Cromatografia a Fluido Supercritico Fluidi Supercritici

TIPI di CROMATOGRAFIA
CROMATOGRAFIA
COLONNA
GC
Scambio
ionico
CCE
LC
PLANARE
TLC
SFC
Carta
Elettroforesi
Esclusione
Adsorbimento
Ripartizione
Fase Normale
(fase stazionaria polare
fase mobile non-polare)
Fase inversa
(fase stazionaria non-polare
fase mobile polare)
Supercritical Fluid Chromatography
(Cromatografia a Fluido Supercritico)
Cromatografia a Fluido Supercritico
La Supercritical Fluid Chromatography (SFC) èuna tecnica relativamente
recente. I primi cromatografi SFC sono apparsi sul mercato intorno ai primi
anni ‘80.
La grande differenza rispetto alle altre tecniche cromatografiche è l’utilizzo di
un fluido supercritico come fase mobile invece di un gas come in GC, o di
una miscela solvente allo stato liquido come in HPLC.
Fluidi Supercritici
I Fluidi Supercritici (SCFs) stanno rapidamente soppiantando i comuni solventi organici
in molte applicazioni industriali, in particolare nei trattamenti di purificazione e
ricristallizzazione, soprattutto a causa delle sempre più pressanti regolamentazioni a
carattere ambientalistico riguardanti idrocarburi e le emissioni dannose per lo
strato d’ozono.
Processi che si basano sull’impiego di SCF hanno permesso di eliminare l’utilizzo di
solventi pericolosi quali esano e cloruro di metilene.
A causa dei sempre più minuziosi controlli sui residui di prodotti medicali e farmaceutici,
e i limiti restrittivi imposti per il controllo delle emissioni di VOC e ODC, l’utilizzo di
SCFs si è rapidamente sviluppato in tutti i settori industriali.
ESEMPI DI APPLICAZIONE
Industria alimentare: caffè e tè vengono decaffeinati mediante estrazione con fluidi
supercritici e i principali produttori di birra negli US e in Europa utilizzano aromi estratti
dal luppolo mediante fluidi supercritici
Tecnolioie che utilizzano SCF sono state commercializzate in industrie farmaceutiche
, di polimeri, di oli e lubrificanti e di prodotti chimici.
Fluido Supercritico: che cos’è?
• Il punto critico (CP) segna la fine
della curva di equilibrio
liquido/vapore.
Un liquido è definito supercritico in
condizioni di temperatura e pressione
maggiori di quelle corrispondenti al
punto critico.
Al di sopra della temperatura critica
non c’è alcuna transizione di fase che
consenta al fluido di passare allo
stato liquido, qualunque sia la
pressione applicata.
Fluido Supercritico: caratteristiche
• Un fluido supercritico (SCF) è
caratterizzato da proprietà chimico-fisiche
intermedie tra quelle di un liquido puro e
quelle di un gas. In particolare il fluido ha
proprietà solventi simili a quelle di un
liquido e proprietà di trasporto comuni ai
gas.
Confronto fra proprietà fisiche e di trasporto
di gas liquidi e SCF
Densità
(kg/m3)
Viscosità
(cP)
Diffusibilità
(mm2/s)
GAS
1
0.01
1-10
SCF
100-800
0.05-0.1
0.01-0.1
1000
0.5-1.0
0.001
LIQUIDO
Quando la temperatura e la pressione di un liquido puro raggiungono valori
prossimi ai valori critici, si verificano drastiche variazioni in alcune importanti
proprietà della sostanza. Per esempio, in condizioni di equilibrio, la distinzione
visivamente netta tra fase liquida e fase gassosa, così come le differenze nella
densità scompaiono in prossimità del punto critico
In questa immagine si possono vedere le due fasi distinte
della CO2 separate dal menisco
Con l’aumento della temperatura la
differenza tra le due fasi è meno
evidente. Il menisco si vede ancora
ma è meno definito.
Quando si raggiungono i valori critici di pressione e
temperatura la distinzione tra le due fasi
scompare e non si vede più il menisco di
separazione. La fase omogenea che si ottiene è
quella definita “fluido supercritico” che
manifesta proprietà intermedie tra quelle dei liquidi e
quelle dei gas.
Il comportamento di un fluido supercritico può essere descritto come quello di
una fase liquida estremamente mobile. Le proprietà solventi infatti sono molto
simili a quelle di un liquido, ma la penetrazione nel campione solido è facilitato
grazie alle proprietà di trasporto simili a quelle di un gas. Di conseguenza le
velocità di estrazione e di separazione delle fasi con un fluido
supercritico sono significativamente maggiori rispetto a quelle che si hanno
con i comuni processi di estrazione.
Fluidi supercritici possono essere efficacemente impiegati per estrarre
analiti da diversi campioni o come eluenti in cromatografia.
Il principale vantaggio nell’uso di SCF è che sono poco costosi, le
estrazioni sono veloci ed hanno un minor impatto ambientale rispetto
ai comuni solventi organici.
Il fluido supercritico maggiormente utilizzato è la CO2, in quanto ha un
basso punto critico (31.1 °C e 73.8 bar), basso costo e non è tossica.
 La cromatografia a Fluido supercritico garantisce maggiore risoluzione e
velocità rispetto alla cromatografia liquida grazie al maggiore coefficiente di
diffusione dei soluti nei fluidi supercritici.
 A differenza dei gas i SCFs possono disciogliere i soluti non volatili.
 La CO2 viene efficacemente impiegata come eluente supercritico in
cromatografia perché è compatibile con vari rivelatori (es. rivelatore UV x
HPLC e a ionizzazione di fiamma x GC), ha bassa T critica e non è tossico;
tuttavia non è un solvente ottimale per soluti molto polari o ad alto PM.
 La strumentazione per cromatografia a fluido supercritico è simile a quella
per HPLC.
 Il gradiente di eluizione viene in tal caso effettuato con aumento della forza
eluente per effetto dell’aumento di densità del SCF prodotto da un aumento
di pressione.
Schema di un’apparecchiatura per SFC
1. Bombola con il gas (CO2)
2. Pompa ad alta p
3. Iniettore
4. Forno
5. Colonna
6. Rivelatore
7. Integratore-registratore
ESEMPI