3: Papirkromatografi-Separasjon Og Identifisering Av Fem Metallkationer (Eksperiment)

de fleste kjemikere og mange andre forskere må rutinemessig skille blandinger og identifisere deres komponenter. Evnen til å kvalitativt identifisere stoffene som finnes i en prøve kan være kritisk. For eksempel vil en miljøkjemiker som undersøker prøver av forurenset grunnvann, ønske å vite hvilke giftige ioner som kan være tilstede i en prøve.

Kromatografi er et av de første verktøyene som brukes i slike situasjoner. I denne teknikken kan mange typer blandinger separeres i komponentets rene stoffer; ved sammenligning med en standardprøve kan hver komponentsubstans også identifiseres forsiktig.

mange varianter av kromatografi eksisterer, hver designet for å skille bestemte typer blandinger. Det vanlige ved hver type kromatografi er at en mobil fase (en væske eller gass) skyves gjennom en stasjonær fase (et fast stoff). Tabell 1 viser flere varianter av kromatografi og typiske identiteter av fasene. Papirkromatografi vil bli brukt i dette eksperimentet.

Type of Chromatography	Mobile Phase	Stationary Phase
Gas (GC)	inert gas (helium)	waxy liquid or silicone inside narrow tubing
Liquid (LC ,HPLC, column)	solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)	solid packing (silica, alumina)
Paper	solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)	paper
Thin-Layer (TLC)	solvent/solvent Mixture (organic or aqueous)	silica/alumina coated glass, plastic or metal

eksemplet på kolonnekromatografi (Figur 1) demonstrerer de typiske funksjonene som finnes i denne analytiske teknikken. Diagrammet viser et eksperiment hvor en to-komponentblanding underkastes kolonnekromatografi. Kolonnen er pakket med et fast materiale kalt den stasjonære fasen. En flytende løsningsmiddel eller elueringsløsning helles i kolonnen og tetter det faste pakningsmaterialet helt. Deretter lastes blandingen på toppen av den våte kolonnen og mer eluent tilsettes. Gravity trekker mobilfasen ned gjennom den stasjonære fasen, og komponentene i blandingen begynner å bevege seg gjennom kolonnen med forskjellige hastigheter. I diagrammet beveger komponent a seg raskere enn komponent B; dermed blir komponent B beholdt på kolonnen i lengre tid enn komponent A. Vanligvis skyldes Dette en forskjell i løselighet av de to forbindelsene i løsningsmidlet og/eller til en forskjell i tiltrekning til det faste emballasjematerialet. Som mer eluent legges til toppen av kolonnen, vil komponentene til slutt gå ut av kolonnen separat. Tiden det tar å gå ut av kolonnen, kalt retensjonstid, vil være reproduserbar for hver komponent under de gitte angitte forholdene—mobil og stasjonær faseidentitet, temperatur og kolonnebredde. Når komponentene går ut av kolonnen, kan løsningsmidlet fjernes ved fordampning, og de rene komponentene kan analyseres eller identifiseres ytterligere.

Figur 1: et typisk kolonnekromatografieksperiment demonstrerer separasjonen av en to-komponentblanding.Tentativ identifikasjon av komponentene kan oppnås ved å sammenligne den ukjente blandingen en nøye forberedt kjent blanding: hvis en kjent komponent har samme retensjonstid som en ukjent komponent under de samme forholdene, er det sannsynlig-men ikke avgjørende-at de to komponentene er de samme. Ytterligere analyser kan være nødvendig for å bekrefte denne hypotesen. Hvis det kjente og det ukjente har forskjellige oppbevaringstider, er det ikke sannsynlig at de to komponentene er identiske.

andre variasjoner av kromatografi bruker kapillærvirkning-tiltrengningen av en væske til en fast overflate – for å trekke et løsningsmiddel gjennom fast materiale. En uformell versjon av papirkromatografi kan observeres når en blekkskrevet side kommer i kontakt med vann eller andre væsker. Blekket går og flere farger er atskilt i blekk strek.

diagrammet nedenfor (Figur 2) viser resultatet av et tynnlagskromatografiforsøk. To svarte blekkflekker på den faste overflaten har hatt et løsemiddel passert gjennom dem. Løsningsmidlet er vann eller annen væske som trekkes gjennom den stasjonære fasen ved kapillærvirkning. I dette eksemplet brukes et stykke plast belagt med et pulverisert fast stoff som den stasjonære fasen. Alternativt kan et stykke filterpapir brukes som stasjonær fase. Forsøket viser at den svarte blekk er en blanding som inneholder flere forskjellige fargede stoffer. Hver komponent har en litt annen oppløselighet i mobilfasen, så når væsken trekkes gjennom den stasjonære fasen, beveger hver komponent seg med en annen hastighet, og separerer blekket i flekker av forskjellige farger.

Figur 2: Tynnlagskromatografi av svart blekk etter utvikling. Dette bildet viser et vanlig problem hvor flekkene utvides når de beveger seg opp platen, og til slutt smelter sammen på toppen av platen.

i dette eksperimentet brukes lignende prinsipper for å skille flere metallkationer ved hjelp av en papirkromatografiprosedyre. Metallioner-\(\ce{Ag^{+}}\), \(\ce{Fe^{3+}}\),\(\ce{Co^{2+}}\), \(\ce{Cu^{2+}}\), og \(\ce{Hg^{2+}}\) – har ulik oppløselighet i mobilfasen-vandig \(\ce{HCl}\) med etyl-og butylalkohol – og vil bevege seg med forskjellige hastigheter opp papiret. De forskjellige metallionoppløsningene skyldes sannsynligvis dannelsen av forskjellige forbindelser med kloridionet og deres varierende evne til å oppløse i det organiske løsningsmidlet.

et diagram som viser hvordan du klargjør papiret, er vist nedenfor. Standardløsninger som inneholder hver av disse ionene vil bli oppdaget på papiret ved hjelp av et kapillarrør, sammen med en standardløsning som inneholder alle fem ioner. En ukjent vil også bli oppdaget på papiret. Når papiret er forberedt, vil det bli utviklet ved å plassere papiret i eluenten. Etter 75-90 minutter visualiseres papiret ved å fukte det med en vandig løsning som inneholder kaliumjodid, \(\ce{KI}\) og kaliumferrocyanid, \(\ce{K4}\). Den unike fargen som observeres for hver ion, produseres ved en kjemisk reaksjon med visualiseringsløsningen. Dette er en nyttig måte å identifisere hvilke ioner som er tilstede i en ukjent blanding.

Figur 3: Diagram som viser hvordan du klargjør papiret for kromatografieksperimentet

avstanden ion beveger seg opp i papiret, kan også brukes til å identifisere ion. Men siden studentene skal utvikle sine kromatografiforsøk for forskjellige tidsmengder og under litt forskjellige forhold, vil hver student ha noe forskjellig målt avstand for en gitt ion. Forholdet mellom avstanden flyttet av en ion (\(D\)) til avstanden flyttet av løsningsmidlet (\(F\), løsemiddelfronten) er karakteristisk og bør være nesten det samme for alle studenter. Dette forholdet kalles Rf, eller «retensjonsfaktor.»

\

pre-laboratorieoppgave: Papirkromatografi

1. en to-komponentblanding analyseres ved papirkromatografi. Komponent A er mer løselig i mobilfasen enn komponent B. følgende resultat oppnås. Beregn Rf for hver komponent og merk identiteten til hvert sted.

1. blandingen fra spørsmål 1 (ovenfor) analyseres ved kolonnekromatografi ved bruk av samme mobilfase og en stasjonær silikagelfase. Hvilken komponent har kortere retensjonstid? Forklar svaret ditt. (Anta at samme type bindingskrefter mellom komponentene og den stasjonære fasen er tilstede i både papirkromatografi og kolonnekromatografi.)

1. en ukjent væskeprøve analyseres ved bruk av papirkromatografi ved bruk av løsemiddel X som mobilfase. Ett sted observeres etter at platen er utviklet og visualisert. Det samme ukjente stoffet analyseres på nytt ved hjelp Av løsningsmiddel Y som mobilfasen. Denne gangen observeres tre flekker etter at platen er utviklet og visualisert.

• er den ukjente prøven en ren substans eller en blanding? Forklar svaret ditt, inkludert en mulig årsak til de forskjellige observasjonene i de to forsøkene.