Сочинение на тему Экспертиза использования колоночной хроматографии для очистки шпината
- Опубликовано: 03.08.2020
- Предмет: Наука
- Темы: Химия, хроматография
Спектры поглощения фракций шпината, очищенных колоночной хроматографией
Введение
Колоночная хроматография – это особая отрасль химической очистки, при которой компоненты вещества отделяются друг от друга на основе химического взаимодействия каждого компонента с определенными фильтрами – абсорбентами и растворителями. Анализируемые частицы, часто твердые частицы в растворенном веществе, растворяют в растворителе и декантируют через колонку с твердым абсорбентом. Если у одного соединения этого вида полярность существенно отличается от полярности другого компонента, притяжение каждого компонента к добавленному растворителю и абсорбенту определенной полярности приведет к тому, что один компонент пройдет вниз по колонке быстрее, чем другой. Чем больше полярность компонента соответствует столбцу, тем больше его притяжение к столбцу замедлит его.
В этом эксперименте два представляющих интерес соединения, извлеченные из шпината путем тщательного центрифугирования, представляют собой хлорофилл-А и β-каротин. Поскольку хлорофилл-A состоит из неполярного углеводородного хвоста, присоединенного к кольцу, содержащему полярные связи C-N и C-O, он является более полярным соединением, чем β-каротин, который является весьма неполярным в качестве общего углеводорода (Waghulde, n.d.). Поэтому мы выдвигаем гипотезу, что когда неполярный растворитель, петролейный эфир, декантируется в колонку с экстрактом шпината и полярным абсорбентом, силикагель, β-каротин будет выходить из колонки первым, потому что β-каротин остается притянутым к текущему растворителю и отталкивается от полярного абсорбента. Хлорофилл-А будет сопротивляться экстракции и будет оставаться связанным с отвержденным силикагелем до тех пор, пока частично полярный растворитель, ацетон, не будет добавлен в колонку; притяжение хлорофилла-А к этому нисходящему растворителю преодолеет его притяжение к абсорбенту, и эту фракцию можно собирать отдельно от β-каротина, определяя время добавления растворителей.
Из очищенных фракций химики могут получить информацию о конкретных соединениях в анализируемых видах, например, спектры поглощения. Если очищенные колонкой соединения поглощают излучение в видимом диапазоне электромагнитного спектра, как это делают хлорофилл-А и β-каротин, эти фракции будут иметь разные цвета, и их чистота может быть проверена с помощью УФ-видимого спектрофотометра. Этот прибор генерирует кривую поглощения света фракции на каждой длине волны в данном диапазоне, называемом спектром поглощения, который можно сравнить со литературным спектром соединения. Эти тенденции соединений поглощать различные длины волн света в различной степени являются результатом сопряженных π-связей (Содерберг, 2016). Чередование двойных и одинарных углеродных связей, как в β-каротине и хлорофилле-А, приводит к делокализованным π-связям (Содерберг, 2016). Поскольку энергия, необходимая для перехода электрона от связывающей орбитали (самая высокая занятая молекулярная орбиталь, HOMO) к антисвязывающей орбитали (самая низкая незанятая молекулярная орбита, LUMO), настолько мала в этой сопряженной системе, длины волн поглощенного света для этих соединений являются относительно высокая и видимая, что приводит к отражению не поглощенной длины волны видимого света (Содерберг, 2016).
Процедура
В этом эксперименте мои партнеры по лаборатории и я следовали процедуре, описанной в разделе 14, стр. 165-173, Общего химического лабораторного руководства доктора Мэйшана Чжао.
Результаты
Как и ожидалось, добавление петролейного эфира в качестве первого растворителя привело к тому, что желтая фракция β-каротина сначала прошла по колонне, и только после последующего добавления ацетонового растворителя последовала зеленая фракция хлорофилла. Максимальные длины волн поглощения для фракции хлорофилла сильно совпадали с длинами волн спектра хлорофилла-A, как и длины волны β-каротина для спектра спектра β-каротина в литературе (рис. 1, 2 и 3). Однако относительные значения поглощения двух пиков спектра фракции хлорофилла имели отношение, более близкое к соотношению хлорофилла-B, чем хлорофилла-A, тогда как для β-каротина это соотношение было сопоставимым (фиг. 1, 2 и 3). , Абсолютные значения абсорбции для фракции хлорофилла сильно отличались от приведенных в литературном спектре и менее выражены для фракции β-каротина (рис. 1, 2 и 3).
Вопросы для обсуждения
Если бы в качестве первого элюирующего растворителя использовался ацетон, фракция хлорофилла-А, вероятно, спустилась бы первой из-за притяжения к этому полярному растворителю. Однако такое изменение порядка может привести к сбору перекрывающихся фракций, поскольку суспензию силикагеля готовят с петролейным эфиром, а экстракт шпината готовят из смеси петролейного эфира и ацетона в соотношении 80:20. Следовательно, фракция β-каротина может совместно элюироваться с фракцией хлорофилла из-за притяжения к незначительному количеству уже присутствующего растворителя петролейного эфира, и к тому времени, когда хвост фракции хлорофилла достигнет нижней части пипетки, верхняя часть Фракция β-каротина может быть смешана с ним. Поэтому мы не сможем собрать чистые фракции отдельных соединений.
Существует верхний предел количества молекул растворителя, с которым β-каротин или хлорофилл-А могут связываться в противоположность абсорбенту, что означает, что чрезмерно быстрый поток растворителя может оставить недостаточно времени для уравновешивания фракции – это приведет к в нечетких фракциях, которые могут перекрываться и приводить к нечистым фракциям.
На этапе эксперимента, в котором в качестве растворителя использовался петролейный эфир, трещины в абсорбенте силикагеля снижали способность этого абсорбирующего слоя служить в качестве химического барьера для фракции хлорофилла. Механическая сила тяжести позволила бы фракции хлорофилла опускаться в колонну быстрее, чем ожидалось, даже до добавления дополнительного ацетона (поскольку первоначальный экстракт шпината был приготовлен с небольшим количеством ацетонового растворителя), если в абсорбирующем слое были пробелы. Хотя фракция β-каротина, вероятно, все равно будет быстрее опускаться из-за притяжения к петролейному эфиру, фракции могут в конечном итоге перекрываться на пересечении верхней части фракции β-каротина и нижней части фракции хлорофилла – опять же, чистота фракций будет скомпрометировано.
Вода – это полярный растворитель, благодаря которому хлорофилл может элюироваться раньше, чем требуется для разделения в колонке. Сначала в этом эксперименте требуется преимущественно неполярный растворитель, петролейный эфир, потому что по причинам, описанным выше, исходный полярный растворитель может иметь потенциал для перекрытия фракций, поскольку фракция β-каротина проходит через микроэлемент петролейного эфира в исходном силикагеле. / р>
Уменьшение длины колонки будет препятствовать хроматографическому разделению, поскольку это увеличит риск перекрытия фракций ко времени выхода колонки и предотвратит сбор чистых фракций.
Увеличение диаметра колонны приведет к снижению давления растворителя, что, в свою очередь, приведет к снижению точного разрешения разделенных фракций (что также может привести к перекрытию фракций).
По той же причине, что уменьшение длины столбца увеличит вероятность частичного перекрытия, увеличение длины минимизирует этот риск.
Уменьшение диаметра колонны приведет к получению более резких фракций, что будет противоположным явлению, описанному в (b).
Длина волны максимального поглощения составляет 450 нм для β-каротина, как отмечено на рис. 2. β-каротин имеет 22 sp2-гибридизованных атома углерода, то есть имеется 22 π-орбитали. Начальный энергетический уровень ni является наивысшим заполненным энергетическим уровнем, учитывая, что каждая π-орбиталь представляет уровень энергии в этой модели, таким образом, ni = 22, а когда электрон возбуждается от поглощения длины волны, отмеченной выше, nf = 23.
Это значение для длины сети сопряженных π-связей очень близко к известному значению L = 2,6 × 10-9 м, что предполагает как точность наших данных (и чистоту фракции β-каротина), так и применимость модели «частицы в коробке» (Zhao, 2015).
Заключение
Хроматографические колонки и УФ-видимая спектрофотометрия дают спектры с длинами волн максимального поглощения, в значительной степени совместимыми со спектрами из химической литературы, и с известной длиной сопряженной цепи π-связи β-каротина. Эти столбцы показали ожидаемое поведение элюирования в зависимости от полярности фракций, растворителей и абсорбента. Абсолютные значения абсорбции не соответствовали этим литературным спектрам, и отношение абсорбции двух максимумов спектра фракции хлорофилла более тесно связано с хлорофиллом-B, чем с хлорофиллом-A.
Значения оптической плотности из наших эмпирических спектров, скорее всего, отличались от таковых в литературных спектрах из-за различных концентраций анализируемых фракций – это не отражается на чистоте образца, поскольку для соединений характерны только длины волн максимальной оптической плотности. Не совсем неожиданно, что фракция, элюируемая полярным ацетоном, не будет представлять собой чистый хлорофилл-А, поскольку хлорофилл-В (который также содержит шпинат) также является в значительной степени полярным соединением, структура которого очень похожа на хлорофилл-А. Хлорофилл-А по-прежнему, скорее всего, доминировал в этой фракции из-за его зеленого цвета (в отличие от желтого цвета хлорофилла-В) и длин волн максимальной абсорбции. Особая точность спектра фракции β-каротина могла бы быть обусловлена отсутствием такого сопоставимого соединения в шпинате.
Из высокоточных данных, полученных этими хроматографическими методами, мы видим, что относительные полярности соединений могут привести к резким различиям во взаимодействиях с растворителями и абсорбентами. Эти конкретные взаимодействия имеют практическое значение в том смысле, что из смесей могут быть извлечены особо чистые вещества, принцип, по которому возможны такие процессы, как биохимическая изоляция медицинских соединений (Zhao, 2015). Модель «частица в коробке», примененная к этим хроматографическим данным, также показывает универсальность квантовой механики, а также молекулярную теорию орбит.
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих