کروماتوگرافی کاغذی: روشی برای جداسازی مواد بر اساس سرعت حرکت آنها روی کاغذ
۱. اصول پایه: فاز ساکن و فاز متحرک چگونه کار میکنند؟
کروماتوگرافی کاغذی بر اساس تفاوت در میزان جذب شدن مواد توسط کاغذ (فاز ساکن) و حلالیت آنها در حلال (فاز متحرک) کار میکند. کاغذ معمولاً از سلولز ساخته شده است که نقش فاز ساکن را ایفا میکند. وقتی یک قطره از مخلوط مورد نظر (مثل جوهر خودکار) روی کاغذ قرار میگیرد و سپس کاغذ درون یک حلال (مثل آب یا اتانول) قرار داده میشود، حلال به دلیل خاصیت مویینگی شروع به حرکت به سمت بالا میکند.
موادی که تمایل بیشتری به فاز ساکن (کاغذ) دارند، دیرتر و با سرعت کمتری حرکت میکنند و موادی که تمایل بیشتری به فاز متحرک (حلال) دارند، سریعتر حرکت کرده و مسافت بیشتری را طی میکنند. این تفاوت در سرعت حرکت، باعث جداسازی اجزای مخلوط میشود. برای مثال، اگر یک جای خشککن1 را روی کاغذ بکشیم و سپس کاغذ را در آب قرار دهیم، رنگهای مختلف جوهر از هم جدا میشوند.
۲. گامهای عملی انجام یک آزمایش کروماتوگرافی کاغذی
برای انجام یک آزمایش ساده، مراحل زیر را به ترتیب دنبال کنید:
- گام ۱ یک نوار کاغذ صافی به ابعاد حدودی 10 در 1 سانتیمتر ببرید.
- گام ۲ در فاصله 1.5 سانتیمتری از لبه پایینی کاغذ، با یک مداد نرم یک خط بکشید (خط پایه).
- گام ۳ یک قطره کوچک از نمونه (مثلاً جوهر خودکار یا عصاره برگ) روی خط پایه بچکانید و بگذارید خشک شود.
- گام ۴ مقدار کمی حلال (مثلاً آب یا الکل) را در یک بشر بریزید، طوری که سطح حلال از خط پایه پایینتر باشد.
- گام ۵ کاغذ را بهطور عمودی در بشر قرار دهید تا انتهای آن در حلال فرو رود، اما خط پایه بالای سطح حلال بماند.
- گام ۶ صبر کنید تا حلال به نزدیکی لبه بالایی کاغذ برسد، سپس کاغذ را بیرون آورده و با مداد خط جلوی حلال (خط حلال) را علامت بزنید.
۳. محاسبه فاکتور بازداری (Rf) و تجزیه و تحلیل نتایج
پس از اتمام آزمایش، لکههای رنگی مختلفی روی کاغذ مشاهده میکنید. برای شناسایی هر ماده، از پارامتری به نام فاکتور بازداری2 (Rf) استفاده میکنیم. این فاکتور نسبت مسافت طی شده توسط ماده به مسافت طی شده توسط حلال است و برای هر ماده در شرایط یکسان (نوع کاغذ، دما و حلال) مقداری ثابت و مشخص دارد. فرمول محاسبه آن به صورت زیر است:
برای مثال، اگر فاصله خط پایه تا مرکز یک لکه رنگی 3 سانتیمتر و فاصله خط پایه تا خط حلال 10 سانتیمتر باشد، مقدار Rf برابر با 0.3 خواهد بود.
| رنگ ماده | مسافت ماده (سانتیمتر) | مسافت حلال (سانتیمتر) | مقدار Rf |
|---|---|---|---|
| زرد | 2.5 | 10 | 0.25 |
| آبی | 5 | 10 | 0.50 |
| قرمز | 8 | 10 | 0.80 |
۴. کاربردهای عملی در زندگی روزمره و صنایع غذایی
یکی از جذابترین کاربردهای کروماتوگرافی کاغذی، بررسی ترکیبات رنگهای خوراکی است. تصور کنید میخواهید بدانید که آیا در یک آبنبات خاص از رنگ مجاز استفاده شده است یا خیر. با حل کردن پوشش رنگی آبنبات در کمی آب و انجام کروماتوگرافی، میتوانید الگوی رنگ آن را با رنگهای خوراکی استاندارد مقایسه کنید. در صنایع دارویی نیز از این روش برای بررسی خلوص داروها استفاده میشود. یک کاربرد ساده دیگر، تشخیص کلروفیل3 و کاروتنوئیدها4 در برگ گیاهان است. با له کردن یک برگ سبز در الکل و سپس کروماتوگرافی عصاره بهدستآمده، میتوانید لکههای سبز (کلروفیل) و زرد-نارنجی (کاروتن) را روی کاغذ مشاهده کنید.
۵. چالشهای مفهومی
پاسخ: جوهر خودکار خود یک مخلوط رنگی است و در حلال حل میشود. اگر با خودکار خط بکشیم، جوهر آن در حلال پخش شده و در نتیجه کروماتوگرافی نمونه اصلی را مختل میکند. مغز مداد از گرافیت ساخته شده که در آب و حلالهای معمولی نامحلول است و مزاحمتی ایجاد نمیکند.
پاسخ: در این صورت، حلال مستقیماً نمونه روی خط پایه را شسته و آن را درون حلال حل میکند. دیگر جداسازی اتفاق نمیافتد و همه رنگها بهصورت یکنواخت در حلال پخش میشوند. به همین دلیل است که سطح حلال باید همیشه پایینتر از خط پایه باشد.
پاسخ: این نشاندهنده خالص نبودن آن ماده است. به عبارت دیگر، آن لکه رنگی از چند ماده مختلف با سرعت حرکت متفاوت تشکیل شده است. برای مثال، رنگ سبز یک برگ ممکن است به دو لکه سبز (کلروفیل) و زرد (گزانتوفیل) تبدیل شود که نشان میدهد این دو رنگ با هم مخلوط بودهاند.
کروماتوگرافی کاغذی یک روش جداسازی قدرتمند و در عین حال ساده است که با تکیه بر تفاوت در میزان جذب سطحی و انحلال، اجزای مخلوطها را از هم جدا میکند. با محاسبه فاکتور بازداری (Rf) میتوان مواد ناشناخته را شناسایی کرد. این تکنیک کاربردهای گستردهای از تحقیقات علمی گرفته تا آزمایشهای ساده در خانه و مدرسه دارد و ابزاری عالی برای درک مفهوم ناخالصی و ترکیبات مواد است.
پاورقی
1 ماژیک (Marker): وسیلهای برای نوشتن که دارای مخزن جوهر و نوک متخلخل است.
2 فاکتور بازداری (Retention Factor): نسبت مسافت طی شده توسط ماده به مسافت طی شده توسط حلال که برای شناسایی مواد در کروماتوگرافی به کار میرود.
3 کلروفیل (Chlorophyll): رنگدانه سبز رنگ موجود در گیاهان که نقش اصلی را در فرآیند فتوسنتز ایفا میکند.
4 کاروتنوئید (Carotenoid): دستهای از رنگدانههای زرد، نارنجی و قرمز که در گیاهان و برخی موجودات دیگر یافت میشوند.