LABORATORIO DI CHIMICA IILABORATORIO DI CHIMICA IILABORATORIO DI CHIMICA II

DocenteDocente Prof. A. NacciProf. A. Nacci

Testo cons.Testo cons. ““ Il laboratorio di ChimicaIl laboratorio di Chimica ””

AutoriAutori Consiglio Consiglio –– FrennaFrenna ––OrecchioOrecchio

EditoreEditore EdiSESEdiSES

TECNICHE DI SEPARAZIONE E TECNICHE DI SEPARAZIONE E

PURIFICAZIONEPURIFICAZIONE

TECNICA SOSTANZE TIPOLOGIA

DECANTAZIONE

FILTRAZIONE

CENTRIFUGAZIONE

[Separazione di[Separazione disolidi da liquidisolidi da liquidi ]]

CRISTALLIZZAZIONE

DISTILLAZIONE

[miscele di solidi][miscele di solidi]

[miscele di [miscele di liquidiliquidi ]]

CRISTALLIZZAZIONE

DISTILLAZIONE

semplice

frazionata

a pressione ridotta

in corrente di vapore

SUBLIMAZIONE

222

TECNICA SOSTANZE TIPOLOGIA

ESTRAZIONE [miscele di solidi,[miscele di solidi,liquidi e gasliquidi e gas ]]

ELETTROFORESI

[miscele di amminoacidi,[miscele di amminoacidi,proteine e sostanza proteine e sostanza ionizzabiliionizzabili ]]

CROMATOGRAFIA

[miscele di[miscele disolidi, liquidisolidi, liquidie gase gas ]]

Colonna, HPLC, TLC

gas-cromatografia

di adsorbimento

di ripartizione

gel filtrazione

scambio ionico

di ripartizione

Liquido-liquido

Solido-liquido

333

FILTRAZIONEFILTRAZIONE

TECNICA DI SEPARAZIONE DI UNA FASE SOLIDA DA TECNICA DI SEPARAZIONE DI UNA FASE SOLIDA DA UNA FASE LIQUIDA IN UN SISTEMA ETEROGENEO. UNA FASE LIQUIDA IN UN SISTEMA ETEROGENEO.

EE’’ realizzata mediante lrealizzata mediante l’’impiego di un diaframma poroso, detto filtro, impiego di un diaframma poroso, detto filtro, capace di trattenere la fase solida lasciando passare la fase licapace di trattenere la fase solida lasciando passare la fase liquida.quida.

444

filtrazione per gravità filtrazione per aspirazione

vuotoBüchner

555

TECNICA DI SEPARAZIONE DEI COMPONENTI DI UN TECNICA DI SEPARAZIONE DEI COMPONENTI DI UN SISTEMA ETEROGENEO PER EFFETTO DELLA FORZA SISTEMA ETEROGENEO PER EFFETTO DELLA FORZA CENTRIFUGA CHE AGISCE SU UN CORPO ROTANTE.CENTRIFUGA CHE AGISCE SU UN CORPO ROTANTE.

CENTRIFUGAZIONECENTRIFUGAZIONE

centrifuga

Forza che agisce sulle particelle Forza che agisce sulle particelle solidesolide

F= FF= F11 –– FF22 = (m= (m11 –– mm22) ) ωωωωωωωω22 rr

FF11 = forza agente sul solido= forza agente sul solidoFF22 = spinta di Archimede= spinta di Archimedemm11 = massa del solido= massa del solidomm22 = massa del liquido spostato= massa del liquido spostatoω ω = velocit= velocitàà angolareangolarer = raggio della centrifugar = raggio della centrifuga

separazione solo se mseparazione solo se m 11 > m> m22

CRISTALLIZZAZIONECRISTALLIZZAZIONE

TECNICA DI SEPARAZIONE E PURIFICAZIONE DI SOSTANZE TECNICA DI SEPARAZIONE E PURIFICAZIONE DI SOSTANZE SOLIDE. ESOLIDE. E’’ BASATA SULLA DIVERSA SOLUBILITABASATA SULLA DIVERSA SOLUBILITA ’’ , IN UN , IN UN DETERMINATO SOLVENTE O MISCELA DI SOLVENTI, DEL DETERMINATO SOLVENTE O MISCELA DI SOLVENTI, DEL COMPOSTO DA PURIFICARE RISPETTO ALLE IMPUREZZE.COMPOSTO DA PURIFICARE RISPETTO ALLE IMPUREZZE.

666

�� Consiste nello Consiste nello scioglieresciogliere la sostanza impura in un la sostanza impura in un adatto adatto solventesolvente riscaldato riscaldato alIalI ‘‘ebollizioneebollizione e nel e nel raffreddare raffreddare lentamentelentamente la soluzione ottenuta dopo avere eliminato per la soluzione ottenuta dopo avere eliminato per filtrazione le impuritfiltrazione le impuritàà insolubili.insolubili.

�� Il Il solvente solvente èè sceltoscelto in modo che il composto da purificare in modo che il composto da purificare sia sia poco solubile a freddopoco solubile a freddo ..

�� Ovviamente le Ovviamente le impuritimpurit àà presenti devono essere o presenti devono essere o insolubiliinsolubilia a qualunque temperaturaqualunque temperatura o molto solubili anche a freddo.o molto solubili anche a freddo.

�� Se il Se il raffreddamentoraffreddamento della soluzione viene condotto della soluzione viene condotto lentamentelentamente la cristallizzazione inizia con la formazione la cristallizzazione inizia con la formazione iniziale di un iniziale di un germe cristallinogerme cristallino che si ingrossa lentamente. che si ingrossa lentamente.

�� la la solubilitsolubilit àà delle impuritdelle impurit àà deve deve essere diversa da quella delle essere diversa da quella delle sostanzesostanze da purificare. Il da purificare. Il solvente solvente miglioremigliore èè quello in cui la sostanza da quello in cui la sostanza da purificare purificare èè molto solubile a caldo e molto solubile a caldo e poco a freddopoco a freddo , e nel quale le impurit, e nel quale le impuritààsono solubili a tutte le temperature o sono solubili a tutte le temperature o del tutto insolubili;del tutto insolubili;

�� si devono ottenere si devono ottenere cristalli ben cristalli ben formatiformati del composto puro;del composto puro;

�� si devono si devono evitareevitare , per quanto , per quanto possibile, i solventi troppo possibile, i solventi troppo infiammabiliinfiammabili e quelli e quelli molto volatilimolto volatili ;;

�� il solvente il solvente non deve alterare non deve alterare chimicamentechimicamente la sostanza. la sostanza.

��Nella scelta si segue il criterio Nella scelta si segue il criterio empirico empirico ““il simile scioglie il simileil simile scioglie il simile ””..

Scelta del solvente di cristallizzazione 777

DISTILLAZIONEDISTILLAZIONETecnica di separazione di liquidi basata sulla diff erenza del puTecnica di separazione di liquidi basata sulla diff erenza del pu nto nto di ebollizione dei componenti della miscela. La tec nica cdi ebollizione dei componenti della miscela. La tec nica c onsiste onsiste nella vaporizzazione della miscela, nella condensaz ione dei vaponella vaporizzazione della miscela, nella condensaz ione dei vapo ri ri e nella loro raccolta in un recipiente separato.e nella loro raccolta in un recipiente separato.

TIPI DI DISTILLAZIONETIPI DI DISTILLAZIONE ::

��Distillazione semplice (a pressione ordinaria)Distillazione semplice (a pressione ordinaria) : permette di separare due liquidi miscibili con punti di ebollizione che a pressione atmosferica siano al di sotto di 150°C e che differiscono di almeno 2 5°C . Viene usata anche per separare liquidi basso bollenti da impurezze nonvolatili.

��Distillazione frazionataDistillazione frazionata : consiste nella separazione di due o più liquidi miscibili cui temperature di ebollizione differiscono meno di 25°C .

��Distillazione a pressione ridottaDistillazione a pressione ridotta : permette di separare due liquidi miscibili con punti di ebollizione che a pressione atmosferica siano al di sopra di 150°C e che differiscono di almeno 25°C . Viene usata anche per separare liquidi alto bollenti da impurità non volatili.

��Distillazione in corrente di vaporeDistillazione in corrente di vapore : permette l'isolamento o la purificazione di liquidi termolabili o altobollenti immiscibili con acqua.

888

Distillazione a pressione ordinaria: Apparecchiatur aDistillazione a pressione ordinaria: Apparecchiatur a

termometrotermometro

testa ditesta didistillazionedistillazione

caldaiacaldaia

refrigeranterefrigerante

calorecalore

raccordoraccordo

recipiente direcipiente diraccoltaraccolta

del distillatodel distillato

miscela da miscela da separareseparare

Usata per liquidi con Usata per liquidi con TebTeb < 150 < 150 °°C e C e ∆∆∆∆∆∆∆∆TTebeb..> 25 > 25 °°C. C. Il liquido piIl liquido piùù volatile vaporizzervolatile vaporizzeràà per primo e sarper primo e sarààseparato nel recipiente di raccolta.separato nel recipiente di raccolta.

999

uscita peruscita peril vuotoil vuoto

colonna dicolonna difrazionamentofrazionamento

maggiore efficienzamaggiore efficienza∆∆TTebeb.. < 25 < 25 °°cc

distillazione frazionatadistillazione frazionata

ESTRAZIONE CON SOLVENTEESTRAZIONE CON SOLVENTE

TECNICA DI SEPARAZIONE BASATA SUL TRASFERIMENTO TECNICA DI SEPARAZIONE BASATA SUL TRASFERIMENTO SELETTIVO DI UNO O PISELETTIVO DI UNO O PIÙÙ COMPONENTI DI UNA MISCELA SOLIDA, COMPONENTI DI UNA MISCELA SOLIDA, LIQUIDA O GASSOSA DA UN SOLVENTE AD UN ALTRO SOLVEN TE LIQUIDA O GASSOSA DA UN SOLVENTE AD UN ALTRO SOLVEN TE IMMISCIBILE CON IL PRIMO.IMMISCIBILE CON IL PRIMO.

� La tecnica consiste nel trattare il campione in esametrattare il campione in esame con un solvente, generalmente organicoorganico , nel quale la solubilità del composto desiderato è nettamente superiore rispetto a quella degli altri componenti della miscela.

� Tecnica molto usata in Chimica AnaliticaChimica Analitica , per l’analisi di campioni reali dove è necessario separare parzialmente o completamente l’analita indagato dai componenti interferenti del campione.

� Usata anche Chimica OrganicaChimica Organica per isolare molti prodotti naturali presenti in tessuti animali e vegetali ad alto contenuto di acqua e per recuperare prodotti preziosi, ottenuti per sintesi, da soluzioni, generalmente acquose, contenenti sottoprodotti indesiderati.

101010

��Consideriamo un sistema chiuso costituito da un soluto (es. fenoConsideriamo un sistema chiuso costituito da un soluto (es. fenolo) e da lo) e da due liquidi A e B due liquidi A e B IMMISCIBILIIMMISCIBILI tra loro e tra loro e CHIMICAMENTE INERTICHIMICAMENTE INERTI verso il verso il soluto. Se uno dei due liquidi, per esempio B, soluto. Se uno dei due liquidi, per esempio B, èè costituito da una soluzione costituito da una soluzione acquosa mentre lacquosa mentre l’’altro altro èè costituito da un solvente organico puro (per costituito da un solvente organico puro (per esempio etere etilico Etesempio etere etilico Et22O), si verificherO), si verificheràà un graduale passaggio di soluto un graduale passaggio di soluto dalla fase B alla fase A fino al raggiungimento di una situaziondalla fase B alla fase A fino al raggiungimento di una situazione di e di EQUILIBRIOEQUILIBRIO..

Legge di ripartizioneLegge di ripartizione111111

Et2O + soluto fase Afase A(fase estraente)(fase estraente)

fase Bfase B(fase di origine)(fase di origine)

121212

��Il fenomeno si chiama Il fenomeno si chiama RIPARTIZIONERIPARTIZIONE ed ed èè regolato regolato dalla dalla LEGGE DI NERNSTLEGGE DI NERNST..

COSTANTE DI RIPARTIZIONECOSTANTE DI RIPARTIZIONE(o coefficiente di ripartizione:(o coefficiente di ripartizione:dipende dalla temperaturadipende dalla temperatura

e dalla coppia di solventi A e B)e dalla coppia di solventi A e B)

K = CA

CB

Legge di NERNSTLegge di NERNST

ISOTERME DI RIPARTIZIONE (ISOTERME DI RIPARTIZIONE (K= coefficiente angolareK= coefficiente angolare ) )

Per determinare il valore di K Per determinare il valore di K èè necessario costruire lnecessario costruire l’’isoterma di isoterma di ripartizione (ad una data T).ripartizione (ad una data T).

K > 1K > 1

K < 1K < 1

K = 1K = 1

•• In generale, lIn generale, l’’estrazione estrazione sarsaràà tanto pitanto piùù facile facile quanto piquanto piùù K > 1K > 1..

•• Per K < 100 una sola Per K < 100 una sola estrazione non sarestrazione non sarààsufficiente.sufficiente.

131313

CARATTERISTICHE SOLVENTE DI ESTRAZIONE:CARATTERISTICHE SOLVENTE DI ESTRAZIONE:

�� Deve essere Deve essere IMMISCIBILEIMMISCIBILE con la fase di origine;con la fase di origine;

�� Deve essere facilmente Deve essere facilmente ALLONTANABILEALLONTANABILE (volatile);(volatile);

�� Deve avere una Deve avere una DENSITDENSITÀÀ diversa dalla fase di origine. diversa dalla fase di origine.

�� Deve permettere unDeve permettere un’’estrazione estrazione SELETTIVA:SELETTIVA:Nel caso in cui le sostanze da separare dalla fase di origine siNel caso in cui le sostanze da separare dalla fase di origine siano piano piùù di di una, ad esempio due, e si voglia separarle per estrazione, una, ad esempio due, e si voglia separarle per estrazione, èè necessario necessario che i due coefficienti di ripartizione Kche i due coefficienti di ripartizione K11 e Ke K22 siano molto diversi tra loro. siano molto diversi tra loro. In altri termini il In altri termini il coefficiente di separabilitcoefficiente di separabilitàà ββββββββ deve essere molto diverso deve essere molto diverso da 1da 1..

�� I solventi I solventi estraentiestraenti pipiùù usati sono:usati sono:

a)a) Etere etilico, etere di petrolio, acetato di etile e benzene (meEtere etilico, etere di petrolio, acetato di etile e benzene (meno densi no densi delldell’’acqua)acqua)

b)b) Cloroformio, Cloroformio, diclorometanodiclorometano, tetracloruro di carbonio (pi, tetracloruro di carbonio (piùù densi densi dell'acqua).dell'acqua).

ββββ = KK11

KK22

coefficiente di coefficiente di separabilitseparabilitàà

se se ββββββββ = 1 non si può separare la = 1 non si può separare la miscela mediante estrazione miscela mediante estrazione

141414

TIPI DI ESTRAZIONE: CONTINUA E DISCONTINUATIPI DI ESTRAZIONE: CONTINUA E DISCONTINUA

L'estrazione di una o piL'estrazione di una o piùù sostanze da una matrice può essere realizzata sostanze da una matrice può essere realizzata in due modi diversi a seconda del coefficiente di ripartizione.in due modi diversi a seconda del coefficiente di ripartizione.

��SE K SE K ÈÈ ELEVATOELEVATO, l'estrazione si effettua con un procedimento , l'estrazione si effettua con un procedimento discontinuo che consiste nel trattare la soluzione o la sospensidiscontinuo che consiste nel trattare la soluzione o la sospensione da one da estrarre, due o tre volte, con piccole porzioni di solvente estrestrarre, due o tre volte, con piccole porzioni di solvente estraente in un aente in un apparecchio chiamato apparecchio chiamato IMBUTO SEPARATOREIMBUTO SEPARATORE,, costituito da un costituito da un pallone di vetro provvisto di tappo a smeriglio nella parte supepallone di vetro provvisto di tappo a smeriglio nella parte superiore e di riore e di rubinetto di erogazione nella parte inferiore.rubinetto di erogazione nella parte inferiore.

��SE K SE K ÈÈ BASSOBASSO, si ricorre di solito a processi continui che consentono , si ricorre di solito a processi continui che consentono di evitare I'uso di grandi quantitdi evitare I'uso di grandi quantitàà di solvente. In questo tipo di di solvente. In questo tipo di estrazione, detta anche estrazione, detta anche PERFORAZIONEPERFORAZIONE (o percolazione), si adopera (o percolazione), si adopera un apparecchio che fa in modo che la soluzione venga ripetutamenun apparecchio che fa in modo che la soluzione venga ripetutamente a te a contatto con porzioni fresche di solvente. contatto con porzioni fresche di solvente.

151515

ESTRAZIONE DISCONTINUA (K elevato):ESTRAZIONE DISCONTINUA (K elevato):IMBUTO SEPARATOREIMBUTO SEPARATORE

161616

ESTRAZIONE CONTINUA (K basso): PERFORATORIESTRAZIONE CONTINUA (K basso): PERFORATORI

EstrazioneEstrazioneLiquido Liquido -- liquidoliquido

171717

KD =

CROMATOGRAFIACROMATOGRAFIA

TECNICA DI SEPARAZIONE DI MISCELE OMOGENEE BASATA S ULLA TECNICA DI SEPARAZIONE DI MISCELE OMOGENEE BASATA S ULLA DIFFERENTE DISTRIBUZIONEDIFFERENTE DISTRIBUZIONE DEI COMPONENTI DA SEPARARE TRA DEI COMPONENTI DA SEPARARE TRA DUE FASI IMMISCIBILIDUE FASI IMMISCIBILI ; UNA DI ESSE, DEFINITA FISSA O ; UNA DI ESSE, DEFINITA FISSA O STAZIONARIASTAZIONARIA (FS), (FS), ÈÈ COSTITUITA DA UN LETTO ATTRAVERSO IL COSTITUITA DA UN LETTO ATTRAVERSO IL QUALE SI MUOVE LQUALE SI MUOVE L ’’ALTRA FASEALTRA FASE CHE CHE ÈÈ DEFINITA DEFINITA MOBILEMOBILE (FM).(FM).

XXFMFMCFM

CFSXXFSFSCostante diCostante di

distribuzionedistribuzione

181818

La tecnica si esegue ponendo la miscela da separare ad un’estremitàdella fase stazionaria e nel far scorrere attraverso di essa la fase mobile. Il risultato è la separazione dei componenti della miscela a causa della loro differente distribuzione tra le due fasi.Come nel caso dell’estrazione ciascun componente X della miscela si distribuisce fino al raggiungimento dell’equilibrio:

ABC

A

A B C A B C

B C>KD KD KD>

A B C

LL’’equilibrio di distribuzione equilibrio di distribuzione èè dinamicodinamico , cio, cio èè si ha un continuo si ha un continuo trasferimento delle sostanze dalla fase stazionaria alla fase motrasferimento delle sostanze dalla fase stazionaria alla fase mo bile e bile e viceversa; viceversa; come conseguenza di questi ripetuti processi le sos tanzecome conseguenza di questi ripetuti processi le sos tanzemigranomigrano quando si trovano nella fase mobile quando si trovano nella fase mobile non migranonon migrano quando si trovano nella fase stazionariaquando si trovano nella fase stazionaria

La velocitLa velocit àà di spostamento dipenderdi spostamento dipender àà dalla differenza delle dalla differenza delle costanti di costanti di distribuzione Kdistribuzione K DD delle sostanze per le due fasidelle sostanze per le due fasi ..

estremitestremit àà della della fase fissa fase fissa

(deposizione)(deposizione)

letto di fase letto di fase fissafissa

fase mobilefase mobile

direzione della fase direzione della fase mobilemobile 191919

Classificazione delle tecniche Classificazione delle tecniche cromatografichecromatografiche

Le tecniche Le tecniche cromatografichecromatografiche possono essere classificate sulla possono essere classificate sulla base dei seguenti criteri:base dei seguenti criteri:

1.1. FASE STAZIONARIA;FASE STAZIONARIA;

2.2. FASE MOBILE;FASE MOBILE;

3.3. FENOMENO ALLA BASE DELLA SEPARAZIONE;FENOMENO ALLA BASE DELLA SEPARAZIONE;

4.4. POLARITAPOLARITA ’’ DELLA FASE STAZIONARIA E DELLA FASE DELLA FASE STAZIONARIA E DELLA FASE MOBILE.MOBILE.

202020

1. LA FASE STAZIONARIA1. LA FASE STAZIONARIA•• SOLIDOSOLIDO•• LIQUIDOLIQUIDO

CromatogrCromatogr . . ADSORBIMENTOADSORBIMENTO

CromatogrCromatogr . . RIPARTIZIONERIPARTIZIONE

Fase stazionaria solidaFase stazionaria solida

A B C

A

B

C

FM

lastrinalastrina(vetro o (vetro o allumallum .).)

A B C

F S

A

B

C

F M

212121

colonnadi vetro

macchiamacchiadelldell ’’analitaanalita

bandebandedegli degli analitianaliti

Cromatografia su strato sottileCromatografia su strato sottile

TLCTLC(la fase mobile si muove per

Capillarità)

miscelamiscela

Cromatografia su COLONNACromatografia su COLONNA

(la fase mobile si muove pergravità)

miscelamiscela

2. LA FASE MOBILE2. LA FASE MOBILE

3. FENOMENO ALLA BASE DELLA SEPARAZIONE3. FENOMENO ALLA BASE DELLA SEPARAZIONE

a)a) Cromatografia di Cromatografia di adsorbimentoadsorbimento ::b)b) Cromatografia di ripartizione:Cromatografia di ripartizione:c)c) Cromatografia a scambio ionico:Cromatografia a scambio ionico:d)d) Cromatografia ad esclusione dimensionale:Cromatografia ad esclusione dimensionale:

222222

a)a) CROMATOGRAFIA DI ADSORBIMENTO (CROMATOGRAFIA DI ADSORBIMENTO ( colonna, TLCcolonna, TLC ))la fase stazionaria la fase stazionaria èè un un solido adsorbentesolido adsorbente e la separazione e la separazione èè basata su un basata su un susseguirsi di stadi di susseguirsi di stadi di adsorbimentoadsorbimento e e desorbimentodesorbimento;;

Adsorbimento : la capacitla capacitàà di alcuni solidi porosi e finemente suddivisi di tener di alcuni solidi porosi e finemente suddivisi di tener legate molecole di soluto sulla loro superficie.legate molecole di soluto sulla loro superficie.

Adsorbenti : GEL DI SILICE (SiO 2) ed ALLUMINA (Al 2O3)Si preparano rispettivamente per trattamento del silicato di sodSi preparano rispettivamente per trattamento del silicato di sodio con HCl e per io con HCl e per

disidratazione delldisidratazione dell’’idrossido di alluminio.idrossido di alluminio.

KD =CFM

CFS Costante diCostante didistribuzionedistribuzioneregolata dallaregolata dalla

silicato di sodio Acido silicico(gel di silice)

allumina

232323

I legami degli analiti con l ’adsorbente :

Composti non polari: 1) forze di Composti non polari: 1) forze di VanVan derder WaalsWaals..Composti polari: 1) forze dipoloComposti polari: 1) forze dipolo--dipolo, 2) legami di idrogeno.dipolo, 2) legami di idrogeno.

QUANTO PIU E POLARE IL GRUPPO FUNZIONALE QUANTO PIU E POLARE IL GRUPPO FUNZIONALE TANTO PIU SARTANTO PIU SAR ÀÀ TRATTENUTO SULL' ALLUMINA E SUL TRATTENUTO SULL' ALLUMINA E SUL GEL DI SILICE.GEL DI SILICE.

forze dipoloforze dipolo --dipolodipolo(composti polari)(composti polari)

legami idrogenolegami idrogeno(composti ossidrilici)(composti ossidrilici)

242424

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ--

δδδδδδδδ++

δδδδδδδδ++δδδδδδδδ++

ORDINE DI ELUIZIONE DEI PIORDINE DI ELUIZIONE DEI PIÙÙ COMUNI COMPOSTI ORGANICI:COMUNI COMPOSTI ORGANICI:

< acidi < acidi

La forza dellLa forza dell ’’eluente dipende dalla sua polariteluente dipende dalla sua polarit àà..

Esano < etere di petrolio < benzeneEsano < etere di petrolio < benzene< etere etilico < acetato di etile < acetone < etere etilico < acetato di etile < acetone

< etanolo < metanolo < acqua< etanolo < metanolo < acqua

252525

poco ritenuti:eluiti per primi

molto ritenuti:eluiti per ultimi

poco polare:scarsa forza eluente

molto polare:elevata forza eluente

b) b) CROMATOGRAFIA DI CROMATOGRAFIA DI RIPARTIZIONERIPARTIZIONE ((GascromatografiaGascromatografia , carta, carta ))

La fase stazionaria La fase stazionaria èè un liquidoun liquido adsorbito su un solido inerteadsorbito su un solido inerteLa fase mobile La fase mobile èè un liquidoun liquido (oppure un gas).(oppure un gas).Si tratta quindi di unSi tratta quindi di un’’applicazione del principio di ripartizione di una sostanza applicazione del principio di ripartizione di una sostanza tra due fasi liquide analogamente a quanto si verifica per ltra due fasi liquide analogamente a quanto si verifica per l’’estrazione con estrazione con solvente.solvente.

COSTANTE DI RIPARTIZIONECOSTANTE DI RIPARTIZIONEK = CA

CB

regolata dallaregolata dalla

Supporti solidiSupporti solidi: gel di silice, farina fossile o cellulosa: gel di silice, farina fossile o cellulosa

262626

c) Cromatografia a scambio ionicoUsata per separare miscele di composti di tipo ioni co o ionizzabUsata per separare miscele di composti di tipo ioni co o ionizzab ili.ili.La fase stazionaria La fase stazionaria èè costituita da costituita da polimeri reticolatipolimeri reticolati , insolubili in acqua e nei , insolubili in acqua e nei comuni solventi organici, contenenti comuni solventi organici, contenenti gruppi gruppi anionicianionici o o cationicicationici ..La fase mobile La fase mobile èè costituita da un costituita da un tampone acquosotampone acquoso avente un avente un pHpH regolabile.regolabile.Le resine vengono distinte in Le resine vengono distinte in scambiatrici di cationiscambiatrici di cationi e resine e resine scambiatrici di scambiatrici di anionianioni ..I gruppi ionici piI gruppi ionici piùù comuni presenti sulle resine sono il comuni presenti sulle resine sono il gruppo gruppo solfonicosolfonico (Res(Res-- = = RSORSO33

--) per le resine a scambio ) per le resine a scambio cationicocationico e quello e quello ammonicoammonico (Res(Res++= RNH= RNH33++) )

per quelle a scambio per quelle a scambio anionicoanionico..Il catione inizialmente presente sulle prime Il catione inizialmente presente sulle prime èè lo ione lo ione HH++, mentre sulle seconde , mentre sulle seconde èèlo ione Cllo ione Cl--. . Gli equilibri di scambioGli equilibri di scambio sono:sono:

272727

d) d) Cromatografia ad esclusione dimensionaleCromatografia ad esclusione dimensionale(o gel (o gel permeazionepermeazione ))

Le sostanze sono separate in Le sostanze sono separate in base alla loro base alla loro dimensione dimensione molecolaremolecolare sfruttando la loro sfruttando la loro capacitcapacitàà di penetrare in una di penetrare in una struttura porosa.struttura porosa.La fase stazionaria La fase stazionaria èècostituita da un costituita da un polimero polimero reticolatoreticolato che si gonfia al che si gonfia al passaggio della fase mobile passaggio della fase mobile formando pori di dimensioni formando pori di dimensioni opportune.opportune.Le molecole di Le molecole di dimensioni dimensioni pipi ùù piccole entrano nei poripiccole entrano nei pori , , mentre quelle pimentre quelle piùù grandi grandi seguono la fase mobile seguono la fase mobile (vengono escluse).(vengono escluse).Le molecole emergeranno Le molecole emergeranno dalla colonna in un dalla colonna in un tempo tempo inversamente proporzionaleinversamente proporzionalealle loro dimensioni.alle loro dimensioni.

282828

4) 4) POLARITAPOLARITA ’’ DELLA FASE STAZIONARIA E DELLA DELLA FASE STAZIONARIA E DELLA FASE MOBILEFASE MOBILE

1.1. cromatografia a fase normalecromatografia a fase normale: il letto stazionario : il letto stazionario èè di natura fortemente polare di natura fortemente polare (per esempio silice) e la fase mobile (per esempio silice) e la fase mobile èè non polare (per esempio nnon polare (per esempio n--esano o etere esano o etere etilico). I campioni polari sono quindi ritenuti nella colonna petilico). I campioni polari sono quindi ritenuti nella colonna per tempi pier tempi piùù lunghi lunghi dei campioni non polari o poco polari.dei campioni non polari o poco polari.

2.2. cromatografia a fase inversa:cromatografia a fase inversa:il letto stazionario ha carattere non polare, mentre il letto stazionario ha carattere non polare, mentre la fase mobile la fase mobile èè un liquido polare, come ad esempio acqua o alcool. In questo caun liquido polare, come ad esempio acqua o alcool. In questo caso so quanto piquanto piùù il campione il campione èè di tipo non polare, tanto pidi tipo non polare, tanto piùù tempo esso trascorrertempo esso trascorrerààall'interno della colonna. all'interno della colonna.

292929

CROMATOGRAFIE DI ADSORBIMENTOCROMATOGRAFIE DI ADSORBIMENTO[Colonna, TLC][Colonna, TLC]

Cromatografia su colonnaCromatografia su colonna.� Il solido adsorbente Il solido adsorbente èè posto in un tubo di vetro di varia lunghezza e posto in un tubo di vetro di varia lunghezza e

diametro e forma una colonna attraverso la quale si fa fluire ladiametro e forma una colonna attraverso la quale si fa fluire la fase fase mobile.mobile.

��La colonna La colonna èè dotata di rubinetto di erogazione per regolare il flusso dotata di rubinetto di erogazione per regolare il flusso del solvente.del solvente.

��Nella parte terminale Nella parte terminale èè posto cotone o lana di vetro che serve a posto cotone o lana di vetro che serve a bloccare la fuoriuscita del solido.bloccare la fuoriuscita del solido.

�� Il riempimento di fase stazionaria deve essere fatto con attenziIl riempimento di fase stazionaria deve essere fatto con attenzione in one in modo che il letto di fase stazionaria sia uniforme.modo che il letto di fase stazionaria sia uniforme.

��La miscela da separare La miscela da separare èè posta sulla sommitposta sulla sommitàà della fase stazionaria.della fase stazionaria.��La fase mobile La fase mobile èè fatta fluire continuamente, mentre dal basso avviene fatta fluire continuamente, mentre dal basso avviene

la raccolta dellla raccolta dell’’ eluatoeluato in recipienti.in recipienti.��Man mano che lMan mano che l’’ eluizioneeluizione procede i componenti la miscela si procede i componenti la miscela si

separano in separano in bandebandeche si spostano verso il basso.che si spostano verso il basso.��Ogni banda fuoriesce dal fondo della colonna e può essere raccolOgni banda fuoriesce dal fondo della colonna e può essere raccolta ta

prima che arrivi la banda successiva.prima che arrivi la banda successiva.

303030

313131bandebande

eluatoeluato

cromatogrammacromatogramma

tM

tR

cromatogrammacromatogramma

tM

tR

Principi teoriciPrincipi teoricitR = tM + tS

ttS S ==

ttR R = = TEMPO DI RITENZIONETEMPO DI RITENZIONE == tempo totale tempo totale trascorso dal soluto trascorso dal soluto nel sistema nel sistema cromatograficocromatografico

FATTORE DI RITENZIONEFATTORE DI RITENZIONE: la frazione : la frazione di tempo che una molecola di soluto di tempo che una molecola di soluto trascorre nella fase mobile:trascorre nella fase mobile:

323232

Rapporto di ritenzioneRapporto di ritenzione : la frazione di tempo che una molecola di soluto trascorre nella fase mobile

ts

Definiamo le Definiamo le VELOCITÀ DI MIGRAZIONE LINEAREVELOCITÀ DI MIGRAZIONE LINEARE media del soluto (media del soluto ( VV) e della fase ) e della fase mobile (mobile ( UU):):

V =L

tR

U =L

tM

L= lunghezza della fase stazionaria

333333

La velocitLa velocitàà di migrazione di migrazione del soluto dipende dai del soluto dipende dai volumi della FM ed FS ed volumi della FM ed FS ed èèinversamente proporzionale inversamente proporzionale alla costante di distribuzione alla costante di distribuzione K.K.

CROMATOGRAFIA SU STRATO SOTTILECROMATOGRAFIA SU STRATO SOTTILETLC (THIN LAYER CHROMATOGRAPHY)TLC (THIN LAYER CHROMATOGRAPHY)

343434

��Cromatografia di Cromatografia di adsorbimentoadsorbimento in cui la fase stazionaria in cui la fase stazionaria èè distesa distesa uniformemente su una uniformemente su una lastra di vetro o di alluminio, alla quale si fa , alla quale si fa aderire in modo da formare uno strato sottile sul quale la fase aderire in modo da formare uno strato sottile sul quale la fase mobile mobile viene fatta muovere verso lviene fatta muovere verso l’’alto per azione capillare;alto per azione capillare;��Gli adsorbenti piGli adsorbenti piùù comunemente usati sono comunemente usati sono gel di silicegel di silice e ll ’’alluminaallumina ..��Le dimensioni delle particelle di fase stazionaria (5Le dimensioni delle particelle di fase stazionaria (5--1010 µµm);m);��Gli Gli eluentieluenti usati gli stessi della cromatografia su colonna;usati gli stessi della cromatografia su colonna;

Fattore di ritenzione in TLC:Fattore di ritenzione in TLC: RRff

hhss

hhAA

hhBB

RRfAfA = h= hAA / / hhss

RRfBfB = = hhBB / / hhss

0 < 0 < RRff < 1< 1

353535

fronte del solvente

363636Esperienza di laboratorioEsperienza di laboratorio

Separazione mediante TLC di cinque coloranti organi ci in miscelaSeparazione mediante TLC di cinque coloranti organi ci in miscela

Obiettivo: individuare lObiettivo: individuare l ’’eluente pieluente pi ùù idoneo alla separazione, mediante TLC, dei cinque idoneo alla separazione, mediante TLC, dei cinque componenti di una miscela di coloranti effettuando lo sviluppo dcomponenti di una miscela di coloranti effettuando lo sviluppo d i lastrine di gel di silice con i lastrine di gel di silice con eluentieluenti caratterizzati da diversa polaritcaratterizzati da diversa polarit àà. Determinare per ciascun componente il fattore di . Determinare per ciascun componente il fattore di ritenzione.ritenzione.

Eluente A: esano (5 ml)Eluente B: acetato di etile (5 ml) Eluente C: 70 % esano : 30% acetato di etile (3.5 ml esano : 1.5 ml acetato di etile)Eluente D: 30 % esano : 70% acetato di etile (1.5 ml esano : 3.5 ml acetato di etile)

1° fase. Effettuare 4 sviluppi TLC della miscela usando i 4 eluenti:

2° fase. Ricavare l’Rf per ogni componente e per ogni sviluppo. Quindi, valutare quale dei 4 eluenti èquello migliore (visualizza piùmacchie, ossia massima separazione o massimo valore del ∆∆∆∆Rf).

A B DC

. .. .

Migliore eluenteMigliore eluente