کروماتوگرافی کاغذی: جداسازی رنگها و مواد پنهان
کروماتوگرافی کاغذی چیست و چطور کار میکند؟
تصور کنید یک نقاشی با رنگ سبز زیبا کشیدهاید. آیا تا به حال فکر کردهاید که این رنگ سبز ممکن است از ترکیب رنگ زرد و آبی ساخته شده باشد؟ کروماتوگرافی کاغذی۱ دقیقاً روشی است که با آن میتوان این راز پنهان را کشف کرد. در این روش، با استفاده از یک تکه کاغذ مخصوص و یک حلال۲ (مثل آب، الکل یا استون) اجزای یک مخلوط از هم جدا میشوند. پایه و اساس این کار، تفاوت در میزان جاذبه۳ هر ماده به دو چیز است: 1) به مولکولهای کاغذ (فاز ساکن) و 2) به مولکولهای حلال (فاز متحرک). موادی که جذب قویتری به حلال دارند، سریعتر و دورتر بالا میروند و موادی که جذب قویتری به کاغذ دارند، کندتر حرکت کرده و نزدیکتر به نقطهٔ شروع باقی میمانند.
وسایل مورد نیاز و مراحل انجام آزمایش
برای انجام یک آزمایش سادهٔ کروماتوگرافی کاغذی در خانه یا مدرسه، به وسایل بسیار سادهای نیاز دارید. جدول زیر فهرست کاملی از این وسایل و کاربرد هر یک را نشان میدهد:
| وسیله | نقش و کاربرد | مثال متداول |
|---|---|---|
| کاغذ کروماتوگرافی | فاز ساکن؛ محل عبور حلال و جداسازی مواد. | کاغذ صافی، کاغذ واتمن. |
| حلال (الوئنت) | فاز متحرک؛ مواد را با خود روی کاغذ حمل میکند. | آب، الکل، استون، مخلوط آب و الکل. |
| محفظه (بِشر یا ظرف دربسته) | ایجاد محیط اشباع شده برای جلوگیری از تبخیر سریع حلال. | یک لیوان بلند یا شیشه مربا. |
| نمونه | مخلوطی که قرار است اجزای آن جدا شود. | جوهر خودکار، رنگ غذا، عصارهٔ گیاهی. |
| قلم مو یا خودکار نوک تیز | برای گذاشتن لکهٔ کوچک و متمرکز از نمونه روی کاغذ. | خودکار خالی، خلال دندان. |
مراحل گامبهگام انجام آزمایش:
1) یک نوار باریک از کاغذ کروماتوگرافی (مثلاً به عرض 2 سانتیمتر) برش بزنید.
2) با فاصلهای حدود 1.5 سانتیمتر از پایین نوار، با استفاده از خودکار نوک تیز، یک لکهٔ کوچک از نمونه (مثلاً جوهر خودکار مشکی) روی کاغذ بگذارید. بگذارید لکه کاملاً خشک شود.
3) حلال مناسب (مثلاً الکل) را درون یک ظرف شیشهای (مثل بِشر) تا عمق حدود 1 سانتیمتر بریزید.
4) نوار کاغذ را طوری در ظرف قرار دهید که پایین آن (پایینتر از لکه) درون حلال باشد، اما لکهٔ نمونه با حلال تماس مستقیم نداشته باشد.
5) درب ظرف را بگذارید تا از تبخیر سریع حلال جلوگیری شود و بگذارید حلال به آرامی بالا رود. پیشروی حلال را تا جایی که نزدیک به بالای کاغذ شود، مشاهده کنید.
6) نوار کاغذ را از ظرف خارج کرده و بلافاصله خط جلوی حلال (جبههٔ حلال) را با مداد علامت بزنید. سپس بگذارید کاغذ خشک شود. حالا شما یک کروماتوگرام۵ دارید که ممکن است از چند نوار رنگی مختلف تشکیل شده باشد!
چه عواملی بر نتیجهٔ کروماتوگرافی تأثیر میگذارند؟
نتیجهٔ آزمایش کروماتوگرافی کاغذی ثابت نیست و به چند عامل مهم بستگی دارد. درک این عوامل به شما کمک میکند آزمایشهای کنترلشدهتری طراحی کنید.
نوع حلال: مهمترین عامل است. مثلاً اگر از آب برای جدا کردن رنگهای جوهر خودکار استفاده کنید، ممکن است رنگها اصلاً حرکت نکنند یا خیلی کم حرکت کنند. اما اگر از الکل استفاده کنید، رنگها به خوبی جدا میشوند. این به دلیل تفاوت در قطبیت۶ حلالها است.
نوع کاغذ: جنس، ضخامت و اندازهٔ منافذ کاغذ بر سرعت حرکت حلال و میزان جذب مواد تأثیر میگذارد. کاغذهای با کیفیتتر نتایج واضحتری میدهند.
اندازه و غلظت لکهٔ نمونه: اگر لکهٔ اولیه خیلی بزرگ یا غلیظ باشد، مواد به خوبی از هم جدا نمیشوند و لکهها پخش میشوند. لکه باید کوچک و متمرکز باشد.
دمای محیط: دما بر سرعت تبخیر حلال و سرعت حرکت آن در کاغذ تأثیر میگذارد. آزمایش بهتر است در محیطی با دمای نسبتاً ثابت انجام شود.
عمق حلال در ظرف: اگر لکهٔ نمونه مستقیماً در تماس با حلال قرار گیرد، در حلال شسته شده و جداسازی صورت نمیگیرد. همیشه باید فاصله رعایت شود.
کاربردهای جذاب کروماتوگرافی کاغذی در دنیای واقعی
این روش ساده، فقط یک آزمایش کلاسی نیست، بلکه در بسیاری از زمینههای علمی و صنعتی کاربرد دارد. برای مثال، پلیس علمی از کروماتوگرافی برای تجزیه و تحلیل جوهر اسناد، مانند چکها یا وصیتنامهها، استفاده میکند تا اصل یا جعلی بودن آنها را تشخیص دهد. چون هر کارخانه، فرمول خاص خود را برای ساخت جوهر دارد، کروماتوگرام جوهر یک خودکار خاص، مانند اثر انگشت آن است.
در صنایع غذایی نیز از این روش برای کنترل کیفیت و تشخیص رنگهای مصنوعی مجاز و غیرمجاز در آبنباتها، نوشیدنیها و سسها استفاده میشود. حتی در گیاهشناسی۷، برای جدا کردن رنگدانههای مختلف موجود در برگ گیاهان (مثل کلروفیل۸ که سبز است و کاروتن۹ که نارنجی است) کاربرد دارد. یک آزمایش معروف، استخراج رنگدانههای برگ درخت پاییزی و مشاهدهٔ رنگهای پنهان قرمز و زرد در کنار سبز است.
در یک آزمایش عملی دیگر، میتوانید رنگهای مختلف استفاده شده در آبنباتهای ژلهای را با خیس کردن آنها در آب گرم، استخراج و سپس با کروماتوگرافی کاغذی تحلیل کنید. ممکن است متوجه شوید که رنگ قرمز آبنبات از دو رنگ قرمز و زرد تشکیل شده است!
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
۱کروماتوگرافی کاغذی (Paper Chromatography): روشی برای جداسازی مواد تشکیلدهنده یک مخلوط بر اساس حرکت متفاوت آنها روی یک ورق کاغذ.
۲حلال یا اِلِوئنت (Solvent / Eluent): مایع یا مخلوط مایعی که به عنوان فاز متحرک عمل کرده و مواد را روی کاغذ حمل میکند.
۳جاذبه یا تمایل (Affinity): میل یک ماده شیمیایی برای جذب یا پیوند با ماده دیگر.
۴تقسیم (Partition): توزیع یک ماده حلشده بین دو فاز غیرقابل امتزاج (مانند کاغذ و حلال).
۵کروماتوگرام (Chromatogram): الگوی حاصل از لکههای جدا شده بر روی کاغذ یا ستون پس از پایان فرآیند کروماتوگرافی.
۶قطبیت (Polarity): ویژگی مولکولها که بیانگر توزیع نابرابر بار الکتریکی در آنها است و بر قابلیت حل شدن در حلالهای مختلف تأثیر میگذارد.
۷گیاهشناسی (Botany): شاخهای از زیستشناسی که به مطالعه گیاهان میپردازد.
۸کلروفیل (Chlorophyll): رنگدانه سبز موجود در گیاهان که نور را برای فرآیند فتوسنتز جذب میکند.
۹کاروتن (Carotene): یک رنگدانه نارنجی-قرمز موجود در گیاهان و برخی جانوران.
۱۰ظاهرسازی (Visualization): روشهایی برای دیدن مواد جداشده بیرنگ روی کروماتوگرام، مانند استفاده از نور UV یا معرفهای شیمیایی.
۱۱نینهیدرین (Ninhydrin): یک معرف شیمیایی که با اسیدهای آمینه و پروتئینها واکنش داده و تولید رنگ بنفش میکند.
