Chimica Inorganica

Chimica inorganica: laboratorio cromatografia

Introduzione alla cromatografia

La cromatografia, che significa "scrittura a colori", è un metodo fisico di analisi che ci permette di ottenere la separazione dei costituenti di un miscuglio grazie alla migrazione differenziale dei componenti del miscuglio. La prima cromatografia fu eseguita dal botanico Tswett, il quale scoprì che in un estratto di foglie verdi si trovano 6 pigmenti diversi (2 clorofille e 4 carotenoidi). Fu definita come "la percolazione uniforme di un fluido attraverso una colonna di sostanza più o meno finemente suddivisa, capace di ritardare selettivamente diversi componenti del fluido".

Cromatografia su colonna

Estratti da foglie verdi furono depositati in testa a una colonna in vetro contenente polvere di CaCO₃ (fase stazionaria, FS). Tswett fece passare all'interno della colonna una miscela di etere di petrolio e etanolo (fase mobile, FM). La diversa affinità dei componenti degli estratti di foglie per il CaCO₃ fu alla base della loro separazione.

Principio: Due composti A e B vengono trasportati da una fase mobile (o eluente), a contatto con una fase stazionaria, per la quale i due composti presentano affinità differente. I due soluti A e B si ripartiscono tra le due fasi secondo un equilibrio descritto dalla grandezza K, detta coefficiente di ripartizione:

Da una parte la FM tende a trascinare verso il basso A e B; dall’altra A e B possono interagire con la FS e rimanervi "attaccati". La migrazione è differenziale se K_A è diverso da K_B. Maggiore è il valore di K, maggiore sarà l’affinità dell’analita per la FS e più lentamente questo si muoverà rispetto all’eluente.

Cromatografia su strato sottile

Questa metodologia molto semplice ed economica utilizza un sottile strato di fase stazionaria su un vetro o una lastra di alluminio, sulla quale viene deposta la miscela da analizzare mediante un capillare in vetro. La lastra viene poi posta in una camera di sviluppo contenente sul fondo la fase mobile. Questa, per capillarità, sale lungo la lastrina trasportando i soluti della miscela che migrano selettivamente nel loro cammino.

La sostanza da separare (in soluzione) viene depositata sulla lastra cromatografica tramite un sottile capillare in vetro. La lastra viene quindi inserita nella vaschetta cromatografica che contiene sul fondo pochi cm di eluente. La separazione e l’identificazione dei componenti di una miscela può essere agevolmente fatta sulla base del fattore di ritardo R_f. R_f è il rapporto tra la distanza percorsa dalla specie analizzata (h_A, linea rossa) e la distanza raggiunta dal fronte del solvente (h_eluente, linea blu).

Cromatografia liquido-liquido

• FM: liquido
• FS: liquido che impregna un supporto solido

Cromatografia in fase normale (NPC)

• FM: un solvente o una miscela di solventi apolari o poco polari.
• FS: polare (acqua)
• Supporto: silice (SiO₂), farina fossile, carta (in strato sottile o colonna).

Saranno trattenuti maggiormente i soluti polari: l’eluizione avviene in ordine di polarità crescente (prima i composti meno polari meno affini alla fase stazionaria e poi via via quelli più trattenuti).

Cromatografia in fase inversa (RPC)

• FM: un solvente o una miscela di solventi poco polari o polari.
• FS: apolare. È ottenuta legando chimicamente una FS liquida apolare al supporto
• Supporto: silice (SiO₂) modificata chimicamente

Saranno trattenuti maggiormente i soluti non polari o poco polari: l’eluizione avviene in ordine di polarità decrescente (prima i composti più polari meno affini alla fase stazionaria e poi via via quelli più trattenuti).

Cromatografia liquido-solido

• FM: liquido
• FS: solido, ad esempio cellulosa, allumina (Al₂O₃), ma soprattutto silice (SiO₂)

La particella individuale di silice è una struttura porosa in cui gli atomi di silicio esposti all’esterno sono legati a gruppi OH (silanoli). Questo impartisce polarità alla silice. Si-OH Meccanismo: adsorbimento (le forze che legano i soluti alla superficie adsorbente possono essere varie, es. forze di natura elettrostatica, legame a idrogeno…). Particelle di silice con struttura porosa che viene attraversata da eluente e analiti.

Cromatografia a scambio ionico

• FM: soluzioni tampone
• FS: resina a scambi