Χρωματογραφία χάρτου

Η Χρωματογραφία χάρτου (paper chromatography) είναι μια αναλυτική μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό έγχρωμων χημικών ή ουσιών, ειδικά σε χρωστικές. Αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δευτερεύοντα ή πρωτεύοντα χρώματα σε πειράματα μελανιού. Αυτή η μέθοδος έχει αντικατασταθεί κατά μεγάλο μέρος από την χρωματογραφία λεπτής στιβάδας (thin layer chromatography), αλλά είναι ακόμα ένα ισχυρό διδακτικό εργαλείο. Η χρωματογραφία χάρτου διπλής κατεύθυνσης (Double-way paper chromatography), που λέγεται επίσης δισδιάστατη χρωματογραφία (two-dimensional chromatography), εμπεριέχει τη χρήση δύο διαλυτών και περιστροφή του χαρτιού κατά 90° στο ενδιάμεσο. Αυτή είναι χρήσιμη για διαχωρισμό συμπλόκων μειγμάτων ενώσεων που έχουν παρόμοια πολικότητα, παραδείγματος χάρη, αμινοξέα. 
Αν χρησιμοποιηθεί διηθητικό χαρτί, θα πρέπει να είναι υψηλής ποιότητας. Η κινητή φάση εμφανίζει διαλύματα που μπορούν να ταξιδέψουν μέχρι τη στατική φάση μεταφέροντας το δείγμα μαζί τους.

Τιμή Rƒ 
Ο συντελεστής συγκράτησης (retention factor) (Rƒ) μπορεί να οριστεί ως ο λόγος της διανυθείσας απόστασης από την ουσία ως προς τη διανυθείσα απόσταση από τον διαλύτη. Οι τιμές Rƒ εκφράζονται συνήθως ως ένα κλάσμα με δύο δεκαδικά ψηφία. Αν η τιμή  Rƒ ενός διαλύματος είναι μηδέν, η διαλυμένη ουσία παραμένει στη στατική φάση και συνεπώς είναι ακίνητη. Αν η τιμή Rƒ = 1 τότε η διαλυμένη ουσία δεν έχει καμιά συγγένεια με τη στατική φάση και ταξιδεύει με το μέτωπο του διαλύτη. Για να υπολογιστεί η τιμή Rƒ, παίρνεται η διανυόμενη απόσταση από την ουσία και διαιρείται με τη διανυόμενη απόσταση από τον διαλύτη (όπως αναφέρθηκε προηγουμένως με όρους λόγων).
Παραδείγματος χάρη, αν μια ένωση διανύει 2,1 cm και το μέτωπο του διαλύτη διανύει 2,8 cm, (2,1/2,8) η τιμή Rƒ = 0,75. Η τιμή Rƒ εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τον χρησιμοποιούμενο διαλύτη στο πείραμα, έτσι αρκετοί διαλύτες προσφέρουν αρκετές τιμές Rƒ για το ίδιο μείγμα ένωσης.

Χρωστικές και πολικότητα
Η χρωματογραφία χάρτου είναι μια μέθοδος για έλεγχο καθαρότητας των ουσιών και ταυτοποίησης ουσιών. Η χρωματογραφία χάρτου είναι μια χρήσιμη τεχνική, επειδή είναι σχετικά γρήγορη και απαιτεί μικρές ποσότητες ουσίας. Οι διαχωρισμοί στη χρωματογραφία χάρτου εμπεριέχουν τις ίδιες αρχές όπως αυτές στη χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας. Στη χρωματογραφία χάρτου, όπως και στη χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας, οι ουσίες κατανέμονται μεταξύ μιας στατικής και μιας κινητής φάσης. Η στατική φάση είναι συνήθως ένα κομμάτι από διηθητικό χαρτί υψηλής ποιότητας. Η κινητή φάση είναι ένα διάλυμα που αναπτύσσεται διασχίζοντας προς τα πάνω τη στατική φάση, μεταφέροντας μαζί της τα δείγματα. Τα συστατικά του δείγματος θα ξεχωριστούν εύκολα ανάλογα με την ισχύ προσρόφησης στη στατική φάση συγκρινόμενα versus με το πόσο εύκολα διαλύονται στην κινητή φάση.

Όταν ένα έγχρωμο χημικό δείγμα τοποθετείται σε ένα διηθητικό χαρτί, τα χρώματα διαχωρίζονται από το δείγμα τοποθετώντας ένα άκρο του χαρτιού σε έναν διαλύτη. Ο διαλύτης διαχέεται στο χαρτί, διαχωρίζοντας τα διάφορα μόρια στο δείγμα σύμφωνα με τις πολικότητες των μορίων και του διαλύτη. Αν το δείγμα περιέχει περισσότερα από ένα χρώματα, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να έχει περισσότερα από ένα είδος μορίων. Λόγω των διαφορετικών χημικών δομών κάθε είδους μορίου, υπάρχουν πολλές πιθανότητες κάθε μόριο να έχει τουλάχιστον μια ελαφρά διαφορετική πολικότητα, που δίνει σε κάθε μόριο μια διαφορετική διαλυτότητα στον διαλύτη. Οι άνισες διαλυτότητες προκαλούν στα μόρια διαφορετικού χρώματος να αφήσουν διάλυμα σε διαφορετικές θέσεις καθώς ο διαλύτης συνεχίζει να μετακινείται στο χαρτί. Όσο πιο διαλυτό είναι ένα μόριο, τόσο πιο μεγάλη η μετανάστευσή του στο χαρτί. Αν μια χημική ουσία είναι ιδιαίτερα μη πολική δεν θα διαλυθεί καθόλου σε έναν πολύ πολικό διαλύτη. Το ίδιο συμβαίνει για μια πολύ πολική χημική ουσία και έναν ιδιαίτερα μη πολικό διαλύτη.

Είναι πολύ σημαντικό να σημειωθεί όταν χρησιμοποιείται νερό (μια πολύ πολική ουσία) ως διαλύτης, όσο πιο πολικό είναι το χρώμα, τόσο πιο ψηλά θα ανέβει στο χαρτί.

Τύποι χρωματογραφίας χάρτου
1.Κατιούσα χρωματογραφία χάρτου (Descending Paper Chromatography) - Σε αυτόν τον τύπο, η ανάπτυξη του χρωματογραφήματος  γίνεται επιτρέποντας στον διαλύτη να διανύσει προς τα κάτω το χαρτί. Εδώ, η κινητή φάση είναι παρούσα στο ανώτερο τμήμα.

2. Ανιούσα χρωματογραφία χάρτου (Ascending Paper Chromatography) - Εδώ ο διαλύτης ταξιδεύει με κατεύθυνση προς τα πάνω στο χρωματογραφικό χαρτί. Και η ανιούσα και η κατιούσα χρωματογραφία χάρτου χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό οργανικών και ανόργανων ουσιών.

3. Ανιούσα-κατιούσα χρωματογραφία χάρτου (Ascending-Descending Paper Chromatography) - Είναι το υβρίδιο και των δύο παραπάνω τεχνικών. Το ανώτερο τμήμα της ανιούσας χρωματογραφίας μπορεί να διπλωθεί σε μια  ράβδο και να επιτρέψει την καθοδική πορεία μετά τη διασταύρωση με τη ράβδο.

4. Ακτινική χρωματογραφία χάρτου (Radial Paper Chromatography) - Λέγεται επίσης κυκλική χρωματογραφία (Circular chromatography). Εδώ, ένα κυκλικό διηθητικό χαρτί λαμβάνεται και το δείγμα τοποθετείται στο κέντρο του χαρτιού. Μετά την ξήρανση της κηλίδας το διηθητικό χαρτί συνδέεται οριζόντια σε ένα τρυβλίο Πέτρι που περιέχει διαλύτη, έτσι ώστε το συστραμμένο χαρτί (φυτίλι - wick) να εμβαπτίζεται στον διαλύτη, το χαρτί βυθίζεται μες τον διαλύτη και ο διαλύτης ανεβαίνει μέσω του φυτιλιού και τα συστατικά διαχωρίζονται με τη μορφή συγκεντρωτικής κυκλικής ζώνης.

5. Δισδιάστατη χρωματογραφία χάρτου (Two-Dimensional Paper Chromatography) - Σε αυτήν την τεχνική χρησιμοποιείται ένα τετράγωνο ή ορθογώνιο χαρτί. Εδώ το δείγμα εφαρμόζεται σε μια από τις γωνίες και η ανάπτυξη εξελίσσεται κατά ορθή γωνία ως προς τη διεύθυνση της πρώτης κίνησης.

Ιστορικό 
Η ανακάλυψη της χρωματογραφίας χάρτου το 1943 από τους Άρτσερ Μάρτιν (Archer Martin) και  Ρίτσαρντ Σινγκ (Richard Laurence Millington Synge) έδωσε, για πρώτη φορά, τα μέσα για την παρατήρηση συστατικών των φυτών, καθώς και τον διαχωρισμό και την ταυτοποίησή τους. Υπήρξε μια έκρηξη δραστηριοτήτων σε αυτόν τον τομέα μετά το 1945.

Παραπομπές 

Χαρτου