Поділ кольору за допомогою хроматографії - 1,2,3 кольори! Наукові експерименти та магазин

поділ

Ми пропонуємо вам із цим досвідом відправитися на пошуки барвників, з яких складаються фарби ваших маркерів. Ви побачите, що кольорової палітри фетрової коробки можна досягти за допомогою обмеженої кількості барвників. Для цього ви будете використовувати просту версію техніки хроматографії, яка широко використовується в біології та хімії для відокремлення компонентів, присутніх у сумішах. Принцип полягає у нанесенні чорнила на тверду абсорбуючу підлогу та примушенні рідини «підніматися» капілярною дією через цей осад. Якщо чорнило складається із суміші декількох барвників, вони захоплюються з різною швидкістю, залежно від їх спорідненості з твердим носієм та їх розчинності в рідині. Вони виявляються через певний час, більш-менш далеко від початкового відкладення, і їх можна ідентифікувати за власним кольором.

Принцип експерименту простий, але результати залежать від багатьох параметрів, таких як вибір рідини (вода, солона вода, оцет тощо) або твердої підставки (кавовий фільтр, паперовий рушник, тканина, промокальна машина тощо). .). І як ми показуємо вам тут на прикладі коробки з 12 маркерами, як правило, є кілька кроків, перш ніж ви зможете зробити висновок. Оскільки не всі виробники фломастерів використовують однакові рецепти, вам, швидше за все, доведеться розробити власний експериментальний протокол для аналізу чорнил у ваших маркерах.

Примітки: ця сторінка є по суті описовою, і ми не будемо пояснювати вплив такої рідини або такої твердої основи на міграцію барвників. Також зверніть увагу на кольорову передачу на фотографіях (і на екрані), не завжди вірну тому, що ви можете побачити очима !

  • Коробка маркерів на водній основі (мінімум десять, щоб було достатньо різних кольорів)
  • Пара ножиць
  • Пластикові стаканчики
  • Відбілені фільтри для кави (не "небілені")
  • Паперові рушники
  • Тканина
  • білий оцет
  • Вода
  • Сіль
  • Необов’язково: промокальний папір (доступний у деяких канцелярських магазинах)
  • Крок 1: виріжте смужку у кавовому фільтрі, яка (спочатку) буде твердою абсорбуючою опорою для експерименту.
  • Крок 2: зробіть кольорову лінію на цій смужці приблизно на 2 см від вузького кінця смужки (тієї, яка буде вбиратися в рідину) і розфарбуйте коло таким же повстю на іншому кінці ("контрольний" круг, який буде не мочити).
  • Крок 3: налийте в чашку трохи рідини (не більше одного см). Ми можемо покласти на нього тонкий предмет (олівець, дерев’яну паличку тощо), на якому ми можемо тримати смужку кавового фільтра.
  • Крок 4: Намочіть вузький кінець смужки кавового фільтра. Кольорова точка не повинна просочуватися безпосередньо в рідині: якщо вона стає кольоровою, її потрібно змінити і повторити експеримент.
  • Крок 5: дайте рідині піднятися капілярною дією у фільтрі і почекайте, поки приблизно дві третини фільтра не змочуться (це займає кілька хвилин).
  • Крок 6: Вийміть фільтр із рідини та поставте його для сушіння на чистий аркуш паперу. Необхідно почекати повного висихання фільтра, щоб проаналізувати отримані результати.

Цей протокол буде повторений для кожного валяння, який ви хочете проаналізувати.

Примітка: оскільки "вага" барвників не відіграє ролі в цьому експерименті, результати були б однаковими, якби фільтри були розміщені рівно, або навіть якщо рідина мігрувала вниз.

Ось що ми отримали за 7-хвилинне замочування у водопровідній воді для початку. З цього ж фільтра вирізано 12 смужок кавового фільтра.

Барвники, що складають фарби маркерів, відійшли на кілька сантиметрів від місць осадження. Спостерігаючи отримані кольорові плями, ми можемо побачити, що фарби деяких маркерів складаються із суміші барвників. Тут це стосується дуже чорних, коричневих, фіолетових, темно-синіх, темно-зелених та світло-зелених відтінків (щоб говорити про кольори маркерів, ми використовуємо тут звичайні назви, навіть якщо вони не завжди відповідають термінам, що використовуються в колориметрія). Інші повсті, навпаки, складаються лише з одного барвника. Це стосується тілесних, рожевих, червоних, оранжевих, жовтих та світло-блакитних маркерів. Хоча деякі барвники легко ідентифікувати (CYAN виявлений у чорнилі чорного, коричневого, темно-синього та світло-блакитного, темно-зеленого та світло-зеленого маркерів), важко визначити точну кількість. Наприклад, ми бачимо для темно-зеленого фетру три різних кольори, від "знизу" до "верху" ЖОВТОГО, ЗЕЛЕНОГО і ЦИАНУ, ніби поділ ЖОВТОГО та ЦИАНОВОГО барвників не було завершено (ЗЕЛЕНИЙ можна отримати сумішшю пігментів або барвників ЖОВТИЙ і ЦІАН).

Ми також помічаємо значні деформації фронту міграції барвника в межах однієї смуги фільтру кави (дивіться, зокрема, на краях фільтрів), пов'язані з неправильною структурою волокон фільтра.

Випробування різних рідин

Ми намагалися краще відокремити барвники, змінивши рідину. Для цього ми порівняли хроматографії нашої чорної фарби, отриманої шляхом замочування смужок кавових фільтрів протягом 7 хвилин у воді, солоній воді, воді, змішаній з харчовою содою та білим оцтом (чистий).

Ми бачимо, що коли рідина не лише вода, барвники поширюються на значно більші відстані, що полегшує їх спостереження. Для солоної води та води з харчовою содою чорний колір більше не видно, і дві зони, MAGENTA-ORANGÉ та CYAN поширюються майже на весь фільтр (понад 6 см). У випадку з оцтом існує зона ЦІАНУ і ЧЕРВОНО-МАГЕНТНА зона, розділені невеликою ЖОВТОЮ зоною (не дуже помітною на фото), що свідчить про те, що чорна фарба буде складатися з трьох КРАСНО-МАГЕНТНИХ барвників, ЖОВТИЙ і ЦІАН. Зазначимо, що з оцтом "дно" зони ЧЕРВОНО-МАГЕНТИ відповідає початковому відкладення чорнила, отже барвникам, які не рухались (або майже не рухались).

Хроматографії наших 12 валянок (розташованих у тому ж порядку, що і вище), виконані з солоною водою, представлені на фотографії навпроти. Вплив концентрації солі на результати обговорюється тут .

Тепер стало зрозуміло, що зелені фарби були отримані змішуванням ЖОВТОГО і ЦИАН-барвників (з трохи більше ЦІАНУ, ніж ЖОВТИЙ для темно-зеленого фетру), а сині фарби змішуванням ЦІАНОВОГО та МАГЕНТОВОГО барвників (майже лише ЖОВТІ)., більше MAGENTA, ніж CYAN для фіолетового). Жовте чорнило здається чистим, складається з одного ЖОВТОГО барвника (ми знаходимо той факт, що це основний колір).

Ситуація більш заплутана для інших валянок. Для тілесних, рожевих, червоних та оранжевих маркерів барвник CYAN відсутній, але спостерігаються всі відтінки від ЖОВТОГО до ЧЕРВОНОГО до МАГЕНТИ. Коричневі та чорні чорнила демонструють найрізноманітніші кольори: ОРАНЖЕВИЙ, ЧЕРВОНО-МАГЕНТНИЙ і ЦИАНОВИЙ.

Порівнюючи хроматографії зеленого та синього валяння, ми можемо побачити, що між зонами міграції ЖОВТОГО та МАГЕНТОВОГО барвників існує сильне перекриття (примітка: це порівняння складне із смужками кавових фільтрів, як ми обговорюємо тут). Тому ці два барвники не будуть ефективно розділятись соленою водою, якщо їх змішувати в фарбах певних маркерів. Згідно з правилами змішування кольорових матеріалів, ми знаємо, що можна отримати ЧЕРВОНИЙ І ПОМАРКОВИЙ, змішуючи ЖОВТИЙ і МАГЕНТНИЙ. Тому ми можемо задатися питанням, чи кольори від ЖОВТОГО до ЧЕРВОНОГО, які з’являються на хроматографіях певних маркерів, не є сумішшю ЖОВТОГО та МАГЕНТИ барвників.

Але замінивши солону воду оцтом (див. Фото напроти), ми бачимо, що існує 5 різних барвників, а не 3, які складають чорнило наших маркерів. Окрім барвників ЖОВТИЙ, ЦИАНОВИЙ і МАГЕНТИ, ідентифікований раніше із солоною водою, існують барвники ЧЕРВОНО-МАГЕНТНИЙ та ОРАНЖЕВИЙ. Таким чином, наші 12 маркерів мали б такі склади: м’якоть = ПОМАРАНЧИЙ; рожевий = ЧЕРВОНО-МАГЕНТА + МАГЕНТА; червоний = ЧЕРВОНО-МАГЕНТА + ЖОВТИЙ; оранжевий = ОРАНЖЕВИЙ; жовтий = ЖОВТИЙ; світло-зелений і темно-зелений = ЖОВТИЙ + ЦИАН; світло-блакитний, темно-синій і фіолетовий = ЦІАН + МАГЕНТА; коричневий і чорний = ЧЕРВОНО-МАГЕНТА + ЖОВТИЙ + ЦИАН (з більшою кількістю ЖОВТОГО і менше ЦІАНУ в коричневому, ніж у чорному).

Чудова річ з оцтом: той самий барвник можна знайти більш-менш далеко від лінії заповнення! Це особливо стосується CYAN, який знаходиться далеко від лінії депозиту, коли він пов’язаний з ЖОВТИМ (зелені фарби), і близький до лінії депозиту, коли він асоційований з MAGENTA (сині фарби).

Випробування різних абсорбуючих твердих опор

Ми також протестували різні абсорбуючі середовища, змочені в солоній воді: кавовий фільтр, паперовий рушник, тканину та промокальний папір. Час замочування сильно відрізняється від однієї опори до іншої (до 30 хв із смужкою тканини), але перш за все деякі основи мають більше кольорів, ніж інші. Наявність трьох барвників у чорній фарбі добре видно з тканини. Промокальний папір демонструє те саме, з додаванням кращого розділення між червоними і магнієвими барвниками. .

У наступному прикладі хроматографії наших 12 валянок проводились за один раз на промокальному папері: дно паперу замочували протягом 12 хвилин у коробці з плоским дном, що містила підсолену воду. Ми знаходимо ті ж 5 забарвлень, що і у фільтрів для оцту та кави (не завжди в однаковому порядку!). Зазначимо, що зона міграції барвника ЧЕРВОНА-МАГЕНТА частково перекриває зону ЖОВТОГО барвника, що може пояснити ЖОВТО-ПОМАРКОВИЙ відтінок, який спостерігається для червоних, коричневих і чорних фарб.

Таким чином, ми виявили, використовуючи різні рідини та різні тверді носії, що фарби наших маркерів складаються з 5 барвників. Серед цих барвників ми знаходимо три основні кольори субтрактивного синтезу ЦІАН, МАГЕНТА та ЖОВТИЙ, яких в принципі було б достатньо для отримання всіх інших шляхом змішування, але не тільки. Виробник наших маркерів також використовував барвники ORANGE та RED-MAGENTA. Для вікон інших марок результати можуть бути різними, як показано на наступному фото, де ситуація ще більш складна.

Важливо зазначити, що якщо фарби не виявляють нових забарвлень за допомогою хроматографії, ми ніколи не можемо бути впевнені, що вони справді "чисті" (якщо це не один із трьох основних кольорів ЦІАН, МАГЕНТА та ЖОВТИЙ, який неможливо отримати змішуванням інші кольори): вибір абсорбуючої твердої основи та рідини може не дати їм розкластися.

Також можна використовувати хроматографію як техніку художньої творчості. Наприклад, якщо ви хочете зробити «квіти для хроматографії», все, що вам потрібно зробити, це вирізати диск з кавового фільтра, намалювати на його поверхні точки або лінії різного кольору, залишивши центральну область білою, на яку ви опускаєте краплі води (у нашому випадку підсоленої для «розповсюдження» кольорів). Склянку можна використовувати як підставку для вкладання диска, а шматок пластикової соломи (вам потрібно заткнути/розблокувати кінець соломинки, щоб утримати/випустити рідину) буде контролювати відкладення крапель води. Кожна пляма чорнила розщеплюється шляхом міграції води з центру на периферію диска, малюючи пелюстки квітки. З попередніх результатів найбільш темні кольори, як правило, складаються з декількох барвників, будуть найбільш ефектними. Після висихання цей диск можна використовувати для створення більш складних предметів (букет квітів тощо).