Come funziona la cromatografia?

Pensa alla cromatografia come a una gara e “la troverai” molto più semplice di quanto sembri. In attesa sulla linea di partenza, hai una miscela di sostanze chimiche in un liquido o gas non identificato, proprio come un carico di corridori tutti mescolati e raggruppati insieme. Quando una gara inizia, i corridori presto si sparpagliano perché hanno delle differenze. Esattamente allo stesso modo , le sostanze chimiche contenute in qualcosa di simile a una miscela liquida si diffondono perché viaggiano a velocità diverse su un solido fermo. La cosa fondamentale da ricordare è che la cromatografia è un effetto di superficie.

Quando il liquido inizia a muoversi oltre il solido alcune delle sue molecole (cose energetiche che si muovono costantemente) vengono aspirate verso la superficie del solido e vi rimangono temporaneamente prima di essere tirate di nuovo nel liquido da cui provengono. Questo scambio di molecole tra la superficie del solido e il liquido è una specie di effetto adesivo o collante chiamato adsorbimento (con ad — non confonderlo con assorbimento, con ab, dove le molecole di una sostanza sono intrappolate permanentemente nel corpo di un’altra). Ora ricorda che il nostro liquido è in realtà una miscela di un bel po ‘di liquidi diversi. Ciascuno subisce un assorbimento in modo leggermente diverso e trascorre più o meno tempo sia nella fase solida che in quella liquida. Uno dei liquidi potrebbe trascorrere molto più a lungo nella fase solida che nel liquido, quindi viaggerebbe più lentamente sul solido; un altro potrebbe passare meno tempo nel solido e più nel liquido, quindi andrebbe un po ‘più veloce.Un altro modo di vederlo è pensare al liquido come una miscela di liquidi simili a colla, alcuni dei quali si attaccano di più al solido (e viaggia più lentamente) di altri. Questo è ciò che fa sì che i diversi liquidi all’interno della nostra miscela liquida originale si diffondano sul solido.

Illustrazione: Come funziona la cromatografia: qui la fase mobile è un liquido (blu) e la fase stazionaria è un solido (grigio). La molecola verde trascorre la maggior parte del tempo nel liquido, quindi si muove più velocemente. La molecola gialla trascorre più tempo sulla superficie del solido, quindi si muove più lentamente. La molecola rossa trascorre ancora più tempo sulla superficie solida, quindi si muove più lentamente.

Affinché la cromatografia funzioni efficacemente, abbiamo ovviamente bisogno che i componenti della fase mobile si separino il più possibile mentre si muovono oltre la fase stazionaria . Ecco perché la fase stazionaria è spesso qualcosa con un’ampia superficie, come un foglio di carta da filtro, un solido fatto di particelle finemente suddivise, un liquido depositato sulla superficie di un solido o qualche altro materiale altamente adsorbente.

Quali sono i diversi tipi di cromatografia?

Esistono molti modi diversi di utilizzare la cromatografia. Questi sono alcuni dei più noti:

Cromatografia su carta

Foto: semplice cromatografia su carta. Disegna alcune gocce di inchiostro su carta (le fibbie per bambini lavabili Crayola sono perfette), arrotola la carta in un cilindro e metterlo in un bicchiere da vino con poca acqua. Man mano che l’acqua si insinua sulla carta, i colori si separeranno nei loro componenti. Questa è la cromatografia in azione!

Questo è l’esperimento “macchia di inchiostro su carta” che fai spesso a scuola (anche l’effetto che abbiamo descritto all’inizio quando ti bagna le carte). In genere metti un punto di inchiostro vicino a un bordo di carta da filtro e poi appendere la carta verticalmente con il bordo inferiore (più vicino al punto) immerso in un solvente come alcool o acqua. L’azione capillare fa sì che il solvente viaggi lungo la carta, dove incontra e dissolve la vernice. l’inchiostro disciolto (la fase mobile) viaggia lentamente lungo la carta (la fase stazionaria) e si separa in diversi componenti, a volte questi sono colorati; a volte è necessario colorarli aggiungendo altre sostanze (chiamate sviluppatori o fluidi di sviluppo) che aiutano con l’identificazione.

Cromatografia su colonna

Invece di carta, la fase stazionaria è un barattolo di vetro verticale (la colonna) imballato con un solido altamente adsorbente, come cristalli di silice o gel di silice, o un solido ricoperto da un liquido La fase mobile gocciola (o viene pompato ad alta pressione) attraverso la colonna e si divide nei suoi componenti, che vengono poi rimossi e analizzati.

Ci sono alcune varianti, tra cui:

• Liquido- cromatografia su colonna, in cui la miscela in esame viene posta a un’estremità della colonna e viene versata una sostanza aggiuntiva chiamata eluente (a volte eluente di farro) per aiutarla a viaggiare attraverso.
• La cromatografia a film sottile è una variazione di questa tecnica in cui la “colonna” è in realtà una pellicola di vetro, plastica o metallo rivestita con uno strato molto sottile di materiale adsorbente.
• Cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC), dove la miscela viene forzata attraverso il colonna ad alta pressione (circa 400 volte la pressione atmosferica).È più veloce, più preciso e più sensibile.

Foto: cromatografia su colonna: prendi la tua colonna , contenente la fase stazionaria, e caricalo con il tuo campione in alto (grigio scuro). Man mano che si aggiunge l’eluente (solvente) al campione, si divide nei suoi componenti (diciamo che sono colorati di rosso, giallo e blu). Questi viaggiano a velocità diverse ed emergono uno alla volta in basso, dove è possibile raccoglierli in diversi contenitori.

Gascromatografia

Finora abbiamo considerato la cromatografia di liquidi che attraversano solidi, ma una delle tecniche più utilizzate è un tipo di cromatografia su colonna che utilizza gas come fase. La gascromatografia è un tipo di analisi chimica ampiamente automatizzata che puoi eseguire con un sofisticato dispositivo di laboratorio chiamato, non a caso, macchina gascromatografica.

Foto: la gascromatografia è in gran parte automatizzata, ma richiede comunque un operatore qualificato per lavorare su una di queste macchine. Foto per gentile concessione del NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Innanzitutto, un piccolo campione della miscela di sostanze studiate viene posto in una siringa e iniettato nella macchina. I componenti della miscela vengono riscaldati e evaporano istantaneamente. Successivamente, aggiungiamo un vettore (l’eluente), che è semplicemente un gas neutro come l’idrogeno o l’elio, progettato per aiutare i gas nel nostro campione a muoversi attraverso la colonna. In questo caso, la colonna è un sottile tubo di vetro o metallo solitamente riempito con un liquido che ha un alto punto di ebollizione (o talvolta un gel o un solido adsorbente). Mentre la miscela viaggia attraverso la colonna, viene adsorbita e si separa nei suoi componenti. Ciascun componente emerge a sua volta dall’estremità della colonna e si muove oltre un rilevatore elettronico (a volte uno spettrometro di massa), che lo identifica e stampa un picco su un Il grafico finale contiene una serie di picchi che corrispondono a tutte le sostanze nella miscela. La gascromatografia è talvolta chiamata cromatografia a fase vapore (VPC) o cromatografia di partizione gas-liquido (GLPC).