Природничі науки. 8 клас. Інтегрований курс. Мандренко

Тема 2. Хроматографія

rnk.com.ua/108383

Будете навчатися:

описувати галузі використання хроматографії;
аналізувати результати з погляду тенденцій і закономірностей;
робити висновки за результатами дослідження.

Хроматографія

Речовини, що входять до складу суміші, мають різні фізичні та хімічні властивості. Ці відмінності дають змогу розділяти суміші. Хроматографія — це метод розділення компонентів суміші, який базується на різній здатності компонентів суміші адсорбуватися на нерухомій фазі та розчинятися в рухомій фазі.

Рис. 4.15. Обладнання для паперової хроматографії

Різні компоненти суміші проходять крізь нерухому фазу з різною швидкістю, що сприяє їхньому розділенню. Особливості рухомих і нерухомих фаз допомагають визначити, які речовини переміщуються швидше або повільніше та як вони розділяються. Різний час проходження називають часом утримування. Метод працює завдяки тому, що розчинні речовини мають різні властивості. Наприклад, паперову хроматографію можна використовувати для розділення барвників у чорнилі.

Для цього спочатку олівцем креслять лінію внизу смужки фільтрувального паперу. Потім наносять на лінію невеликі плями чорнила. Папір кладуть у склянку з розчинником, наприклад, водою, так, щоб накреслена олівцем лінія була трохи вище поверхні розчинника. Розчинник піднімається вгору по паперу. За деякий час можна побачити кольорові сліди, оскільки окремі барвники в чорнилі розділяються. Кінцевий зразок називають хроматограмою.

Перший успішний досвід із хроматографії був пов'язаний із розділенням рослинних пігментів у 1906 році німецьким ботаніком Михайлом Цвіттом. Він помітив, що під впливом розчинника пігменти рослин розділялись на окремі компоненти, що забарвлювали папір.

Попрактикуйтеся

1. Поясніть, у чому сутність хроматографічного процесу.

2. Обґрунтуйте, в якому агрегатному стані можуть перебувати нерухома й рухома фази, а також компоненти суміші, що аналізується.

Принцип роботи хроматографії

Якщо барвники розчиняються в чорнилі, вони будуть рухатися вздовж паперу, тому що притягуються як до розчинника, так і до паперу. Барвники будуть відокремлюватися через наявність відмінностей, наскільки кожен із них притягується до паперу та розчинника. Це впливає на те, наскільки далеко вони рухаються по паперу. Адсорбція та десорбція є ключовими процесами в хроматографії. Для розділення компонентів суміші використовують матеріали, що називають сорбентами.

Рис. 4.16. Положення барвника залежить від його притягання до розчинника та паперу

Адсорбція — це процес, коли молекули, йони або атоми прикріплюються до поверхні твердого тіла або рідкого адсорбенту. Десорбція — це процес, коли адсорбовані частинки відділяються від адсорбенту й повертаються в газову або рідку фазу. Тонкошарова хроматографія — це метод хроматографії, коли розділення сумішей здійснюється на тонкому шарі адсорбенту, нанесеному на пластинку зі скла, металу, пластику, хроматографічного паперу тощо.

Попрактикуйтеся

3. Визначте, скільки барвників міститься в чорнилі з хроматограми, зображеної на рис. 4.16.

4. Науковець використав метод хроматографії, щоб розділити чорнило кулькової ручки. У процесі дослідження чорнильна пляма не просувалася вгору по паперу. Висловіть припущення, чому.

Використання хроматографії

Для ідентифікації невідомих речовин у суміші можна використовувати хроматографію. Технолог харчової промисловості може застосовувати хроматографію на кольорових обгортках деяких солодощів. Технолог також може додавати різні харчові барвники до паперу та порівнювати плями, створені кожним із них. Хроматограма, зображена на рис. 4.19, показує, що цукерки, ймовірно, містять харчові барвники Е102 та Е133, оскільки плями видно у визначених для них місцях.

Рис. 4.17. Солодощі, що містять харчові барвники

Наука в дії. Прикладна хроматографія

Хроматографія особливо важлива у криміналістиці. Чорнила, фарби або барвники на місці злочину збирають і порівнюють із відомими зразками, щоб ідентифікувати їх. Іноді на місці злочину знаходять автомобільну фарбу, зішкрябану з будівлі або іншого автомобіля. За допомогою хроматографії визначають марку автомобіля, що може бути використано як доказ для розкриття злочину.

Рис. 4.18. Збір доказів криміналістами на місці злочину

Попрактикуйтеся

5. Розгляньте рис. 4.19. З'ясуйте, чи містять солодощі барвник Е131.

6. Поясніть, чому пляма Е102 від солодощів більша, ніж пляма від зразка барвника Е102.

7. Чому науковець накреслив лінії через центр кожної плями?

Рис. 4.19. Хроматограма харчових барвників, що входять до складу солодощів

Завдання 4.2. Застосування хроматографії

Об'єднайтеся в групи. Кожній групі ваш учитель / учителька запропонує провести хроматографічне дослідження чорнил з трьох ручок підозрюваних та порівняти результати з хроматограмою, отриманою з місця злочину. Одна група отримає хроматограму чорнила з місця злочину, а інші — чорнила з трьох ручок підозрюваних.

1. Опишіть, як за допомогою хроматографії розділити барвники в чорнилі з трьох ручок. Підготуйте зразки, нанесіть їх на хроматографічний папір, занурте у розчинник і спостерігайте за розподілом барвників.

2. Після проведення хроматографічного дослідження порівняйте отримані результати зі зразком з місця злочину та обговоріть з учасниками інших груп.

3. Іноді плями чорнила накладаються одна на одну або не утворюються чіткі плями. Як можна розв'язати ці проблеми?