La cromatografia è un processo di separazione dei componenti di una miscela. Per avviare il processo, la miscela viene sciolta in una sostanza chiamata fase mobile, che la trasporta attraverso una seconda sostanza chiamata fase stazionaria.
I diversi componenti della miscela viaggiano attraverso la fase stazionaria a velocità diverse, causandone la separazione l’uno dall’altro. La natura delle specifiche fasi mobili e stazionarie determina quali sostanze viaggiano più velocemente o più lentamente, ed è così che vengono separate. Questi diversi tempi di viaggio sono chiamati tempi di ritenzione.
“Scrivere il colore”
La cromatografia prende il nome da una tecnica usata per la prima volta alla fine del XIX secolo per separare i pigmenti in una miscela complessa.
Se un foglio di carta o un panno entra in contatto con un contenitore pieno di acqua o alcol in cui è dissolto un pigmento complesso, l’azione capillare porterà la miscela su per la carta o il panno, ma i componenti del pigmento non viaggiano tutti alla stessa velocità.
Le molecole più grandi della miscela viaggeranno più lentamente mentre quelle più piccole correranno avanti, facendo sì che la fase stazionaria sviluppi bande discrete di colore corrispondenti ad ogni componente della miscela. Questo dà alla tecnica il nome di “cromatografia” o “scrittura del colore”.
Dall’arte alla scienza
La cromatografia fu inizialmente usata da artisti, teorici del colore e artigiani che speravano di perfezionare i coloranti industriali per i tessuti. Con il tempo, ha anche generato un ramo unico della chimica, e con esso, le tecniche utilizzate oggi per capire e purificare le miscele.
Nei laboratori moderni, l’aspetto del colore non è più rilevante, ma si applicano gli stessi principi. Sciogliendo una miscela di interesse in una fase mobile e trasportandola attraverso una fase stazionaria, i componenti della miscela possono essere separati l’uno dall’altro in base alle loro diverse velocità di percorrenza.
Alterando la fase mobile, la fase stazionaria, e/o il fattore che determina la velocità di percorrenza, è stata creata una grande varietà di metodi cromatografici, ognuno dei quali serve uno scopo diverso e ideale per miscele diverse. Alcune delle forme più comuni di cromatografia sono le seguenti.
- Nella gascromatografia, la miscela di interesse viene vaporizzata e portata attraverso una fase stazionaria (di solito una colonna di separazione in metallo o vetro) con un gas inerte, di solito azoto o elio. Le molecole più grandi nella miscela impiegano più tempo per passare attraverso la colonna e raggiungere il rivelatore all’estremità più lontana.
- Nella cromatografia liquida, la miscela di interesse è dissolta in un liquido e passata attraverso una fase stazionaria solida, che è spesso fatta di un materiale di silice. Esistono diverse varietà di cromatografia liquida, a seconda delle polarità relative delle fasi mobili e stazionarie (fase normale contro fase inversa) e se la fase mobile è pressurizzata (ad alte prestazioni).
- Nella cromatografia a strato sottile (TLC), la fase stazionaria è un sottile strato di materiale solido, solitamente a base di silice, e la fase mobile è un liquido in cui è dissolta la miscela di interesse. La cromatografia a strato sottile ha il vantaggio di fotografare bene, rendendo il suo risultato facile da digitalizzare.
- La cromatografia a scambio ionico separa i componenti di una miscela in base alla loro carica, oltre o al posto della loro dimensione. In sostanza, gli ioni caricati positivamente (cationi) o negativamente (anioni) vengono separati usando diverse fasi stazionarie e diverse fasi mobili a pH diverso.
La cromatografia può essere usata come strumento analitico, alimentando il suo output in un rivelatore che legge il contenuto della miscela. Può anche essere usata come strumento di purificazione, separando i componenti di una miscela per l’uso in altri esperimenti o procedure. Tipicamente, la cromatografia analitica usa una quantità molto più piccola di materiale rispetto alla cromatografia intesa a purificare una miscela o ad estrarre componenti specifici da essa.
Per esempio, l’estrazione in fase solida è un tipo di cromatografia liquida in cui diverse fasi mobili sono usate in sequenza per separare i diversi componenti di una miscela intrappolati in una fase solida. La cromatografia come tecnica di purificazione ha un ruolo importante nei laboratori petrolchimici e in altri laboratori di chimica organica, dove può essere uno dei modi più economici per rimuovere le impurità dalle soluzioni organiche, soprattutto se i componenti della miscela sono sensibili al calore.
Flessibilità
I principi della cromatografia appaiono anche in altre tecniche di laboratorio. L’elettroforesi su gel ordina gli acidi nucleici e le proteine in base alle loro dimensioni, attirandoli attraverso il gel tramite un campo elettrico. Questa tecnica è, in effetti, un tipo di cromatografia. Allo stesso modo, la distillazione ordina i componenti di una miscela in base ai loro punti di ebollizione e di condensazione, con l’apparato stesso che è una sorta di fase stazionaria.
Perché il suo principio di base è così semplice, la cromatografia lascia spazio a un sostanziale perfezionamento. Questo ha portato a una varietà di tecniche cromatografiche più specializzate, come la cromatografia bidimensionale per utilizzare due diversi metodi cromatografici contemporaneamente, la gascromatografia pirolitica, utilizzata come parte della spettrometria di massa, e la cromatografia chirale, che viene utilizzata per separare stereoisomeri che altri metodi non possono distinguere.
La cromatografia è un principio semplice ed estremamente flessibile, che continuerà a generare nuove variazioni e nuove implementazioni nel prossimo futuro.