Utente:Giuli2797/Cromatografia/Introduzione: differenze tra le versioni

correzioni e modifica posizione selettività ed efficienza
(note)
(correzioni e modifica posizione selettività ed efficienza)
==Cromatografia==
 
La cromatografia è un metodo fisico separativo in cui i componenti da separare sono distribuiti tra due fasi una delle quali è stazionaria, chiamata fase stazionaria, mentre l’altra si muove in una direzione definita e detta fase mobile.
 
Con il termine cromatografia si intende una serie di metodi analitici in grado di separare, identificare e quantificare i diversi componenti presenti in
miscele di analiti, talvolta anche molto complesse. <br>
 
Dove la specie 2 indica quella maggiormente trattenuta mantenendo costanti il volume sia della fase stazionaria che della fase mobile.
 
'''Selettività''' - è la capacità del metodo cromatografico di distinguere due picchi vicini dovuti a due sostante diverse eluite contiguamente <ref>Sadek pag. 174 </ref> presenti all'interno dello stesso campione ed è definito attraverso il coefficiente di selettività α.
: <math> \alpha = \frac {k'_2}{k'_1}</math>
: con 1 < α < 2 (per α = 1 infatti i picchi sono completamente sovrapposti). <br>
Andando ad osservare un generico cromatogramma si potrà dire che la separazione è selettiva se i picchi saranno ben distinti gli uni dagli altri e non si avrà sovrapposizione tra picchi contigui.
 
'''Efficienza''' - è la capacità del metodo cromatografico di eluire tutte le molecole dello stesso analita contemporaneamente.
Andando ad osservare un generico cromatogramma si potrà dire che la separazione è efficiente se i picchi saranno molto stretti. <br>
Affinché la risoluzione sia buona occorre che sia la selettività sia l'efficienza siano buone. <br>
Per migliorare questo parametro si può andare ad intervenire su alcuni parametri sperimentali differenti a seconda che si abbia a che fare con cromatografia liquida o gascromatografia:
* HPLC (''High Performance Liquid Chromatography'')- si interviene sulla K di distribuzione lavorando a gradiente di solvente modificando nel corso dell'eluizione le caratteristiche dell'eluente così da andare a modificare la ripartizione dell'analita nelle due fasi;
* GC - si agisce aumentando la temperatura in modo controllato al fine di favorire la volatilizzazione degli analiti e quindi l'eluizione di sostanze anche molto diverse tra loro.
 
 
* quantitative – date dal numero delle particelle di analita presenti che contribuiscono al segnale, ed è proporzionale all’area sottesa al picco.
 
La misura dell’area sottesa al picco viene eseguita con metodi di integrazione digitale che arrivano, in casi ottimali, ad una precisione di circa 0,5% rispetto al valore vero. Tuttaviatuttavia questo metodo è comunque soggetto ad errore e nello specifico può essere affetto da:
* rumore di fondo – è il segnale rivelato dal rivelatore non dovuto all'analita.<ref>Sadek pag. 134</ref> Se la linea di base è soggetta ad un alto rumore di fondo sarà difficile identificare il punto esatto il cui inizia il picco, il rapporto segnale/rumore è infatti elevato;[[File:Rt 5 9.png|thumb|right|200px|Picchi non risolti]]
* mancata o non sufficiente risoluzione dei picchi – se nel cromatogramma sono presenti picchi molto vicini o addirittura sovrapposti, è molto difficile - se non impossibile - identificare le due singole aree. In questo caso la soluzione migliore consiste nel migliorare la separazione cromatografica in modo da avere picchi più stretti o comunque meglio risolti;
 
: <math> HETP_{piatto} = \frac{L_{colonna}}{N_{piatti}}</math> <br>
Da questa espressione di evince che per avere la migliore risoluzione possibile bisogna avere l'altezza del piatto teorico minore possibile sarà necessario avere il maggior numero di piatti teorici a parità di lunghezza della colonna.
 
Il numero dei piatti teorici può essere calcolato sperimentalmente come:
: <math> N = 16 \left ( \frac{t_R}{W} \right )^2</math>
: con <math>t_R</math> = tempo di ritenzione di un picco
: W = larghezza del picco alla sua base <br>
Per avere una separazione ottimale è necessario avere una buona risoluzione la quale dipende da selettività ed efficienza.
 
'''Selettività''' - è la capacità del metodo cromatografico di distinguere due picchi vicini dovuti a due sostante diverse eluite contiguamente <ref>Sadek pag. 174 </ref> presenti all'interno dello stesso campione ed è definito attraverso il coefficiente di selettività α.
: <math> \alpha = \frac {k'_2}{k'_1}</math>
: con 1 < α < 2 (per α = 1 infatti i picchi sono completamente sovrapposti). <br>
Andando ad osservare un generico cromatogramma si potrà dire che la separazione è selettiva se i picchi saranno ben distinti gli uni dagli altri e non si avrà sovrapposizione tra picchi contigui.
 
'''Efficienza''' - è la capacità del metodo cromatografico di eluire tutte le molecole dello stesso analita contemporaneamente.
Andando ad osservare un generico cromatogramma si potrà dire che la separazione è efficiente se i picchi saranno molto stretti. <br>
Affinché la risoluzione sia buona occorre che sia la selettività sia l'efficienza siano buone. <br>
Per migliorare questo parametro si può andare ad intervenire su alcuni parametri sperimentali differenti a seconda che si abbia a che fare con cromatografia liquida o gascromatografia:
* HPLC (''High Performance Liquid Chromatography'')- si interviene sulla K di distribuzione lavorando a gradiente di solvente modificando nel corso dell'eluizione le caratteristiche dell'eluente così da andare a modificare la ripartizione dell'analita nelle due fasi;
* GC - si agisce aumentando la temperatura in modo controllato al fine di favorire la volatilizzazione degli analiti e quindi l'eluizione di sostanze anche molto diverse tra loro.
 
==Teoria dell'allargamento di banda ed equazione di Van Deemter==
:: <math> D_M </math> - coefficiente di diffusione dell'analita nella fase mobile il quale è una misura quantitativa di quanto velocemente le molecole di analita si muovono attraverso una matrice e dipende dal tipo di analita, dalla temperatura, pressione, tipo di materiale costituente la matrice <ref>Sadek pag. 54 </ref>. <br>
: Per cercare di limitare questo effetto può essere opportuno aumentare la velocità del flusso così da diminuire il tempo di permanenza in colonna dell’analita e quindi limitare il tempo a disposizione per la diffusione.
:: <math> HETP=\frac{K}{V eluizione}</math>
: Questo fenomeno è più marcato in GC perché un gas rispetto ad un liquido ha un maggiore coefficiente di diffusione, ovvero le molecole di analita si riescono a muovere più velocemente nella fase mobile. Per questo motivo una possibile soluzione è quella di scegliere come eluente un solvente in cui l’analita sia poco mobile;
* diffusione di non equilibrio – definito anche resistenza al trasferimento di massa è un effetto che si verifica durante il processo cromatografico ed è dovuto al fatto che le molecole di analita si trasferiscono continuamente dalla fase mobile a quella stazionaria e viceversa. Può capitare che la fase mobile, scorrendo continuamente lungo la colonna, allontani l'analita dalla fase stazionaria prima che questo abbia il tempo di raggiungere l'equilibrio di ripartizione tra le due fasi con il conseguente allargamento della banda.
: con <math> d_f</math> = spessore del film della fase stazionaria liquida;
:: <math> D_S</math> = coefficiente di diffusione del soluto nella fase stazionaria.
:Questo effetto sarà direttamente proporzionale alla velocità del flusso dell'eluente: tanto più lentamente avverrà l'eluizione, tanto più tempo avrà l'analita a disposizione per ripartirsi tra le fasi e tanto più si avvicinerà all'equilibrio di ripartizione.
:: <math>HETP=KVeluizione</math>
: Per minimizzare questo effetto si possono inoltre applicare altre accortezze quali l'utilizzo di una fase stazionaria ricoperta da un film che sia il più sottile possibile e contemporaneamente avere un coefficiente di diffusione dell'analita nelle due fasi quanto più elevato possibile. Una buona soluzione consiste quindi nell'utilizzare come eluente un solvente poco viscoso.
[[File:Van Deemter equation.png|thumb|Equazione di Van Deemter]]
Tutti e tre questi fenomeni diffusivi concorrono nel definire l'altezza del piatto teorico di una colonna ed il loro effetto viene espresso dall'equazione di Van Deemter:
:: <math>HETP=A+\frac{B}{u}+Cu</math>
:con Au = percorsivelocità multiplilineare di flusso
:A, B e C termini che rappresentano i tre fenomeni diffusivi visti precedentemente, nello specifico:
:A = percorsi multipli
:B = diffusione longitudinale
:C = diffusione di non equilibrio
Dal momento che per avere una buona separazione cromatografica bisogna cercare di ridurre quanto più possibile l'altezza del piatto teorico, si dovrà cercare di rendere minima la somma dei tre fattori A B C. Questo può essere fatto ottimizzando parametri quali: <ref>Skoog, pagg 876-877 </ref>
:u = velocità lineare di flusso
 
Dal momento che per avere una buona separazione cromatografica bisogna cercare di ridurre quanto più possibile l'altezza del piatto teorico, si dovrà cercare di rendere minima la somma dei tre fattori A B C. Questo può essere fatto ottimizzando parametri quali:
* velocità del flusso della fase mobile - si deve giungere ad un compromesso tra la velocità richiesta dai parametri B e C (si ricorda infatti che il termine A è indipendente dalla velocità del flusso);
* caratteristiche fisiche della fase mobile - particolarmente importante nella GC in cui in termine B influisce in modo rilevante;
* diametro delle particelle della fase stazionaria - bisogna cercare di ottenere la massima area per unità di superficie e quindi ridurre la granulometria della fase stazionaria e il suo impaccamento nel caso di una fase stazionaria solida, lo spessore del film nel caso di fase stazionaria liquida;
* diametro della colonna, estremamente- importantetanto inminore casoè il diametro e tanto minore è l'allargamento di colonnebanda che si capillariverifica;
* temperatura di esercizio - riducendo la temperatura infatti si riesce ad abbassare la velocità di diffusione longitudinale e di conseguenza il coefficiente di diffusione.
 
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