Cromatografie pe coloană: Puteți separa coloranții în soda de struguri folosind Space Sand ™?

Abstract

Obiectiv

Investigați dacă o setare de cromatografie pe coloană de casă poate fi utilizată pentru a separa și a izola diferitele coloranți alimentari care sunt în soda de struguri.

Împărtășiți povestea dvs. cu Science Buddies!

credite

Teisha Rowland, dr., Science Buddies

Mulțumesc lui Andrew Bonham, dr., Universitatea de Stat Metropolitană din Denver, și voluntarilor de la Thermo Fisher Scientific și Consiliului Educației Științifice de la PPG Industries, pentru feedback și sfaturi cu privire la acest proiect științific.

• Space Sand a este o marcă înregistrată a DuneCraft, Inc.

Citați această pagină

Stil MLA

Stil APA

Data ultimei modificări: 2020-11-20

Introducere

Soda de struguri arată de obicei violet, nu din cauza strugurilor, ci din cauza celor două coloranți alimentari diferiți în ea, albastru 1 și roșu 40. Deși nu puteți spune că aceste două coloranți alimentari diferiți sunt în el doar uitându-vă la sifonul purpuriu, poate fi capabil să utilizeze o versiune „do it yourself” a unei tehnici de chimie numită cromatografie pe coloană pentru a separa cele două coloranți alimentari și a le vedea pentru tine.

Cromatografie este un grup de tehnici care sunt utilizate pentru a separa diferite substanțe chimice dintr-un amestec bazat pe anumite caracteristici sau proprietăți chimice, ei au. De exemplu, dacă un om de știință dorește să studieze un anume proteină care se află într-un eșantion de sânge uman, ar putea fi capabili să folosească cromatografia pentru ao izola de orice altceva din sânge. Cromatografie pe coloană este o tehnică de cromatografie care folosește de obicei un tub lung, vertical, transparent sau coloană. Este umplut cu particule mici (sub formă de pulbere uscată sau de suspensie umedă) care sunt strâns ambalate. Un amestec de substanțe chimice este turnat în partea de sus a coloanei, iar în partea de jos, diferitele substanțe chimice ar trebui să iasă separat. Vedeți Figura 1 pentru o diagramă a acestui proces. Iată detalii despre componentele cheie pe care le are o configurație tipică de cromatografie pe coloană:

Un tub cu o gaură în partea de jos este umplut cu un amestec strâns de particule solide numit fază staționară. Un lichid solvent numit eluant este adăugat în partea superioară a recipientului și se scurge încet prin materialul solid, deplasându-se în jos către partea inferioară a recipientului. Când lichidul ajunge la fundul recipientului, acesta se scurge printr-o gaură mică, iar lichidul care iese se numește eluat.

figura 1. Într-o configurație de cromatografie a coloanei, coloana este umplută mai întâi cu o fază staționară (adesea similară cu nisipul). (Uneori, faza staționară este atunci echilibrat, care pregătește coloana pentru adăugarea amestecului, adăugând o parte din faza mobilă.) Amestecul care va fi separat (cum ar fi soda de struguri sau sângele uman) este apoi adăugat în partea de sus și faza mobilă (sau eluant) este adăugată la se spală amestecul prin coloană. Diferitele substanțe chimice ar trebui să se separe în coloană și să iasă în momente diferite prin partea de jos a coloanei, ca eluat, într-un recipient de colectare.

Produsele chimice ar trebui să fie separate în coloană și să curgă în partea de jos în momente diferite, permițându-vă să le colectați pe fiecare într-un recipient diferit. Fiecare recipient diferit de eluat colectat se numește a fracțiune. Rezultatul este mai multe recipiente care au fiecare o substanță chimică diferită, izolată de amestec. Cercetătorii pot folosi apoi cupa (sau cupele) care prezintă substanța lor chimică de interes. Urmăriți acest videoclip pentru a vedea cum se face în mod obișnuit cromatografia pe coloană într-un laborator. Notă: Metoda de cromatografie pe coloană din acest proiect științific este mult mai simplu decât modul în care este realizat în acest videoclip, dar multe principii de bază ale modului în care este realizat sunt aceleași.

Figura 2 prezintă o diagramă a procesului general de cromatografie pe coloană, așa cum a fost descris în detaliu în videoclip. În Figura 2, puteți vedea că după adăugarea fazei staționare (gri), se adaugă faza mobilă (albastru deschis) pentru a echilibra coloana. Apoi, se adaugă amestecul de separat (violet), urmat de o fază mobilă suplimentară pentru a spăla amestecul prin coloană. Componentele amestecului (albastru și roșu) sunt separate în coloană și ajung în diferite cupe de colectare sub coloană.

Deci, ce face chimicalele separate în coloană? Cu alte cuvinte, de ce unele substanțe chimice curg mai repede prin coloană decât altele? După cum sa menționat anterior, substanțele chimice pot fi separate prin proprietățile lor chimice. O proprietate chimică care este adesea utilizată pentru aceasta este polaritatea chimică, care se referă la modul în care negativul și pozitivul taxe sunt separate într-o substanță chimică. De exemplu, apa este o polar chimic, deoarece are sarcini ușor diferite în diferite locuri; oxigenul său are o ușoară încărcare negativă și cei doi hidrogeni ai săi au o ușoară sarcină pozitivă, așa cum se arată în Figura 3. Pe de altă parte, o substanță chimică poate fi nepolar dacă încărcăturile sale sunt răspândite în mod egal în întreaga substanță chimică. Uleiul și etanul sunt ambele exemple bune de substanțe chimice nepolare.

Polaritatea unei substanțe chimice o poate afecta solubilitate, sau cât de bine se dizolvă în diferiți solvenți. În general, moleculele nepolare sunt hidrofob, adică nu se dizolvă bine în apă (gândiți-vă la modul în care apa și uleiul nu se amestecă), în timp ce moleculele polare sunt hidrofil, adică ei la se dizolvă bine în apă. În general, aceasta înseamnă că o anumită fază mobilă poate dizolva o anumită substanță chimică și o poate face să curgă rapid printr-o coloană, împreună cu faza mobilă însăși, dar că aceeași fază mobilă nu poate dizolva o altă substanță chimică, lăsând-o blocată (sau mișcându-se mai lent) în coloană. Acesta este modul în care polaritatea chimică poate fi utilizată pentru a separa două substanțe chimice diferite într-un amestec.

Să ne întoarcem la întrebarea dacă puteți utiliza cromatografia pe coloană pentru a separa unele amestecuri comune, cum ar fi băuturile colorate artificial, cum ar fi soda de struguri. După cum am menționat, sifonul de struguri conține două coloranți alimentari diferiți, albastru 1 și roșu 40. (Soda tipică de struguri conține și multe alte ingrediente, dar acestea sunt mai greu de văzut; dacă ați putea separa coloranții, ar fi mult mai ușor să vedeți dacă eforturile tale au avut succes.) Colorant alimentar, sau colorant alimentar, este alcătuit din molecule de colorant. (Puteți confirma că un aliment are acești coloranți uitându-vă la listele de ingrediente de pe ambalaj, adesea listate ca „FD&C” urmate de o culoare și un număr, cum ar fi „FD&C Blue No. 1” sau uneori doar listate ca „albastru” 1. ") Albastru 1 și roșu 40 sunt ambele relativ nepolare. Cu toate acestea, roșu este puțin mai polar decât albastru. Această ușoară diferență este suficientă pentru ca o coloană de cromatografie dintr-un laborator de cercetare să separe diferiții coloranți, dar ai putea face acest lucru cu o configurație de casă?

În acest proiect științific, veți crea propriul set de cromatografie pe coloană de casă și veți stabili dacă setarea dvs. poate separa culorile alimentare albastre și roșii de un eșantion de sodă de struguri. Pentru a face acest lucru, veți realiza acasă un echipament de laborator complex și puternic, folosind piese relativ ieftine!

Deschideți o cutie de sifon de struguri și pregătiți-vă să aflați dacă setarea dvs. de cromatografie pe coloană de casă poate separa coloranții alimentari din interior!

Termeni și concepte

• Cromatografie
• Cromatografie pe coloană
• Faza stationara
• Silice sau dioxid de siliciu
• Faza mobilă sau eluent
• Solvent
• Eluate
• Fracții de cromatografie pe coloană
• Polaritatea chimică
• Taxe
• Polar
• Nonpolar
• Solubilitate
• Hidrofob
• Hidrofil
• Colorant alimentar

Întrebări

• Cum se poate utiliza cromatografia pe coloană pentru a separa și a izola diferite substanțe chimice dintr-un amestec?
• Care este un exemplu de ceva care este hidrofil? Dar ceva care este hidrofob?
• În acest proiect științific, ce vopsea crezi că va ieși mai întâi din coloană, albastru 1 sau roșu 40? De ce?
• Ce este Space Sand? În ce este diferit de nisipul normal?
• Alcoolul izopropilic este mai mult sau mai puțin polar decât apa?

Bibliografie

Puteți face cercetări suplimentare vizitând următoarele site-uri web, care oferă informații despre nisipul hidrofob, cromatografia pe coloană și polaritatea substanțelor chimice:

• Colaboratori Wikipedia. (2013, 26 iulie). Nisip magic. Wikipedia, enciclopedia gratuită. Adus pe 7 august 2013.
• Universitatea din Colorado la Boulder. (2013, 13 mai). Cromatografie pe coloană. Departamentul de Chimie și Biochimie. Adus pe 7 august 2013.
• Școala pentru Campioni. (2013, 27 mai). Molecule polare și non-polare. Adus la 8 august 2013.
• Citește, D. (2008, 16 septembrie). Cromatografie pe coloană. Adus la 30 iulie 2013.

Acest proiect științific a fost inspirat de următorul experiment de laborator:

• Universitatea din Minnesota. (2002, 10 iunie). Separarea coloranților alimentari prin cromatografie pe coloană. Adus pe 2 iulie 2013.

• Proiectul științific al florilor care schimbă culoarea
• Proiectul Easy Rainbow Density Science
• Remedii ușoare de casă folosind bicarbonat de sodiu
• Curata piele intoarsa cu bicarbonat de sodiu
• Istoria proiectului de asistență orfană FRUA