Cromatografia su carta

Principi della cromatografia su carta

Tutti i tipi di cromatografia seguono lo stesso principio.

1. Si utilizzano due tipi di "fasi": la fase mobile e la fase stazionaria. Come suggeriscono i nomi stessi, la fase mobile indica il solvente che si muove sulla carta per sciogliere un campione di una miscela solubile. Il solvente trasporta la miscela su un solido chiamato fase stazionaria, che appunto non si muove.

2. Alcuni componenti della miscela vengono trasportati dal solvente verso l'alto più rapidamente di altri. I componenti che viaggiano più velocemente hanno una maggiore affinità con la fase mobile. Questa differenza di affinità ci aiuta a separare la miscela nelle sue parti ottenendo un cromatogramma.

3. Utilizziamo quindi le distanze percorse dai componenti per calcolare i valori Rf. Questi ci aiutano ad identificare i diversi componenti o analiti.

Vediamo ora cosa vogliono dire questi concetti in cromatografia su carta.

Fase stazionaria

Nella cromatografia su carta, la fase stazionaria è, come suggerisce il nome, la carta stessa. Tuttavia, la questione è un po' più complicata. La carta è fatta di cellulosa, un polimero del glucosio. Le fibre di cellulosa si legano al vapore acqueo presente nell'aria, insieme all'acqua presente al momento della produzione della carta. Si può pensare che la fase stazionaria sia una matrice complessa composta da acqua e carta, non solo dalla carta stessa.

Fase mobile

La fase stazionaria - la carta - viene posta all’interno di un becker parzialmente riempito di solvente. Quest’ultimo è la nostra fase mobile. Nella cromatografia su carta, in genere si utilizza un solvente non polare. Il solvente risale sulla carta, portando con sé i diversi componenti della miscela e separandoli in base alla loro diversa affinità.

Affinità relativa

Cosa determina la velocità con cui una sostanza percorre la carta? Tutto ciò ha a che fare con l'affinità relativa.

I componenti con maggiore affinità per la fase mobile si muoveranno più velocemente sulla carta rispetto a quelli con maggiore affinità per la fase stazionaria. Questo è perché sono più solubili nel solvente, vengono trasportati da quest’ultimo sulla carta percorrendo una distanza maggiore in un determinato periodo di tempo.

Analizziamo più da vicino le fasi mobili e stazionarie nella cromatografia su carta per capire perché alcuni componenti hanno una maggiore affinità con l'una o l'altra.

• Se i componenti della miscela sono polari o contengono gruppi chimici che possono formare legami a idrogeno, si legheranno più fortemente alla struttura polare cellulosa-acqua che al solvente non polare. Ciò significa che hanno una maggiore affinità con la fase stazionaria e saliranno più lentamente sulla carta. Questi componenti danno valori di Rf più bassi.
• Tuttavia, i componenti non polari si legano più fortemente al solvente non polare che alla carta polare. Sono più solubili. Pertanto, hanno una maggiore affinità con la fase mobile e salgono più rapidamente sulla carta. Questi componenti danno valori Rf più elevati.

Esperimento di cromatografia su carta

Basta con i dettagli tecnici: come si esegue effettivamente un esperimento di cromatografia su carta?

1. Tracciare una linea a matita lungo il fondo di un foglio di carta cromatografica.

2. Aggiungere una goccia della miscela che si desidera analizzare al centro della linea a matita.

3. Posizionare il foglio di carta in un becker riempito con poco volume del solvente scelto. Assicuratevi che il livello del solvente sia al di sotto della linea della matita.

4. Mettere un coperchio sul becker e lasciare che il solvente risalga sulla carta, portando con sé i componenti della miscela.

5. Quando il livello del solvente raggiunge quasi la parte superiore della carta, rimuovere la carta dal becker e segnare la posizione del solvente con un altro segno di matita. Il cromatogramma è ora pronto per essere analizzato.

Figura 1. Setup cromatografia su carta.

Alla fine dell'esperimento, dovresti avere una situazione simile:

Figura 2.La fine di un esperimento di cromatografia su carta.

Il punto di inchiostro è salito sulla carta separandosi in diverse “macchie”. Ogni punto rappresenta un diverso componente presente nella miscela originaria. Ogni componente percorre la carta ad una velocità diversa, a seconda della sua affinità relativa con la fase stazionaria e della sua affinità relativa con la fase mobile.

Ora possiamo utilizzare questi risultati per calcolare i valori di Rf per ciascun punto.

Calcolo dei valori Rf

All'inizio dell'articolo abbiamo parlato dei valori Rf. Si tratta di valori che indicano il rapporto tra la distanza percorsa da ciascun componente e la distanza totale percorsa dal solvente.

Esaminiamo il calcolo dei valori Rf per il cromatogramma mostrato in precedenza.

1. Misurare la distanza tra la linea della matita alla base della carta e una delle macchie colorate sul cromatogramma. Si tratta della distanza percorsa dal componente che ha prodotto quella macchia.
2. Misurare la distanza tra la linea della matita alla base e la linea della matita utilizzata per segnare dove è arrivato il solvente. Questa è la distanza percorsa dal solvente.
3. Dividere la distanza percorsa dal componente per la distanza percorsa dal solvente. Si ottiene così il valore Rf.
4. Ripetere l'operazione per tutti i punti colorati.

$\mathrm{Rf}\mathrm{value}=\frac{\mathrm{distance}\mathrm{travelled}\mathrm{by}\mathrm{solute}}{\mathrm{distance}\mathrm{travelled}\mathrm{by}\mathrm{solvent}}$

Figura 3. Calcolo dei valori Rf per un cromatogramma su carta. Si noti che il solvente è evaporato: ecco perché abbiamo tracciato una linea a matita per segnarne la posizione.

Calcoliamo il valore Rf per la macchia verde. La macchia verde ha percorso 3,0 cm mentre il solvente ha percorso 9,8 cm. Dividere 3,0 per 9,8 per ottenere la risposta:

$3.0÷9.8=0.306$

Tendiamo ad arrotondare i valori di Rf a due cifre decimali. Questo ci dà un valore Rf pari a 0,31.

Analisi dei cromatogrammi

I cromatogrammi forniscono due informazioni importanti: .

1. Il numero di diversi componenti nella nostra miscela di partenza.
2. L'identità di ciascun componente della nostra miscela di partenza

Numero di componenti diversi

Ricordiamo che ogni punto rappresenta un diverso componente presente nella miscela di soluti originale. Nell'esempio precedente, abbiamo tre diverse macchie sul cromatogramma. Sappiamo quindi che sono presenti tre diverse sostanze.

Identità di ciascun componente

Esistono due modi per identificare le sostanze in un cromatogramma. Prima di tutto, quando si imposta l'esperimento, si può aggiungere una piccola goccia di una sostanza nota, come ad esempio un particolare amminoacido o una molecola organica, sulla linea della matita al lato della nostra miscela da analizzare. Questa sostanza aggiunta, essendo nota funge da molecola di riferimento. Anche quest’ultima verrà trasportata sulla carta dal solvente, producendo una macchia visibile. Se una delle macchie della tua miscela corrisponde alla macchia della sostanza nota, sai che quella sostanza è presente nella vostra miscela.

Sembra un po' confusionario? Ecco come si presenta.

Figura 4.Identificazione dei componenti nella cromatografia su carta.

La macchia rossa a sinistra proviene da una sostanza nota. Una delle macchie prodotte dalla nostra miscela corrisponde esattamente a questa. Possiamo quindi dedurre che la miscela contiene questa sostanza nello specifico.

Ma c'è un altro modo per identificare i diversi componenti. Abbiamo già detto che, a condizione di mantenere le stesse condizioni, un particolare componente produrrà sempre lo stesso valore Rf. Diciamo che un particolare componente ha un valore Rf di 0,4. Se cerchiamo in un database, dovremmo essere in grado di trovare una sostanza che produce anch'essa un valore Rf di 0,4 nelle stesse condizioni - stessa fase mobile, fase stazionaria e temperatura. Se così fosse, abbiamo trovato la sostanza a partire dal database!

Vantaggi della cromatografia su carta

La cromatografia su carta è una tecnica relativamente semplice. Tuttavia, ha i suoi vantaggi.

• È economica e facile da eseguire, con un'impostazione più semplice rispetto ad altri tipi di cromatografia.
• Utilizza solo piccole quantità di miscela campione.
• Può analizzare composti organici e inorganici.

Tuttavia, rispetto ad altre tecniche cromatografiche come la gas cromatografia e la cromatografia su strato sottile, la cromatografia su carta è meno accurata. Questo è uno dei suoi principali svantaggi.

Applicazioni della cromatografia su carta

La cromatografia su carta non significa semplicemente realizzare disegni colorati, è molto di più. Ha una varietà di usi diversi, molti dei quali condivisi con altre tecniche cromatografiche. Queste includono:

• Separazione di miscele. All'inizio del XX secolo, ad esempio, la cromatografia su carta era ampiamente utilizzata per separare gli estratti di piante.
• Ottenere composti puri e rimuovere le impurità.
• Analisi dei farmaci.
• Analisi delle acque reflue.