehalten werden. Einige Moleküle unterscheiden sich in Form und Größe. Diese Unterschiede in den molekularen Eigenschaften ermöglichen es Wissenschaftlern, Verbindungen mittels Chromatographie in einzelne Moleküle zu trennen.
Die Chromatographie hängt auch von der Mobilität der Moleküle ab. Mit anderen Worten, die Fähigkeit der Moleküle, sich zu bewegen, bestimmt, ob die Chromatographie funktioniert. Das Einbringen von Molekülen in eine mobile Phase erfordert entweder das Auflösen der Substanz in einem Lösungsmittel oder das Vorhandensein der Substanz in einem flüssigen oder gasförmigen Stadium. Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, hängt das Lösungsmittel vom zu trennenden Material ab. Flüssigkeits- und Gasgemische können durch ein Material gedrückt oder gezogen werden, das die Moleküle beim Durchgang aufnimmt. Unabhängig davon, welches Material analysiert wird, muss das Material eine mobile Phase aufweisen, damit die Chromatographie funktioniert.
Warum Chromatographie funktioniert
Obwohl sich die Chromatographietechniken unterscheiden, hängen sie alle von einer Kombination aus molekularen Unterschieden und Materialbeweglichkeit ab. Bei der Chromatographie wird das gelöste Material, die Flüssigkeit oder das Gas durch ein Filtermaterial geleitet. Die Moleküle trennen sich in Schichten, wenn die Moleküle den Filter passieren. Der Trennungsmechanismus hängt von der Filtermethode ab, die durch die Art der zu trennenden Moleküle bestimmt wird. Unabhängig von der verwendeten Methode wandern die Moleküle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch den Filter und teilen die Moleküle in Schichten auf, die im Filtermaterial häufig als farbige Linien erscheinen.
Im Allgemeinen bewegen sich die größeren oder schwereren Moleküle langsamer durch das Filtermaterial als die kleineren oder leichteren Moleküle. Die Moleküle trennen sich bei ihrer Bewegung, weil sie sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegen und wie Sedimente aus dem Wasser fallen, wenn das Volumen oder die Energie des Wassers sinkt.
Beispielchromatographie-Projekte
Während viele Chromatographietests spezielle Ausrüstung und Techniken erfordern, kann die Chromatographie in einigen Experimenten zu Hause und in der Schule unter Verwendung einfacher Materialien verwendet werden.
Stifttinten-Analyse
Eine einfache Demonstration der Chromatographie verwendet Kaffeefilter und eine Vielzahl von Markierstiften. Wenn die Stifte wasserlösliche Tinten verwenden, ist das verwendete Lösungsmittel Wasser. Wenn die Marker permanente Tinte verwenden, wirkt Isopropylalkohol häufig als Lösungsmittel. Beginnen Sie, indem Sie einen Kaffeefilter abflachen. Stellen Sie den Kaffeefilter auf einen Einweg-Teller oder ein anderes Material, um Flecken auf den darunter liegenden Oberflächen zu vermeiden. Verwenden Sie eine Vielzahl von Stiften, um Punkte um den mittleren Teil des Filters zu zeichnen. Geben Sie Wasser oder Alkohol in die Mitte des Kaffeefilters. Ein Teelöffel eignet sich gut dafür. Fügen Sie nicht genügend Flüssigkeit hinzu, um eine Pfütze zu bilden. Das Wasser oder der Alkohol sollte sich aus der Mitte ausdehnen. Wenn die Flüssigkeit aus der Mitte austritt, lösen sich die Tinten auf und bewegen sich von der Mitte nach außen. Verschiedene Pigmente in den Tinten werden getrennt, vom anfänglichen Tintenfleck ausgeführt und in Reihen basierend auf den Pigmentmolekülen abgelagert.
Chlorophyll-Chromatographie
Ein etwas komplizierteres, aber ebenso interessantes Chromatographieprojekt trennt das in Blättern vorkommende Chlorophyll. Chlorophyll kommt in den Blättern von Pflanzen vor. Obwohl Chlorophyll grün ist, enthalten die meisten Blätter zusätzliche Pigmente wie Carotinoide, die die im Herbst zu sehenden roten und orangefarbenen Farben erzeugen. Diese Carotinoide und andere Pigmente zeigen sich beim Abbau des grünen Chlorophylls, weshalb die Blätter von Laubpflanzen im Herbst unterschiedliche Farben aufweisen. Beginnen Sie mit der Auswahl mehrerer grüner Blätter. Die Blätter zerdrücken und die Stücke in Isopropylalkohol oder Aceton (auch Propanon genannt) einweichen. Das Chlorophyll löst sich aus den Blättern und färbt die Flüssigkeit grün.
Warnungen
Schneiden Sie zum Trennen der Pigmente einen ca. 2,5 cm breiten Streifen von der Mitte eines abgeflachten Kaffeefilters ab oder verwenden Sie Chromatographiepapier. Kleben Sie ein Ende des Papiers auf einen Bleistift. Gießen Sie etwa 1 Zoll der Flüssigkeit in einen Behälter, der etwas kürzer als der Papierstreifen ist. Legen Sie den Stift so über den Behälter, dass sich der Boden des Papiers in der Flüssigkeit befindet. Die Flüssigkeit steigt aufgrund der Kapillarwirkung im Papier auf und trägt das Chlorophyll und andere Pigmentmoleküle mit sich. Während die Flüssigkeit verdunstet, bleiben die Moleküle auf dem Papier zurück und bilden Pigmentlinien. Entfernen Sie das Papier, wenn sich die Linien abzeichnen. Wenn das Papier zu lang belassen wird, trägt die Flüssigkeit schließlich alle Pigmentmoleküle auf die Oberseite des Papiers.