Cromatografia

Che cos'è la cromatografia?

Supponiamo di avere un inchiostro viola intenso. Sebbene possa sembrare che contenga un solo colore, con la cromatografia possiamo dividerlo in tutti i suoi diversi pigmenti: blu, rossi, forse alcuni gialli e verdi. Questo è solo un esempio di cromatografia ed in questo caso, viene utilizzata per separare una miscela. Tuttavia, la cromatografia può essere utilizzata anche per analizzare le miscele, ad esempio per identificare i principi attivi di un farmaco e/o i prodotti di una reazione.

Il metodo della cromatografia

Esistono diversi tipi di cromatografia ed ogni tipo è caratterizzato da un processo leggermente diverso. Tuttavia, il metodo generale rimane lo stesso. La cromatografia prevede le seguenti fasi:

• Prendere una miscela solubile, nota come soluto.
• Aggiungere una piccola quantità di soluto a un mezzo statico solido, liquido o gassoso. Questo mezzo statico è noto come fase stazionaria.
• Aggiungere un solvente. Questa fase è nota come fase mobile.
• Il solvente è in grado di sciogliere il soluto e di trasportarlo attraverso la fase stazionaria.
• I diversi componenti della miscela attraversano la fase stazionaria a velocità diverse. Per questo motivo, si separano in macchie o bande chiare e distinte, che possono essere visualizzate su un cromatogramma.
• I diversi componenti della miscela attraversano la fase stazionaria a velocità diverse. Per questo motivo, si separano in macchie o bande chiare e distinte, che possono essere visualizzate su un cromatogramma.

Una delle forme più semplici di cromatografia è la cromatografia su carta. È molto probabile che l'abbiate già vista in qualche esperiento a scuola. Ecco come si presenta il tipico setup per la cromatografia su carta:

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Principi della cromatografia

In precedenza abbiamo introdotto alcune parole chiave, in particolare fase stazionaria, fase mobile e cromatogramma. Questi sono alcuni dei principi fondamentali della cromatografia. Ora analizziamo il loro significato.

Fase stazionaria

La fase stazionaria è, come suggerisce il nome stesso, ben ferma. Non si muove. Ne sono un esempio la carta e la polvere di silice.

Fase mobile

A differenza della fase stazionaria, la fase mobile si muove. È un solvente che scioglie il soluto che si vuole analizzare o separare e lo trasporta attraverso la fase stazionaria.

Cromatogramma

Una volta terminata la cromatografia, la miscela si sarà separata sulla fase stazionaria in diverse macchie o bande. Il residuo della fase stazionaria, completo di tutte le macchie, è chiamato cromatogramma.

Ad esempio, nella cromatografia su carta, la fase stazionaria è un foglio di carta. Una volta terminato l'esperimento, il cromatogramma è la carta con la disposizione finale dei diversi punti.

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Concentriamoci su due nuovi termini: affinità relativa e fattore di ritenzione.

Affinità relativa

I componenti della miscela si muovono a velocità diverse attraverso la fase stazionaria. Ciò dipende dalla loro affinità relativa alle due fasi.

Le componenti che presentano una maggiore attrazione per la fase stazionaria, hanno una maggiore affinità con la fase stazionaria. Sono quindi meno solubili nel solvente e sono più attratti dal mezzo statico. La fase mobile non può trasportarli con la stessa facilità: ciò significa che i componenti si muovono più lentamente attraverso la fase stazionaria.

Al contrario, le componenti che presentano una maggiore attrazione per la fase mobile, hanno una maggiore affinità con la fase mobile. Sono più solubili nel solvente e meno attratti dal mezzo statico. La fase mobile li trasporta facilmente, pertanto, queste componenti viaggiano più rapidamente attraverso la fase stazionaria.

A cosa sono dovute queste diverse affinità relative? Come abbiamo detto, tutto ha a che fare con l'attrazione per le due fasi.

Supponiamo che la fase stazionaria sia costituita da una molecola polare. Ciò significa che essa sperimenta forze dipolo-dipolo permanenti tra sé e gli altri componenti polari della miscela di partenza. D'altra parte, in genere si usa un solvente non polare. Ciò significa che ci saranno solo le forze deboli di Van der Waals tra il solvente e le componenti. Le componenti polari sono attratte più fortemente tra loro e la fase stazionaria, piuttosto che tra loro e la fase mobile. Essendo più attratte dalla fase stazionaria, e meno solubili nel solvente, possiamo affermare che hanno una maggiore affinità con la fase stazionaria.

Fattori di ritenzione

Ora sappiamo che le diverse componenti viaggiano a velocità diverse attraverso la fase stazionaria a causa della loro affinità relativa ai due stadi. Ciò significa che in un determinato periodo di tempo, ciascuna di esse, percorrerà distanze diverse. Questo fenomeno è facilmente visibile perché si presentano come macchie chiare e distinte.

Il rapporto tra la distanza percorsa da ciascun punto e la distanza totale percorsa dal solvente, viene utilizzata per calcolare il cosiddetto fattore di ritenzione o valore Rf.

I valori Rf sono importanti perché ci aiutano a identificare le componenti. Un particolare componente ha sempre lo stesso valore Rf in presenza di determinate condizioni, ovvero, se la temperatura, la fase mobile e la fase stazionaria sono esattamente gli stessi. Se calcoliamo il valore Rf di una particolare componente, possiamo confrontarlo con i valori presenti in un database per risalire all'identità di questa sostanza sconosciuta.

Per trovare i valori Rf, è necessario dividere la distanza percorsa da ciascun componente per la distanza totale percorsa dal solvente.

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Nell'esempio sopra riportato, la macchia blu ha percorso 7,4 cm e il solvente 9,8 cm. Per calcolare il valore Rf, si utilizza la seguente equazione:

$7.4÷9.8=0.755=0.76$

I valori Rf non hanno unità e sono generalmente indicati con due cifre decimali.

Ora che conosci le affinità relative, potresti prevedere come variano i valori di Rf tra le componenti?

• Le componenti con una maggiore affinità per la fase stazionaria viaggiano più lentamente attraverso il mezzo. Si muovono meno in un determinato periodo di tempo e quindi hanno un fattore di ritenzione più basso.
• Le componenti con una maggiore affinità per la fase mobile si muovono più rapidamente attraverso il mezzo. Si spostano più lontano in un determinato periodo di tempo e quindi hanno un fattore di ritenzione più elevato.

Tipi di cromatografia

Esistono diversi tipi di cromatografia. Si differenziano per le fasi mobili e stazionarie e per i metodi, ma tutti seguono i principi sopra descritti. Si distinguono in:

• Cromatografia su strato sottile (TLC).
• Cromatografia su carta.
• Gascromatografia.
• Cromatografia su colonna.
• Cromatografia di partizione.
• Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC).

E tante altre ancora.

Tabella riassuntiva per confrontare facilmente i diversi tipi di cromatografia.

Applicazioni della cromatografia

Abbiamo già parlato di alcuni usi della cromatografia come ad esempio, il suo utilizzo per l'analisi delle acque reflue. Tuttavia, ha un’ampia gamma di applicazioni diverse. Tra queste vi sono:

• Rilevazione di droghe nelle urine.
• Analisi dei metaboliti nei fluidi corporei.
• Estrazione di pigmenti da estratti vegetali.
• Isolamento dei principi attivi dei farmaci.
• Purificazione di composti.
• Separazione di miscele di proteine, aminoacidi o nucleotidi.
• Controllo di qualità delle bevande alcoliche