Chromatography separates mixtures by how their components divide between two phases. This unit covers paper chromatography (Rf values), thin-layer chromatography (TLC), and gas chromatography (GC) — their principles, apparatus, measurements, uses in forensics, pharmaceuticals and food safety, and their limitations.
کرومیٹوگرافی مکسچرز کو دو فیزز کے درمیان تقسیم کی بنیاد پر الگ کرتی ہے۔ اس یونٹ میں پیپر کرومیٹوگرافی (Rf ویلیو)، تھن لیئر کرومیٹوگرافی (TLC) اور گیس کرومیٹوگرافی (GC) شامل ہیں۔
Chromatography separates the components of a mixture because they distribute differently between a stationary phase (fixed) and a mobile phase (moving). Components that spend more time in the mobile phase travel further; components that stick to the stationary phase (by adsorption — sticking only to the surface of another material) travel less far.
Adsorption means a substance sticks only to the surface of another material (it does not dissolve into it or react with it). Example: a dye adsorbed on silica gel, or impurities adsorbed on charcoal. In paper chromatography the stationary phase is the water trapped in the paper fibres; the mobile phase is the solvent rising by capillary action.
Why must the solvent level be below the spot? So the sample does not dissolve directly into the solvent reservoir — it must travel up with the solvent front, separating as it goes. Why use pencil, not ink, for the baseline? Ink contains dissolved coloured components that would move with the solvent and interfere; pencil (graphite) is insoluble and stays put.
کرومیٹوگرافی مکسچر کے اجزاء کو اس لیے الگ کرتی ہے کہ وہ اسٹیشنری فیز (ساکن) اور موبائل فیز (متحرک) کے درمیان مختلف طرح تقسیم ہوتے ہیں۔ جو جز موبائل فیز میں زیادہ وقت گزارتا ہے وہ آگے جاتا ہے۔
ایڈسورپشن کا مطلب ہے کہ مادہ صرف دوسرے مادے کی سطح سے چپکتا ہے (اس میں حل نہیں ہوتا، نہ ری ایکٹ کرتا ہے)۔ سالونٹ لیول اسپاٹ سے نیچے کیوں؟ تاکہ نمونہ براہ راست سالونٹ میں نہ گھل جائے۔ پنسل کیوں؟ سیاہی میں رنگ ہوتے ہیں جو حرکت کریں گے؛ پنسل (گریفائٹ) ناقابل حل ہے۔
In paper chromatography, a spot of mixture is placed on a pencil baseline, the paper is dipped in solvent (solvent level below the spot), and the solvent rises, carrying components at different speeds. The result is a chromatogram — a pattern of spots.
Rf value = distance travelled by the component ÷ distance travelled by the solvent front. Rf has no units and is always between 0 and 1. A component more soluble in the mobile phase travels further (higher Rf); a component more soluble in the stationary phase (water in the paper) travels less far. A very low Rf means the substance sticks strongly to the water inside the paper (strong adsorption to the stationary phase), not that it is insoluble or dense.
What does a chromatogram provide? The number of components (number of spots), their identities (by comparing Rf values with known substances in the same solvent), and rough proportions (spot size/intensity).
پیپر کرومیٹوگرافی میں مکسچر کا اسپاٹ پنسل بیس لائن پر لگایا جاتا ہے، کاغذ سالونٹ میں ڈبویا جاتا ہے (سالونٹ لیول اسپاٹ سے نیچے)، اور سالونٹ اوپر اٹھ کر اجزاء کو مختلف رفتار سے لے جاتا ہے۔ نتیجہ کرومیٹوگرام کہلاتا ہے۔
Rf ویلیو = جز کا فاصلہ ÷ سالونٹ فرنٹ کا فاصلہ۔ Rf کی کوئی اکائی نہیں اور یہ 0 سے 1 کے درمیان ہوتا ہے۔ موبائل فیز میں زیادہ حل پذیر جز آگے جاتا ہے۔ بہت کم Rf کا مطلب ہے کہ مادہ کاغذ کے اندر پانی سے مضبوطی سے چپکا ہوا ہے۔
In TLC, the stationary phase is a thin layer of solid (usually silica gel or alumina) coated on a glass or plastic plate. The plate is spotted on a baseline and placed in a solvent tank, exactly like paper chromatography — but TLC is considered faster than paper chromatography because it has a solid stationary phase that allows quicker separation.
Two advantages of TLC over paper chromatography: (1) faster separation; (2) sharper spots and a wider choice of stationary phases and solvents, so it separates substances paper cannot, and spots can be visualised under UV light. Polar substances move slowly in TLC because they adsorb strongly onto the polar silica stationary phase; a non-polar compound travels further up the plate because it is weakly adsorbed.
Why is TLC not suitable for large-scale separation? The plate is small and the layer is thin, so it can only handle tiny samples — it is an analytical technique, not a preparative one. With a more polar solvent, Rf values increase: components spend more time in the mobile phase and are less adsorbed.
TLC میں اسٹیشنری فیز سلیکا جیل یا ایلومینا کی پتلی تہہ ہوتی ہے جو شیشے یا پلاسٹک پلیٹ پر لگی ہوتی ہے۔ TLC پیپر کرومیٹوگرافی سے تیز ہے کیونکہ اس کا ٹھوس اسٹیشنری فیز جلدی علیحدگی کرتا ہے۔
TLC کے دو فوائد: (1) تیز علیحدگی (2) واضح اسپاٹس اور زیادہ انتخاب۔ قطبی مادے TLC میں آہستہ چلتے ہیں کیونکہ وہ قطبی سلیکا سے مضبوطی سے چپکتے ہیں؛ غیر قطبی مرکب پلیٹ پر آگے جاتا ہے۔
TLC بڑے پیمانے پر علیحدگی کے لیے موزوں نہیں کیونکہ پلیٹ چھوٹی ہوتی ہے اور صرف چھوٹے نمونے لے سکتی ہے۔
In gas chromatography, the mobile phase is an inert carrier gas (helium or nitrogen) and the stationary phase is a high-boiling liquid coated on a solid support inside a long, coiled column in an oven. The role of the carrier gas is to carry the vaporised sample through the column — it does not react with the sample and does not act as the stationary phase.
Components: injector port (sample vaporised), column (separation), oven (temperature control), detector (records the chromatogram). The stationary phase must have a high boiling point to remain liquid during the process — if it evaporated, there would be no stationary phase left. Samples must be volatile in GC because only gases/vapours can travel through the column; non-volatile samples cannot be analysed (a limitation), and very high temperatures can decompose samples (another limitation).
Measurements: retention time = the time from injection to the peak maximum — it identifies a substance (compared with standards). Peak area (or height, when base widths are similar) indicates the amount (proportion) of the substance — so if two peaks have similar base widths but different heights, composition is estimated by peak height.
گیس کرومیٹوگرافی میں موبائل فیز غیر فعال کیریئر گیس (ہیلیم یا نائٹروجن) ہے اور اسٹیشنری فیز اوون میں کنڈلی نما کالم کے اندر زیادہ بوائلنگ پوائنٹ والا مائع ہے۔ کیریئر گیس کا کام بخارات بنے نمونے کو کالم سے گزارنا ہے۔
اجزاء: انجیکٹر پورٹ، کالم، اوون، ڈیٹیکٹر۔ اسٹیشنری فیز کا بوائلنگ پوائنٹ زیادہ ہونا چاہیے تاکہ وہ عمل کے دوران مائع رہے۔ نمونے وولیٹائل ہونے چاہیے کیونکہ صرف گیسیں کالم سے گزر سکتی ہیں۔
پیمائش: ریٹینشن ٹائم مادے کی شناخت کرتا ہے؛ پیک ایریا مقدار بتاتا ہے۔
Applications: forensic science (ink, drugs, poisons), pharmaceuticals (purity, drug analysis), food safety (additives, contaminants), pollution detection, and amino-acid analysis. A chromatogram gives the number of components, their identities (Rf or retention time vs standards) and their proportions (spot intensity or peak area).
Comparison: paper — cheapest, slowest, water stationary phase. TLC — faster, sharper, solid stationary phase, small samples only. GC — fastest for volatile mixtures, quantitative (peak areas), but only for volatile, thermally stable samples and needs expensive apparatus.
Worked TLC example (exercise): an amino-acid mixture gives spots A and B. Spot A has Rf ≈ 0.71 → leucine (0.71); spot B has Rf ≈ 0.40 → alanine (0.40), using the table (alanine 0.40, glutamic acid 0.29, leucine 0.71, valine 0.61). With a more polar solvent, Rf values increase because components dissolve better in the mobile phase and adsorb less.
استعمالات: فرانزک سائنس، فارماسیوٹیکلز، فوڈ سیفٹی، آلودگی کی جانچ، امینو ایسڈ تجزیہ۔ کرومیٹوگرام اجزاء کی تعداد، شناخت اور مقدار بتاتا ہے۔
موازنہ: پیپر — سستا، سست۔ TLC — تیز، واضح، چھوٹے نمونے۔ GC — وولیٹائل مکسچرز کے لیے تیز اور مقداری، لیکن مہنگا آلہ اور صرف وولیٹائل نمونے۔
مثال: اسپاٹ A (Rf ≈ 0.71) → لیوسین؛ اسپاٹ B (Rf ≈ 0.40) → ایلانین۔ زیادہ قطبی سالونٹ سے Rf بڑھ جاتا ہے۔
یہ exercise کتاب کے printed pages 175–182 سے لی گئی ہے — تمام سوال کتاب کے اپنے ہیں, جواب کے ساتھ: Multiple Choice (10), Short Answer (10), Constructed Response (3) اور Descriptive (3). اس chapter کی exercise کے چاروں حصے یہاں موجود ہیں; کوئی سوال invent نہیں کیا گیا.
1. Why must the solvent level be below the spot of the dye?
Answer: (b) The spot must travel with the rising solvent, not dissolve into the reservoir. جواب: اسپاٹ کو اٹھتے ہوئے سالونٹ کے ساتھ سفر کرنا ہے، ذخیرے میں گھلنا نہیں۔
2. Why do some components of a dye travel further up the paper than others?
Answer: (b) More time in the mobile phase → further travel. جواب: موبائل فیز میں زیادہ وقت → آگے سفر۔
3. A substance has a very low Rf value. What does this indicate?
Answer: (c) Low Rf = strong adsorption to the stationary phase (water in the paper). جواب: کم Rf = اسٹیشنری فیز سے مضبوط چپکاؤ۔
4. Which statement best explains adsorption?
Answer: (b) Adsorption is surface-only sticking. جواب: ایڈسورپشن صرف سطح سے چپکنا ہے۔
5. A polar compound in TLC will usually:
Answer: (b) Polar compounds adsorb strongly onto polar silica and stay near the baseline. جواب: قطبی مرکبات قطبی سلیکا سے چپک کر بیس لائن کے قریب رہتے ہیں۔
6. Why is TLC considered faster than paper chromatography?
Answer: (b) The thin solid layer gives faster, sharper separation. جواب: پتلی ٹھوس تہہ تیز اور واضح علیحدگی دیتی ہے۔
7. What is the role of the carrier gas in gas chromatography?
Answer: (c) The inert carrier gas transports the vapour through the column. جواب: غیر فعال کیریئر گیس بخارات کو کالم سے گزارتی ہے۔
8. Why must the stationary phase in GC have a high boiling point?
Answer: (c) If it boiled away, there would be no stationary phase left. جواب: اگر وہ ابل جائے تو اسٹیشنری فیز باقی نہیں رہے گا۔
9. What does the area under a peak in a chromatogram indicate?
Answer: (a) Peak area is proportional to the amount of that component. جواب: پیک ایریا مادے کی مقدار کے متناسب ہے۔
10. If two peaks have similar base width but different heights, how can composition be estimated?
Answer: (d) With equal widths, height is proportional to area, hence to amount. جواب: برابر چوڑائی پر اونچائی مقدار کے متناسب ہے۔
Answer: Components of a mixture distribute differently between the stationary phase (water trapped in the paper) and the mobile phase (solvent rising by capillary action). Components more soluble in the mobile phase travel further; those adsorbed more strongly travel less far. جواب: اجزاء اسٹیشنری فیز (کاغذ میں پانی) اور موبائل فیز (سالونٹ) کے درمیان مختلف طرح تقسیم ہوتے ہیں۔
Answer: Ink contains soluble coloured dyes that would dissolve and move with the solvent, interfering with the chromatogram. Pencil graphite is insoluble and stays on the baseline. جواب: سیاہی میں رنگ حل ہو کر حرکت کریں گے؛ پنسل کا گریفائٹ ناقابل حل ہے۔
Answer: (1) Faster separation. (2) Sharper spots and a wider range of stationary phases/solvents, separating substances paper cannot; spots can be seen under UV light. جواب: (1) تیز علیحدگی (2) واضح اسپاٹس اور زیادہ انتخاب۔
Answer: They adsorb strongly onto the polar silica stationary phase, spending little time in the mobile phase, so they travel only a short distance. جواب: قطبی مادے قطبی سلیکا سے مضبوطی سے چپکتے ہیں، اس لیے آہستہ چلتے ہیں۔
Answer: The plate and layer are small and thin, so only tiny samples can be applied — TLC is an analytical method, not a preparative one. جواب: پلیٹ چھوٹی ہوتی ہے، صرف چھوٹے نمونے — یہ تجزیاتی طریقہ ہے، تیاری کا نہیں۔
Answer: To vaporise the liquid sample instantly (flash vaporisation) and introduce it into the carrier-gas stream entering the column. جواب: مائع نمونے کو فوراً بخارات بنا کر کیریئر گیس میں داخل کرنا۔
Answer: Only vapours can be carried by the carrier gas through the column; non-volatile substances would stay in the injector and never separate. جواب: صرف بخارات کیریئر گیس سے کالم میں جا سکتے ہیں۔
Answer: (1) Only volatile, thermally stable samples can be analysed. (2) The apparatus is expensive, and compounds that decompose at high temperature cannot be separated. جواب: (1) صرف وولیٹائل نمونے (2) مہنگا آلہ، زیادہ درجہ حرارت پر ٹوٹنے والے مرکبات نہیں۔
Answer: The number of components (number of spots/peaks), their identities (Rf values or retention times compared with standards), and their relative amounts (spot intensity or peak area). جواب: اجزاء کی تعداد، شناخت (Rf یا ریٹینشن ٹائم) اور مقدار (اسپاٹ یا پیک ایریا)۔
Answer: Adsorption is the sticking of a substance only to the surface of another material. Example: dye molecules adsorbed on silica gel in TLC, or impurities adsorbed on activated charcoal. جواب: ایڈسورپشن: مادے کا صرف سطح سے چپکنا۔ مثال: سلیکا جیل پر ڈائی، یا چارکول پر نجاستیں۔
Answer: i) Spot A (higher up, Rf ≈ 0.71) = leucine; spot B (lower, Rf ≈ 0.40) = alanine. ii) Rf values increase: a more polar solvent dissolves the amino acids better in the mobile phase and competes with the polar silica for them, so they adsorb less and travel further. جواب: i) اسپاٹ A = لیوسین (Rf ≈ 0.71)، اسپاٹ B = ایلانین (Rf ≈ 0.40)۔ ii) زیادہ قطبی سالونٹ سے Rf بڑھ جاتا ہے کیونکہ اجزاء موبائل فیز میں زیادہ حل ہوتے ہیں۔
Answer: a) Stationary phase: a high-boiling liquid such as silicone oil (or polyethylene glycol) coated on an inert support. Mobile phase: an inert carrier gas such as helium or nitrogen. b) i) Retention time is the time from injection until the peak maximum appears — it identifies a substance when compared with standards. ii) Using the printed peak areas (14, 25, 52, 38): total = 129; the 25-unit peak = 25/129 × 100 ≈ 19.4%. NOTE: one peak in the printed chromatogram has no labelled area, so this calculation uses only the four labelled areas. جواب: a) اسٹیشنری: سلیکون آئل؛ موبائل: ہیلیم/نائٹروجن۔ b) i) ریٹینشن ٹائم = انجیکشن سے پیک تک کا وقت۔ ii) لیبل شدہ ایریاز سے: 25/129 × 100 ≈ 19.4% (نوٹ: ایک پیک کا ایریا کتاب میں لیبل نہیں)۔
Answer: The unknown is the reference amino acid whose spot height matches the unknown in BOTH solvents — a single solvent can give a coincidence, but matching in two different solvents confirms identity. From the printed figures the unknown matches reference R (the only reference coinciding with the unknown in the first solvent and closest in the second); the printed spot positions are small, so the method — matching in both solvents — is the reliable identification, not a single-solvent guess. جواب: نامعلوم امینو ایسڈ وہ ہے جس کا اسپاٹ دونوں سالونٹس میں نامعلوم سے ملے — دو سالونٹس میں ملنا شناخت کی تصدیق ہے۔
Answer: Principle: partition between the stationary phase (water in paper fibres) and the mobile phase (solvent). Working: spot the mixture on a pencil baseline, stand the paper in solvent (level below the spot), let the solvent rise by capillary action, remove and dry the paper, locate spots (UV or spray), measure distances and calculate Rf values; identify components by comparing Rf values with standards run in the same solvent. جواب: اصول: اسٹیشنری اور موبائل فیز کے درمیان تقسیم۔ طریقہ: بیس لائن پر اسپاٹ، سالونٹ میں کاغذ، سالونٹ اوپر اٹھتا ہے، Rf نکالیں، معیار سے موازنہ کریں۔
Answer: Principle: adsorption on a solid stationary phase (silica/alumina layer) vs solubility in the mobile phase. Working: coat a plate, spot the sample on a baseline, develop in a solvent tank, dry, visualise spots (UV light or iodine), measure Rf values and compare with standards. Advantages over paper: faster, sharper spots, wider solvent choice. Limitation: analytical scale only. جواب: اصول: ٹھوس اسٹیشنری فیز پر ایڈسورپشن۔ طریقہ: پلیٹ پر اسپاٹ، سالونٹ ٹینک میں ڈیولپ، UV سے دیکھیں، Rf نکالیں۔
Answer: Carrier-gas supply (He/N₂, inert); injector port (flash vaporisation); column (long coiled tube with high-boiling liquid stationary phase on a support, in an oven); oven (precise temperature control); detector (e.g. flame ionisation detector) producing the chromatogram; recorder/computer. Retention time identifies, peak area quantifies. جواب: کیریئر گیس، انجیکٹر پورٹ، کالم (اوون میں)، ڈیٹیکٹر، ریکارڈر۔ ریٹینشن ٹائم شناخت، پیک ایریا مقدار۔
Chromatography — Chromatography separates the components of a mixture because they distribute differently between a stationary phase (fixed) and a mobile phase (moving). In paper chromatography, a spot of mixture is placed on a pencil baseline, the paper is dipped in solvent (solvent level below the spot), and the solvent rises, carrying components at different speeds. In TLC, the stationary phase is a thin layer of solid (usually silica gel or alumina) coated on a glass or plastic plate. In gas chromatography, the mobile phase is an inert carrier gas (helium or nitrogen) and the stationary phase is a high-boiling liquid coated on a solid support inside a long, coiled column in an oven. Applications: forensic science (ink, drugs, poisons), pharmaceuticals (purity, drug analysis), food safety (additives, contaminants), pollution detection, and amino-acid analysis.
Revision guidance: پہلے 10 MCQs خود حل کرو, پھر جواب ملاؤ; short اور constructed-response سوالوں کو اپنے الفاظ میں لکھ کر practice کرو; descriptive سوالوں (3) کے لیے ہر section کی headings یاد رکھو. جو formula یا equation اس chapter میں ہے, اسے لکھ کر یاد کرو — رٹا نہیں, سمجھ کر.
کرومیٹوگرافی مکسچر کے اجزاء کو اس لیے الگ کرتی ہے کہ وہ اسٹیشنری فیز (ساکن) اور موبائل فیز (متحرک) کے درمیان مختلف طرح تقسیم ہوتے ہیں۔ جو جز موبائل فیز میں زیادہ وقت گزارتا ہے وہ آگے جاتا ہے۔ایڈسورپشن کا مطلب ہے کہ مادہ صرف دوسرے مادے کی سط پیپر کرومیٹوگرافی میں مکسچر کا اسپاٹ پنسل بیس لائن پر لگایا جاتا ہے، کاغذ سالونٹ میں ڈبویا جاتا ہے (سالونٹ لیول اسپاٹ سے نیچے)، اور سالونٹ اوپر اٹھ کر اجزاء کو مختلف رفتار سے لے جاتا ہے۔ نتیجہ کرومیٹوگرام کہلاتا ہے۔Rf ویلیو = جز کا فاصلہ ÷ TLC میں اسٹیشنری فیز سلیکا جیل یا ایلومینا کی پتلی تہہ ہوتی ہے جو شیشے یا پلاسٹک پلیٹ پر لگی ہوتی ہے۔ TLC پیپر کرومیٹوگرافی سے تیز ہے کیونکہ اس کا ٹھوس اسٹیشنری فیز جلدی علیحدگی کرتا ہے۔TLC کے دو فوائد: (1) تیز علیحدگی (2) واضح اسپاٹس اور ز گیس کرومیٹوگرافی میں موبائل فیز غیر فعال کیریئر گیس (ہیلیم یا نائٹروجن) ہے اور اسٹیشنری فیز اوون میں کنڈلی نما کالم کے اندر زیادہ بوائلنگ پوائنٹ والا مائع ہے۔ کیریئر گیس کا کام بخارات بنے نمونے کو کالم سے گزارنا ہے۔اجزاء: انجیکٹر پورٹ، کالم استعمالات: فرانزک سائنس، فارماسیوٹیکلز، فوڈ سیفٹی، آلودگی کی جانچ، امینو ایسڈ تجزیہ۔ کرومیٹوگرام اجزاء کی تعداد، شناخت اور مقدار بتاتا ہے۔موازنہ: پیپر — سستا، سست۔ TLC — تیز، واضح، چھوٹے نمونے۔ GC — وولیٹائل مکسچرز کے لیے تیز اور مقداری، لی
اس باب کے موضوعات: اصول: دو فیزز اور تقسیم · پیپر کرومیٹوگرافی اور Rf ویلیوز · تھن لیئر کرومیٹوگرافی (TLC) · گیس کرومیٹوگرافی (GC) · استعمالات، موازنہ اور حدود · مشق
رہنمائی: پہلے MCQs خود حل کریں، پھر جوابات سے ملائیں؛ مختصر اور تعمیری سوالات اپنے الفاظ میں لکھ کر پریکٹس کریں۔
Chapter-wise tests, fresh random papers اور instant score کے لیے PunjabTest.com کا میں test section دیکھو:
PunjabTest.com — Complete Guide Book • FSc Part 2 Chemistry, Chapter 28 (PECTAA New Book, Session 2026–27) • English + Urdu