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

note
(modifica cromatografia planare)
(note)
La separazione dei componenti avviene in virtù del fatto che ogni sostanza ha una distribuzione caratteristica tra le due fasi che è espressa attraverso la coefficiente di distribuzione K<sub>d</sub>:
 
: <math>K_d = \frac{C_s}{C_m}</math> <ref>Sadek, pag. 56 </ref>
 
<math>K_d</math> = 1 &rarr; sostanza ugualmente ripartita nelle 2 fasi;
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>
 
La misura dell’area sottesa al picco viene eseguita con metodi di integrazione digitale, tuttavia 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;
* deriva della linea di base – si verifica nel caso in cui la linea di base non sia rettilinea, ma ascendente o discendente, in questo caso bisogna tenerne conto e non fare l’integrazione considerandola orizzontale; [[File:Emg.png|thumb|right|200px|Picco asimmetrico]]
La risoluzione risente degli effetti dei fattori di ritenzione e di selettività. <br>
Questo aspetto può essere definito tramite la seguente equazione:
: <math> R_S = \left ( \frac{\sqrt{N}}{4} \right ) \left ( \frac{\alpha -1}{\alpha} \right ) \left ( \frac{k'_2}{1+k'_2} \right ) </math> <ref>Skoog, pag. 878 </ref>
: dove <math>k'_2</math> è il fattore di ritenzione della specie che si muove più lentamente ed è definito come <math>k'= K_d \frac {V_S}{V_M} = \frac {t_R - t_0}{t_0}</math>
: e &alpha; è il fattore di selettività. <br>
 
L'equazione sopra citata può poi essere riarrangiata per ricavare il numero di piatti teorici necessari per avere la risoluzione desiderata:
: <math> N = 16 {R_s}^2 \left ( \frac{\alpha}{\alpha -1} \right )^2 \left ( \frac{1+k'_2}{k'_2} \right )^2 </math> <ref>Skoog, pag. 878 </ref>
 
Per avere una separazione ottimale è necessario avere una buona risoluzione la quale dipende da selettività ed efficienza.
Questo fenomeno può essere spiegato attraverso diversi modelli tra cui ad esempio il modello di non equilibrio di Giddings secondo il quale il fenomeno dell’allargamento del picco è causato da fattori fisici e cinetici quali ad esempio la diversa velocità di migrazione delle molecole di analita nella colonna e non da differenze negli equilibri di distribuzione. Possiamo identificare quindi le cause di questo effetto in tre diversi fattori:[[File:Difusão de turbilhonamento.png|thumb|Percorsi multipli]]
* percorsi multipli – quando le particelle di analita attraversano la colonna impaccata di fase stazionaria possono percorrere percorsi differenti a seconda delle vie rimaste libere al suo interno. Ne consegue quindi che dal punto di vista statistico non tutte le particelle percorreranno cammini identici ma, mentre alcune seguiranno percorsi leggermente più brevi, altre seguiranno percorsi più lunghi per cui arriveranno in fondo alla colonna in tempi leggermente differenti. Se le molecole di fase stazionaria sono molto fini questo effetto verrà minimizzato perché dal punto di vista statistico la lunghezza dei vari percorsi che una particella di soluto potrà percorrere saranno molto simili tra loro. Rendendo omogeneo il sistema infatti le deviazioni dal percorso medio saranno minimizzate.
: <math> A = 2 \lambda d_P</math> <ref> Miller, pag. 76</ref>
: con <math> d_P</math> = diametro delle particelle della fase stazionaria;
:: <math> \lambda </math> = fattore di impaccamento. <br>
[[File:Diffusione longitudinale.png|thumb|Allargamento di banda - diffusione longitudinale]]
* diffusione longitudinale – dal momento che le particelle di analita si trovano in soluzione saranno soggette ad una migrazione spontanea dalle zone in cui la concentrazione di analita è maggiore verso quelle in cui tale concentrazione è minore. Il risultato di questo effetto si verificherà con l’allargamento del picco in uscita dal rivelatore. L’effetto causato dalla diffusione longitudinale si avrà non solo nel senso di scorrimento della fase mobile ma anche in quello opposto. Questo fenomeno è proporzionale al tempo di permanenza in colonna: tanto maggiore è il tempo di ritenzione e tanto maggiore è la diffusione dell’analita nel solvente, a cui consegue un maggiore slargamento del picco.
: <math> B = 2k_DD_M</math> <ref> Miller, pag. 77</ref>
: con <math>k_D </math> - fattore di ostruzione ed indica la resistenza alla diffusione dovuta all'impaccamento;
:: <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.
: 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.
: <math> C = \frac {8}{\pi^2} \frac {k}{\left (1+k \right )^2 } \frac {d_f^2}{D_S}</math> <ref> Miller, pag. 78</ref>
: con <math> d_f</math> = spessore del film della fase stazionaria liquida;
:: <math> D_S</math> = coefficiente di diffusione del soluto nella fase stazionaria.
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