黒いインクから何色も出てくるのはなぜ？｜ペーパークロマトグラフィーの読み方

黒い水性ペンの点を付けた紙へ水をしみ込ませると、青や赤などの帯に分かれることがあります。ここで「水が黒を別の色へ変えた」と答える前に、初めから複数の色の成分が混ざっていた可能性を考えてください。紙を使うクロマトグラフィーは、混合物に含まれる成分の移動の違いを利用する方法です。

どの黒いペンでも同じ色に分かれるわけではありません。メーカーや製品で成分が違い、水に溶けにくいインクでは思うように動かないこともあります。黒という見た目が共通でも、中身が同一とは限らない。この点を、実験結果から確かめる記事です。

紙に残りやすい成分と、水について動きやすい成分

紙を水につけると、水は紙の細かなすき間を上がっていきます。インクの成分は、その水とともに運ばれる一方、紙側にとどまりやすさの違いもあります。その繰り返しによって、同じ出発点からでも進む距離に差が生まれます。単に粒が重いから下、軽いから上という選び方では説明できません。

紙の種類や使う液体を変えると、分かれ方も変わり得ます。結果を比べる実験では、紙、液体、温度、試料の付け方などをそろえます。色の名前だけを覚えるより、「同じ条件で走らせたときにどう違うか」という見方が大切です。

例題2の紙。下端を0cmとすると基準線2cm、青い帯の中心6cm、水の先端10cm。移動距離は基準線から4cmと8cm。

細長い紙の下の方へ、小さな点を付けて乾かしてから、紙の下端だけを水につける方法を考えます。水面はインクの点より下です。点を水につけてしまうと、インクが容器の水へ溶け出し、紙の上の同じ場所から移動を始める条件がくずれます。

「紙を水につける」と「インクを水につける」は別の操作です。図で水面が点より高く描かれていたら、結果の色を考える前に実験の設定を見直しましょう。基準の線は鉛筆で細く引きます。水性ペンで線を引くと、その線の成分まで動いて、調べたい試料と混ざるおそれがあるからです。

三つの帯が見えたとき、「色の成分が三種類だけ」と言い切れるでしょうか。実際には、同じ辺りに重なって移動する成分や、少量で見えない成分があるかもしれません。見えた分離の数と、含まれるすべての物質の数は区別しておきます。

一つの帯にしか見えなかった場合も、純粋な一種類とすぐには決められません。この条件では分けて観察できなかった、という可能性が残ります。結果が少ないから実験失敗と決める必要もありません。何が言えて、何までは言えないかを、記述の言葉に反映させましょう。

水性ペンAとBを同じ紙へ離して点状に付け、同じ液体で同時に展開しました。Aは青と赤、Bは青と黄色の帯として観察できました。「どちらも黒だから、成分は同じ」と言えますか。また、同じ位置にある青い帯だけから、青の成分が同一だと断定できますか。

答え・解説： 観察できる分かれ方が異なるので、黒い見た目だけを根拠に同じ成分とは言えません。一方、青い帯の色と位置が似ていても、それだけで物質が同一と確定することはできません。同じかもしれないという手がかりと、確定した証拠を分けて説明します。

インクを付けた基準線は紙の下端から2cmです。水が上がった先端は下端から10cm、青い帯の中心は下端から6cmでした。基準線から水の先端までの距離と、青い帯の移動距離を求めてください。さらに、青い帯の移動距離は、水の移動距離の何倍ですか。

答え・解説： 水は10−2＝8cm、青い帯は6−2＝4cm移動しています。比は4÷8＝0.5倍です。6÷10ではありません。両方とも出発点を基準線へそろえる必要があります。この比は同じ実験条件で比較するための値であり、物質ごとにどんな紙や液体でも固定された数字ではありません。

紙を取り出したら、水が到達した先端をすぐ記録します。乾いた後には、ぬれていた境目が分かりにくくなるためです。帯が太く広がった場合は、どの位置を読んだかも決めます。例題2では中心と指定しましたが、実際の観察では「中心がここ」と記録して、比べ方をそろえます。

色の美しさだけで終わらせず、出発線、液面、液の先端、色の帯を一本の紙の図へ書き込みましょう。移動した距離と残った場所が見えると、ろ過のような別の分離方法との違いも説明できます。紙を使うからすべてろ過、ではありません。ろ過では通るものと残るものを分け、この実験では進み方の差を利用しています。