Chimica Analitica (tecniche di separazione)

Separazioni Analitiche

Tecniche di separazione e purificazione

Nella procedura di chimica analitica la separazione dobbiamo vederla come una reazione di equilibrio.

In questo caso, abbiamo una ripartizione di un soluto, quindi una sostanza che dobbiamo andare ad analizzare tra due fasi che possono essere diverse tra loro.

Dobbiamo tenere in considerazione che queste tecniche sono ampiamente utilizzate sia in ambito chimico farmaceutico che analitico.

Nella preparazione di un campione analitico possono essere utilizzate tecniche di separazione e purificazione con lo scopo di isolare l'analita da sostanze che possono interferire nell'analisi.

In sintesi organica si effettua spesso la separazione di componenti. Basti pensare ad una reazione dove si mettono insieme due componenti, A e B, per dare il prodotto C. Sappiamo che la reazione non è completa al 100% e che A e B daranno C, ma avremo una parte dei due reagenti di partenza che costituiranno la miscela finale del prodotto.

Di conseguenza dovremo operare in modo tale da separare i reagenti A e B dal prodotto desiderato. Questo si fa con queste tecniche di separazione.

Le tecniche variano a seconda delle caratteristiche del campione.

Se abbiamo una matrice solida, ad esempio, vogliamo determinare in una compressa, la percentuale di contenuto di vitamina C. All'interno di una compressa dobbiamo estrarre, da quel campione solido, la C separando tutta la componente solida che potrebbe interferire con l'analisi strumentale.

In questo caso facciamo un'estrazione di un soluto da un solido.

Possiamo anche separare i due reagenti, A e B, dal prodotto C, andando a solubilizzare la miscela di componenti in un solvente; questo sfruttando la diversa solubilità dei componenti verso un altro tipo di solvente organico che magari avrà delle interazioni migliori con il soluto in questione e permetterà di separarlo dalla miscela che stiamo analizzando.

Le separazioni possono essere sia parziali o complete.

E separazioni parziali sono quello che succede principalmente, nella realtà,

nelle figure a, b, c, la miscela è costituita da 4 componenti, A, B, C, D,

nella separazione noi sfruttiamo delle proprietà particolari dei vari

componenti. Se facciamo una separazione con solventi sarà una

solubilità maggiore di determinato solvente rispetto ad altri. In

questo caso riusciamo a separare questi tipi di componenti.

Nel processo di estrazione, questa tecnica sembra essere ideale proprio perché,

se lavoriamo con due miscele organiche o composti organici, questi non

hanno una solubilità notevole in un solo solvente rispetto ad un altro.

In realtà, una separazione completa la possiamo ottenere con quelle che

chiamiamo tecniche cromatografiche.

Si parla sempre di una tecnica di separazione e purificazione. Oggi grazie

anche all'analisi strumentale con tecniche cromatografiche di alto

livello, riusciamo a determinare queste cose.

Mentre l'estrazione con solventi, questo, non avviene mai.

Un altro tipo di separazione, come nel caso b, che avviene nelle

estrazioni usando solventi, si rappresenta una miscela e andiamo a

separare la solubilità di uno dei componenti della miscela che è più

scioglibile in questo solvente rispetto a tutti gli altri.

In questo tipo di operazione è una separazione di tipo parziale dove

abbiamo una ridistribuzione del materiale contenuto nella miscela in

dei componibili che si presenteranno in fasi diverse per il solvente.

La separazione, qualunque tipo di tecnica presa in esame, richiede sempre una

somministrazione di energia.

Nel caso di un'estrazione liquido-liquido viene fornita dalla

procedura che applichiamo.

Ad esempio, quando utilizziamo un imbuto separatore una volta riempito con

il solvente estrattore e con l'acqua che contiene la miscela lo

chiudiamo e agitiamo. Il fatto di agitare l'imbuto significa favorire

l'interazione tra le due superfici, dei due liquidi che hanno caratteristiche

diverse.

Questo aumento della superficie di interazione va ad aumentare la

ripartizione del soluto verso un altro solvente.

Viene favorita la ripartizione, ovvero il passaggio di una sostanza da

un solvente "A" ad un solvente "B" andando a favorire questo

processo, aumentando la superficie di contatto e quindi l'interazione

tra le due fasi liquide.

Metodi di separazione

• 1) Separazioni in fase stazionaria
• a. Precipitazione o filtrazione
• b. Distillazione
• c. Estrazione
• d. Scambio ionico
• 2) Cromatografia
• 3) Elettroforesi
• 4) Frazionamento in campo

• Base del metodo
• a) Differenze nelle solubilità dei composti polari
• b) Differenze nei solventi dei composti
• c) Differenze nelle solubilità in due liquidi immiscibili
• d) Differenze nel potenziale di accoppiamento con una resina a
• i) interfaccia acqua
• j) polarità

Analizziamo le situazioni limite

Possiamo avere una costante di distribuzione uguale a 1 (Kd=1). Questo significa che le concentrazioni nelle due fasi si eguagliano quindi non abbiamo effettuato alcun tipo di estrazione efficiente.

Può capitare che il solvente organico che è stato scelto per effettuare l'estrazione è un solvente sbagliato.

Se invece il processo sia efficiente dobbiamo considerare che la concentrazione dell'analita nella fase organica sia molto maggiore di quella della fase acquosa, ovvero di quella che rimane a seguito dell'estrazione nella fase acquosa.

Quindi si avrà una costante K, un coefficiente di distribuzione.

I coefficienti di distribuzione ci dà un'indicazione dell'efficienza del processo di estrazione.

Se ci troviamo in una condizione di costante di distribuzione maggiore di 1 allora parliamo di estrazione discontinua. Cioè possiamo fare l'estrazione utilizzando questa apparecchiatura (imbuto separatore).

Se abbiamo un K>1 significa che questo processo permette di recuperare il soluto da dove miscela acquosa secondo una separazione meccanica.

Questo processo è influenzato da un altro fattore: il volume del solvente estraente che viene utilizzato

Facciamo un esempio: supponiamo di avere 150 μL di fase acquosa e vogliamo estrarre utilizzando 50 mL di solvente organico.

Possiamo fare 1 solo imbuto separatore. Uniamo. Si inserisce l'imbuto. Agitiamo. Per due fasi si separano la fase acquosa viene scaricata. Vengono recuperati 50 mL di fase acquosa che contenga una certa concentrazione di A. Avremo una concentrazione di A par.

Facciamo la stessa procedura però anziché fare una sola estrazione, dividiamo il solvente organico in due aliquote da 25 mL l'una.

Anche in questo caso, se la costante di distribuzione è maggiore di 1 avremo una concentrazione di A che corrisponde a X₂.

X₁ è uguale a X₂? La concentrazione di analita estratto utilizzando 50 mL è la concentrazione di analita che otteniamo facendo due estrazioni con 25 mL ciascuno secondo voi è maggiore o minore?

Il secondo caso è migliore poiché è un processo più preciso ed è regolato dalla seguente formula:

[A]_X = ^{(V₀ / V₀ + V_x)ⁿ} * [A]₀

[A]_X = concentrazione di A che rimane in acque

V₀ = Volume fase 1

V_x = Volume fase 2 (estraente)

n = numero di estrazioni

[A]₀ = concentrazione iniziale di A in acqua

- COMPONENTI A CARATTERE AMFOTERO:

Vengono solubilizzati come acidi o basi. Possono essere riassorbiti al varia re del pH conseguendo un punto isoelettrico (P.I.). Un esempio sono gli amminoacidi: trattati come gli acidi o le basi, che chiudono al loro interno, nel momento in cui acidifichiamo, abbiamo le amminoacidi che oltre a essere presenti nella loro forma acida o base, nel C.O.N.I. si ritrovano a un certo sviluppo che permette di riaccoppiarsi con un componente diverso nel solvente, il quale risolve questa forma.

Quando abbiamo un conduttore a pH specifico che viene indicato P.I., il loro stato è neutro.

Lo stesso esempio, gli amminoacidi, sono in relativa indissociata. Le NH₂ nelle C.O.N.I. oltre a risolvere questo non riusciamo ad aumentare l'elongazione per il solubile organico e, di conseguenza, il recupero.

- COMPONENTI A CARATTERE NEUTRO:

Genera quindi riisopari tutti indissolti nel solvente organico e possiamo

recuperare tramite distillazione i quali allontanando il solvente organico considerando che i componenti indissolti possano essere disciolti, oppure possiamo separare tramite cromatografia.

Per ottimizzare un processo di estrazione

• Utilizzare piccoli volumi di solvente anziché effettuare un’unica estrazione con grande volume.
• Il solvente estraneo non deve reagire in modo irreversibile con i componenti da estrarre.
• Il solvente deve essere immiscibile con le soluzioni da estrarre.
• Il solvente deve essere facilmente allontanabile dei materiali assorbiti.

Quando effettuiamo l'estrazione con l’imbuto separatore (estraz. Discontin.) possiamo incorrere in alcuni problemi, tra cui la formazione delle EMULSIONI.

I solventi estratti e la miscela acquosa possono entrare in contatto tra loro e formare una emulsione, oppure goccioline molto piccole che non riescono a separarsi tra loro. Questo può dipendere da molti fattori:

• Acidità: che riduce il soluto e che contiene impurezze che sono viscose e grettolose - formazione di emulsioni.
• Acidità: dei soluti diffusi nel solvente nella miscela acquosa come ad esempio delle sostanze che hanno caratteristiche tensioattive.

La formazione di emulsioni è un problema perché potrebbero ridurne recuperativa. Per evitare questo possiamo cercare di rompere queste emulsioni: In che modo?

• Risparmiamo una dissoluzione delle sostanze perché tende ad organi isolati in superficie. Per queste procedure che forma abbiamo, quindi ridurrebbe conseguenti separazione delle due fasi.
• Effettuiamo processi di filtrazione sottovuoto in modo tale da favorire la separazione.

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