Gas-cromatografia preparativa

K. 'AKODI ~ K'l

I stituto eli Chimica Fisico, 1\Tinistero l mlustria Chimicn l'HS.'i, .~l u.•cu

P('r la so luzion(' di molti problemi di Sl'para zionr, cht· si i neo n t rano CO II ­

tinuamt>ntc n t•lla pratica d('i laboratori ch imici t• fi!i ici, sono di\'cntati insuf­fic ienti qu ei metodi considerati effi caci e la rgamPnte applicati quali la distil­lazione, la estrazione e la cristaW zzazion l'. Per r elc,·ata capacità d i separa · zione, l ' uso dl'i metodi cromatografici entra rapidamente a far partt• de ll a pratica standard di m olti laboratori . Tra qu<'sti metodi, negli ultimi anni, ha avuto un p ar t icolar e sYiluppo la gas cromatografia preparati' a.

In lirwa di massima la gas crom atografia preparativa n on si difl'l'rrnzia dalla gas cromatografia analitica ed è basata su procC'ssi di adsorhim('nto­deadsorbimento ch i' si \'erificano sulla su pcrficie dt•ll'adsorbente o su quella di un liquid o portato su supporto inerte. A prima v ista sembrerebbe ch i' n on v i sia alcun particola re problema , p er quanto riguarda la cromatografia pn·­parativa, a d aumentare sufficient('mentc, cd in misura opportuna, la sc7.ione della colonna cromatografica t>, corrispondt>ntcmentt• a l crom atogramma, raccogliere le sostanze all'uscita della colonna. Ricordiamo, tuttavia, che nella normale colonna an alitica di 5 mm di diametro si imm ettono da l a l O m g di miscela. Risulterà allora che, conformement e alla normale pratica analitica , se si aumenta il diam etro di l O volte, in essa potranno essere im­m essi da 0,1 a l g, il che non sembra essere troppo. Ma aumentando il dia­m etro dell a colonna, si manifesta una serie di effetti poco desiderabili nelle colonne a naliticlw. L'aumento del diametro della colonna c la quantità d i campione portano in evitabilmente ad una perdita del povrc risolutivo.

FATTOHI COLLEGATI ALL' IMPIEGO DI COLONNE A GHAl'ìDE D IAMETRO

Eterogeneità della, correntc• di gas lungo la sez1:one della colonna. - Talt· t•terogcncità è stata misurata in modo sprrimentalr da H uten . Le sue· cause, a quanto pare, sono dovute a tre circostanze: l'inHuenza della parete n ella colonna; la separazion e nel riempimento delle parlicelll' a seconda delle loro dimensioni c l'eterogen eità dello st ('SSo riem pimento. Il risultato è ch i' l<' particelle p iù grosse si accumulano Ycrso le pareti, mentre le più minut<' si dispongono al centro della colonna. S i creano, in tal modo , lun go le pareti

A n n. / si. i:iu)ler. Sanità. (l !Hl G) 2, l 18· 132.

!>AKOD I NSKY 119

delle correnti veloci che permettono alle molecole del gas di muovcrs1 vicino alle pareti più rapidamente che al centro della colonna. A causa di ciò si ha una confluenza delle bande delle sostanze da separare. Se tale fenomeno si prolunga per un certo t empo, il fronte di una zona può sovrapporsi alla coda o addirittura alla parte centrale della zona precedente, annullando così del tutto o in parte il potere risolutivo della colonna.

Opposto a questo processo dannoso è la diffusione radiale delle molecole, processo grazie al quale le molecole della sostanza si trasferi scono dalla parte est erna a quella interna della colonna, e che permette, in tal modo, di ott enere una zona più omogenea. Il trasferimento delle molecole avviene piuttosto lentamente c la sua velocità dipende dal coefficiente di diffusione radiale. Grazie alla presenza della diffusione radiale nessuna molecola, o gruppo di molecole, acquist erà una netta superiorità nella velocità di trasferimento longitudinale, sebbene le fluttuazioni porteranno ad un determinato allarga· mento della zona.

E terogeneità dello strato della fase liquida. - Poichè le parti lungo le pareti e quella centrale del supporto, durante il processo di riempimento, sono sottopost e all'azione di forze diverse, esse non avranno mai caratteri­stiche identiche. Oltre alla già accennata differenza nel diametro m edio delle particelle, si determina anche una differenza nella densità dell'impacchetta· mento che porta ad una variazione del contenuto totale della fase liquida nelle diverse parti della sezione della colonna. D 'altra parte, a causa di una certa et erogeneità della superficie, le particelle del supporto possono conte· nere diverse quantità di liquido di ripartizione. Indipendentemente da qual­siasi causa, l'et erogeneità osservata sullo strato del liquido influenzerà l'allar­gam ento della zona in modo quasi altrettanto forte quanto l'eterogeneità del flusso del gas.

L'eterogeneità dello strato del liquido e quella del flusso di gas, a causa della loro azione sull'altezza del piatto t eorico, possono contrapporsi o som­marsi. P er esempio, un aumento di velocità del flusso lungo le pareti può essere compensata da una certa diminuzione del contenuto della fase liquida stazionaria sulle particelle del supporto che si trovano al centro della colonna.

Effetti di coda. - Le colonne cromatografich e sono spesso curve o hanno la forma di un tubo a spirale in modo da poter essere messe in un termostato . In ogni curva le molecole della sostanza si muovono più rapidamente lungo l'arco interno e più lentamente lungo quello est erno a causa della diversa lunghezza del percorso . L ' inserzion e di tubi cavi , senza supporto, e di dia ­metro minore della colonna, permette, se questi sono costruiti opportuna­mente, di diminuire l' eterogeneità del flusso di gas. Nel passare attraverso i vari stadi la velocità del gas al centro della colonna aumenta e, corrisponden-

d nn. 1st. Super. Sauitu (l9(i6) 2, l 18- 132.

1:!11

tt'll1l'llle , diminuisce la difl'en·nza di'li t· 'elocità tra l t• mo lecole perift>richl· t•

qu t•lle ePntrali. Lo stesso ris ultato si otlil'lll' anche t•on giunti a cono t•d anelli di ridistriLu ziorw, di forma di n rsa, collocati alrusci ta della colonna .

L'analisi dPll ' influenza di quPsti fattori sull ' altezza dd piatto tl'orico

(HETP) (cllt', noHostante alcune d!'ficiPnzt•, rirnan!' tuttora il miglior c ritt'rio

di valutazione· d ell"l'ffi cacia d i' Ila colonna cromatografi ca) !'i attua solita­mentt• aumentando I'HETP rispetto alla no rmalP colonna analitica a sca pito

dt·lla grandezza del dia mptru.

1 l Ha • H l'

P oniamo che le · vt•loci t à rmnana e mas ima del flusso di gas ,·a rino di _j.u n ­

spetto alla 'l'locità m t>dia _j.u, Aumt·ntando l' ampiC'zza d ella sPzione a spt•st· dell ' influenza di , ·ari fattori in<'rcnti a lla colonna prcparativa, si v it>rH: ad

otten<·n· una distanza tra lP p a rti più veloci c pitt lt•ntl' della zona pari a

"\'\' _j.u . l

Il t empo t è uguak a lla distanza L percorsa dalla zona di v isa per la vclocitfl

nwdia i:i

\Y .L li

Da ciò si vede che nel periodo iniziale dd ]H' rcorso cromatografico, r ampiezza tlell a zona aumenta propor ziunalmt;> nte alla lunghezza. Introducendo l'equa­

zione d eli" a ltezza di'l piatto tl'orico

\V~ 11

16 v s i ha

Hp = J (~lT L --16

dopo un certo tempo l 'azione della diflusione trasversale porta ad una varia­

ziorw della sostanza , che è distribuita, tra lr parti rapide t• quelle lentf' della

zona r Hp raggiungi" mt certo Yalore limite

Hp = rx uu u r 2 / Dg (t. )2

dove r = raggw della colonna

D g cocffi ciPnte di difl'u wne del gas

rx = cocflic icnt e -= 0,1-0,01. r dipendenti' dalla sin uosità del per­

cor so.

A 11 11. / si . Svper. St111ilù ( 191Hi ) 2 , 11 8 · 1 :l t .

l ~ l

Tale puulo di passaggio dipt·nòc dal tempo ncco•ssario allt· :;ingolc rnul4-eul t·

per passare dalla zona che Ri muove più rapidam4·nte a quella clw !'lÌ muO\ <' più lentamt•nte, il clw dipende dal Jiarnt'tro della colonna (Fig. L). Da qtll'b la

figura si Vl'de che, so· si usano colonn e non molto lunghe, si può otten<'rt' un

H quas i pari a quello cldla colonna analitica anche se s i la vora con co lonrw

a grandt• diam t'l ro .

H

----- 10

2.5 5

Fig. l .

L

Uipcndl'nza .tdl'altNza del piallu teorico, o IIEPT, (Il) dnll a lun ­ghezza (L) per <(l tattro colonne. t•on diametri da 2,5 a l () o·m (numeri accanto alle curvr).

fl ruunero dci piatti teoric i, t>P r la colonna prt•parati-.a, vtcnc dctl' r­rninato d a ll ' t'sprt;>ss iorw

L

f~ dimos tralo che rH umitc aumeì1la proporzionalrno·nte a l quadra to dd diamt:>tro. Ne seguo· clw, st· s i aumenta la lunghezza, il numl'ro tota le d.- i piatti a umentt·rà più lt'ntarncnte della lunghezza s t4·ssa (Fig. 2) .

1.5

7.5 Fie;. 2. - Uipendcnza dd nuuu~rn <ll'i piatti

10

5 L

tr•orici (:~) dnllu lun~hezza di'Ila eulonnu (L) per •1uullro o·u lonne o· un

diametri d a 2 .. ) a l O 4'111 (numl'ri a r<·nntu alle ('Urv!').

His um Jitwlf' del mmpione. - rl 'olumt· 11ccupalo dal t·am pio rw t•lu· 'iene inicllato nel campionature è di p t;>r ~é :-uflkio' nlc a pro voca n· un t•on;.~ i­

tl en •volt· a llargamt·nto dt•lla zona, "'Opratlullo <jllalora ;, i abbiano piechi

.11111. J.,t. SttJ)er. Sunihì ( I !IIW ) 2. 11 8· 1 :1~.

l ,., .) :-~. M 1"\AIII VI C IIOMATOC,IIAFI \

cht· 1·ompaiono rapidam1·nlt'. L'ampiez:.r.a della zona Jiminuisct· w ·l caso in cui si abbia nel campionatore una trasmissione di calore rapida ed dlica ee. Tuttavia la diminu7.iont· del volume dei vapori del campione è limitata dal fatto che il vapore stesso occupa un di-'termin ato spazio minimo, che dipende dalla temperatura e dalla pri'SSÌOIW.

Caratten• non Lineare del processo di adsorbimento. - La non lint·a rità dd processo di ad sorbimento è per lo pitl con cguenza dell ' uso di grandi quantità di campioni in quanto la concentraziont• della sostanza soluta m•ll a fa. t' stazionaria diventa troppo alta. TI carattere non linPan· dell ' isoterma di adsorbimento porta anch'esso a ll 'allargamento del p icco.

Temperatura di dilfusiom•. - Durantt· il processo di ad sorbimento eli grandi quantità di campioni di miscele gassost• da parte della fa se stazionaria viene ad essl"rc liberata una notevoli" quantità di ca lore, quantità di calon· che è necessaria affinchè a v ven ga il processo di deadsorhimcnto. Nellt• colonne a grande diamt'tro lo scambio di calore con il mezzo circostante è più diffi­cile, il che provoca dt-i gradienti di temperatura tra le parf'ti della colonna e il centro della st essa . In complesso, il fatto che si liberi calore di difl'usione causa anch e delle asimmetrit' del picco.

Qut•st e sono le caratteristiche fondamt"ntali cht· distinguono le colonne preparativc da qu ellt' analitiche. La maggior partl· di tali caratteristiche portano ad una maggior fa cilità di espansioni" delle bande c ad una maggior difficoltà di separazione. In conseguenza a quanto ora affermato, si può dire eh t' gra n p a rtf' della capacità di separazioni" dellr colonn1• cromatografiche viene a perd ersi nellt• colonne prcparativc e cht' la loro efficacia è inferiore a qllf•lla di'Ile colonne analitich r .

ALCU l DATI SPE RI.M.E NTALl DI GAS-CRQ)LATOGRAFJA PREPARATIVA

Influenza della velocità del flusso di gas. - Come risulta dalla curva della Fig. 3, il mutare d ella velocità del flusso (u) del gas non influ rnza la prima parte del grafico, ma solo da un certo valori' in poi dcll'HETP lH). A velocità del flusso non particolarmente alte, la variazione dell 'HETP dipende dal variare della diffusione longitudinalc così come avviene n elle colonne ana-

H

Fig. 3. - Dipendenza dell'altezza d el piallo t eorico, o IIETP (H) dalla velocità media (u) del flusso dd gas .

Ann. 1.•1. & uper. 8u11iiu ( 191iG) 2, 11 8· 132.

123

litiche. Dopo essere passato attraverso un valore m1mmo, l'HETP a umenta nuo vamente, soprattutto a spese dell' aumento dell' influenza di d iversi effetti collegati con l' uso di colonne a grande diametro, e diventa costante. Molti ricercatori hanno ottenuto dati riguardanti la dipendenza d r ll' H E TP

da u. Tuttavia si è riscontrato che non è sempre conveniente lavorare in pre­

senza di velocità che permettano di raggiungere il , ·alore minimo ddl' H ETP. Dato che il tempo di ritenzione è proporzionale alla velocità del flu sso del gas e per diminuire la durata del ciclo talvolta conviene lavo rare con valori dell'HETP alquanto maggiori, nel campo della ua non dipendenza da lla n-lo­

cità del flusso del gas.

Influenza della lunghezza della colonna. - Sull' influenza che esercita la lunghezza della colonna si è parlato sopra. In aggiunta a quanto detto è necessario osservare che, in linea di massima, non è consigliabile un a umento della lunghezza per due motivi :

l. - L'aumento della lunghezza non porta nd un corrisp ondt>nte aumento della capacit à di separazione della colonna preparativa.

2 . L'aumento della lunghezza causa una caduta di pressione lungo la colonna, il che è da evita re in t[Uanto, a causa di c iò, il !lusso d el gas all'entra ta non è ugu ale a quello all 'uscita d ella colonna, a lterando così il buon funzionamento d ella colonna stessa.

D ' altra parte, però, l'aumento della lunghezza della colonna ha anche un effetto positivo: aumentando la lunghezza, aumenta anche la ca pacità produttiva della colonna preparativa. Questo inaspettato efi'ctto positivo è rollegato, a quanto pare, con il fatto ch e si ha un aumento del volume d i lavoro della fa se stazionaria. Se la parte iniziale della colonna, per il fatto ehe in essa è s tata introdotta una notevole quantit à di campione, funziona con un considerevole sovraccarico, dopo aver a vuto luogo una certa separa­zione, le rimanenti parti della st essa funzionano in condizioni normali. La parte iniziale della colonna, in quest o caso, funziona quindi come una co­lonna di separazione preliminare.

La presenza di ridistributori lungo la colonna fa sì che vt·nga migliorata l'efficacia delle colonne preparative, in quanto ci si riporta alla par te inizia lt' della curva (Fig. 3).

Quantità della fase stazionaria . - P er quanto riguarda la sct· lta della fase st a zionaria delle colonne preparative è necessario tr ner presente che, a causa della , ·olatilità della fa se - che non è drsidcrabile nei campioni che Vt'ngono frazionati - bisogna lavorare con la st essa fase stazionaria delle colonne analitiche, ma a t emperature pitl basse. Così, p er esempio, per il tlinonilftalato il limite massimo di temperatura nelle colonne prepara ti' t' è di lOOo C, mentre in quelle analitiche è di 140o. P Pr adsorbire la fast' vola-

11111. 1~1 • .'i11pcr. :illllilu ( I!IHH ) 2. IJR · J :\2.

12 1 S EM I 'IA HI DI CH OM ATOG HA FI A

tilizzata sa puù ril'mpin• la parti' terminalt· d!'lla eolo nna con un supporto i11t•rtc pri' o di fast• s tazionaria .

La qua ntità di fast• stazionaria sul supporto (· tlata dal eompromesso dH' s i fa pn assicura rt · il m assimo dt•lla capacità produtti ' a (auml'nto dt•l ront cnuto dt•lla fast·) pur ct•rcando di conser var!' una buona eapaci tà di riso­luziont· (diminuziont• dd contenuto d<"ll a fase). Com i' pf'r lt· colonnt• anali­tich e, f'OSÌ p<'r qtu·llt• prt·parati' t' il rontt·nuto oltimalt• d t•lla fast' è del 20-?::; O (r,''arr 4) _., u l ' ,.... .

H

0,5

0,25 0,5

Fil!'. -~. - Influenza del contenuto in fuse stazionaria (nu­

meri per cento aceauto alle curve) sulla rela­

zione tra pot ere risolu­

tivo ( Il =- H ETP) c capacit ù produttiva (in

a~<'i"''l').

Influenza del diametro. - Prccdcntemcnte è stata fatta la suppostzlOlll:' ehe le variazioni del flu sso dd gas t' delle concentrazioni avesst'ro un effPtto a ll'incirca uguale sul valort· d r li 'HETP (nella formula ~u = D.u/ u) p er co­lonne di qualunqut· diametro . Tuttavia, i dati sp erimenta li concernenti <lut·sto problema sono piuttosto contradditori , nonostante cht· in alcuni casi si siano ottenuti , per colonne di 10 cm di diametro, valori di H ETP ug uali a quelli ottenuti per colonne di 2 cm di diametro; in alt ri casi (e questi sono la maggioran za) si ossen a, con l'aumentare d t· l diamt'tro, un aumento dt'll' HETP.

P er poter calcolare la capacità produttiYa dciii:' co lonne preparativt· s i propongono due m etodi:

l. L 'effi cac-ia della colonua preparnti va v ien e c alcolata con1l' nunw ro di m oli d ella so­

stanza di tlll dato ~;rado di purrzza, purificata sulla <·o louna p reparntiv a nella unit ìt

di t empo.

2. - L 'cfTìcac·in d ella colonna prcparativa viene calcolata n seconda della quantitù de!Ja

sostnu zu pura, r h c è prodot l a in un cm 2 di sezion<' d t•lla colonna, n ell ' unità di tempo.

Il secondo m etodo sembra <.•sscr c pii:a conveniente dal m omento che esso permette di paragonare la cromatografia preparativa con altri m etodi di s~para;r.imw.

.1 1111. / s/. S11/)rr. Sa11iltì (I!IGii) 2. 11 8· 1~2 .

,<AKODI NSKY 125

Alcuni dei da ti a disposizione sull' influenza del diametro sulla capacità produttiva specifica sono riportati nella Tabella l. Da questi dati risulta ch e si può calcolare, con sufficiente precisione, il riempimento pi tl adatto p r r la ~eparazionc di una stessa miseria in identiche condizioni di lavoro .

TA BE LLA l .

Influenza del diametro della colonna sulla capacità produttiva specifica (da Baycr)

Din.mf'tro flul la eolonna. (mn•J

Vari abili 1,11 2,11 ~ . 1 lO

Area d eUa sezione (cm 2) 0, 75 2, 4 6,2 13,2 80

HETP (m m) 2 2,2 2,6 2,9 3,0

Resa per Llllilà di t empo (g) o, l 0,3 0,8 l ,5 IO

Capacità produttiva sp ecifica ()' 14 0, 13 o, 13 11, 12 o' 12 (gfcm2)

----- -- ----

P er quanto riguarda il problema ùella tecnica di riempimento delle colonne preparative, nonostante siano in uso diversi metodi (st>mplice riem­pimento, riempimento con compressioni periodiche, riempimento a cono attraverso una s tretta apertura, riempimento accompagnato da vibrazioni continue), a tutt'oggi non si è riusciti a stabilire quale sia quello migliore, pur essendo quest o un problema assai importante dal punto di vist a dell'o t ­lenimento eli risultati riproducihili.

ALCUNI PHO BLEMI TECN ICI

[l passaggio da colonne analiti che a quelle preparativc causa delle modi­fiche praticamente in tutte le parti della normale apparecchiatura croma­tografica : aumenta il diametro della colonna, aumenta il volume del gas ·· lucnte e viene a mutare la cos truzio ne dc·l campionato re.

« Detector ,, (rivelatore). - Nella cromatografia preparativa ci s1 può ser vire ùi qualsiasi detector tenendo presente che i segnali risulta nti nel tempo J evono corrispondere, in particolare, alla reale composizione all' uscita JPIIa colonna . Si ado perano detectors sia con fuoriuscita, attraverso di essi, di tu tto il flusso del gas della <'olonna (detl'ctors a termoconùucibilità) sia !'on par-

11111.. / ,</. SIIJWT. Sw>ilù ( l!ll;(j ) 2. ll ~· J:i2.

] 2(· SEM i i\ ARI D I CROMATOGRAFIA

zializzaziont· dd flu sso nel dt•tt•ctnr (dl'tectnrs a iunizzaziunt· rli fiamma o ad argou).

T ra.ppnlt•. - Per mezzo rlel detector si r t>gistranu le frazioni cbe si vengono a separare sulla colonna cromatografica, cht· è poi llt'C<'SSa rio raccoglit·re t' condensare. La apparenti' semplicità di tal <' compito vi<'ne a compl i car~ i

per il fatto che si h a a che fare con rn i~cclt:> molto diluitt•, contt•nenti frazioni piccolissime della sostam;a eh t· si adopera . Anche usando m ezzi fortemen Le

r efrigeranti , quali l'azoto liquido. s i ha una notevole formaziont> di aerosoli t' le particelle della sostanza sottopost a a condensazione fuoriescono insienw al flusso del ga . . P er intercettare gli aerosoli si usano t rappole contenenti liquidi (adatti per studi spettrofotomctrici), oppur<' trappole riempite di materiali porosi, oppurt> ci si serve della precipitazione elt>ttrostatica . Tut­tavia, in molti casi, non si riesce ad intercettare più del 40-60 % della so­stanza. P er espt>ri enza persona le, possiamo a ffermare ch e danno buoni risul­tati trappole del tipo riporta lo n ella F ig. S.

Fip:. 5. - Tipi di trappole per in le rcf't­taziont• òi ncrosoli.

A UTOM ATrZZAZI ONE

Il processo di separazione n elle colonne prepa rative può essere comple­tamente automatizzato, a partire dal controllo di date condizioni di t empe­ra tura c pressione, dall' immission e del campione, fino alla scelta dcll t• fra­zioni separate.

La scelta delle frazi oni separate può essere efi'euuata secondo un pro­gramma, in funzione del t empo, in corrispondenza tlt•l cromatogramma, oppun' a seconda dei segnali del detPctor.

-' ""· l si. l;llfJCr. Swlilit ( 19G6) 2 , 11 8-1 :J1.

SAKOD I NSKY 127

In quest ' ultimo caso v i possono essere d ue possibilità di scelta:

l. A seconda della deviazione del segnale del detector dalla linea di base.

2. In base a i punti prescelt i sui t r alli ascendente e .cliscendenle di c iascun p icco.

Jl secondo sistema è più flessibile e permette d i raccogliere picchi non complet amente separati , c di separare componenti che si hanno in piccole

quantità (Fig. 6) .

tempo

tempo

Fig. 6. - Automatizzazione nella scelta delle frazioni, in base a i segnali d i un detector. /r1 alto: il cambio d i f~a­

zione avvien e quando il segnale supera una dat a deviazione dalla linea d i base (linea tratteggia t a). 1 n basso : il cambio di fraz ione avviene quando il segnale attra­versa i punti prescelti (ce.rchi neri).

L' automatizzazione t:egola un sistem a di valvole elettromagnetich e o pneumatiche, o un collettore girevole-, che serve ad indirizzare il Busso del gas, che deve essere condensato, nella trappola giust a al momento giusto .

Di solito non si scelgono tutti i componenti della miscela sottoposta a separazione, e ciò per non rend ere il sist em a di automatizzazion<' partico­larmente complicato.

A LC I GAS-CROMATOGRAFI PREPARATIVI

Attualmente sono molte le ditte che producono a pparecchi di crom ato­grafia preparat iva in serie. Quasi ogni ditta, che costruisce apparecchi analitici di gas cromatogra fia , p ropone un proprio tipo d i crom at ografo. Eccone a lcuni:

l . - La di t ta " Wilkens Instrumcnt , cost ruisce il cromatografo • Antoprep • . Questo ha la colonna a forma di sp irale , la camera termostatica funz iona fino a l00° C, ha un detec­tor a conducibilit à termica, è au tomatico, è p rovvist o di trapp ole che vengono messe in funzione a seconda dei segn ali del detector, ha una capienza di 2 cms ed è a tempera­tura programmata .

· ''"'·1st. Su.pcr. Sanitù ( l fJGii ) 2. 118- l :lt.

----------------------.. 121! ~k:~11"\Ail l 01 CllOr.!ATOG RAF' IA

2. - La ditta « Bcc kou an " costruisee il eromato~trnfo " J\1 ef!nchrom » t·hc ha una serie di colo noo<' parnllelr. Temperatura di funzinnam <·nt o: 250" C : detector a condur ibilitia t ermica. La racro lta si e ffettua so lo in tre trappole . .J:: p rovvisto di una pompa a circo­lazione che pcrm!'tle di ri<· iclarc il f!U S d i trasporto (l'elio).

3. La ditta •• Carlo Erba • costruisci' il c romato!(rafo prepura tivu " Fracto' a p " (nwd . P ), completament .. autonaatico. Ha una eapacità di 12 cm3 c fun ?.ionu a t~mperaturu pro· !(rammata. TI su11 si•tema di raccolta pf•rmcttt· di racCof!licrc cinqul' divt>r;,i compo· n en ti di nna miscela a 18 componenti .

4. - La ditta " F .J\1. » eostru iscP il cromatografo " Prepmastcr • ch e funziona n tempcrntun­fino a 350" C l'd è capace di r m-cof!licrt" fino a 6 frazioni . Funziona a t emperatura pro­l!rannuata. Per le sue caratteristiche. quest o croma to~trnfo semhru es~cre il mij!linn•.

Oltre ag li a pparecchi sopra a ccennati , molti problemi ch f' riguardano i processi di separazione possono csserl' ri solti con apparecchiatu re di tipo assai semplice, costruite con mt·zzi propri, fattr di vetro, senza nessuna auto· mazionc, congiung!'ndo le trappole all ' uscita della colonna prcparatinL

APPLICAZ IO ' J DELLA GAS-CROM ATOGRAFI A PHEPARATIYA

In taluni casi è più con vt>nicnte serv irsi della gas-cromat ogra fia p repara­ti va cl t t' d i altri sistemi.

a - Per la purificazione di piccole quantità di reattiv i. Per esempio. per la purificazionc del benzene (con capacità produttivo di ca. 3f!;/ora{cm 2), di ulcuni fluo ro-idroca rburi che si possono ottene re ron un grado di purezza di circ·a il 99.99 u0 ; per la purifiraziont' del tetramctilbutano. eh ~ ha una t emperatura di ebollizione di 108° e di fusione di IO:l" circa, sareu bc molto difficile u s>tre altri metod i di purificaz ione.

b - P er la separazione di miscele complesse. La f!;US·(· romatografia preparati va è l'unico mt•zzo per la separazione di miscele comp lesse di prodotti di r eazioni , quando è nec<'ssario separare selcttivumente i componenti . studiare la loro struttura (od esempio. con m c­todi spetlroscopici) ed ottenere delle costanti fi sico-chimiche. Per fare tutto ciù. spcsbo la quantità d ella miscela da separa re (- molto piccola .

c - Per la separazione d el:( li azcotropi. Non è difficile effettuare la separazione degli azeo· tropi (cosa quasi impossibile con il m!'tod o di distillazione) m ediante gas-cromato~~: rafin

preparati va.

cl - Per la purificazione di composti rari . In alcuni cas i si presenta la necessità di purifica · re compost i molto costosi, soprattutto quando si devono ridurre a l minimo le perditt' sia dirette ch e con prodotti intermedi di quest e sostanze. Ciò è, ad esempio, necessario quando si d evono purificare composti marcati con isotopi stuuili o radioattivi.

ALCIJ 'E VAR IANTI DELLA GAS-CROM ATOGRA FIA PRE PARATJVA

Tutto quanto sopra detto si riferisce, in linea di massima , alla varia­zione del t empo di ritt•nzione per il quale sono stati proposti diversi punti d i v ist a e possibil ità .

Allll. I sl . ~uper. l:iawiltì ( 19GG ) 2 , t 1 ~- t ~t .

SAKODINSK.Y 129

Variazioni del metodo del tempo di ritenzione :

l) L'uso di colonne impaccate ha lo scopo di raggiungere una sufficiente capacità produttiva e l'elevata capacità sep~rativa delle colonne analitiche. Ciò si ottiene mettendo in parallelo fra di loro più colonne di piccolo dia­metro. È necessario, però, ch e le colonne siano assolutam ente identiche in modo da evitare il mcscolamento di frazioni diverse.

2) La crom at ografia a circolazione permette di effettuare, in colonne di lunghezza limitata, difficili separazioni per mezzo dell' inversione dei Bussi di gas avendo aumentato la lunghezza della colonna senza una corrispondente diminuzione di pressione. Il suo impiego è limitato alle miecele binarie che vengono iniettat e in una sola colonna .

3) La t emperatura programmata h a, per la cromatografia preparativa , gli st essi v antaggi che p er quella analitica . E ssa p ermette di abbreviare la durata del cromatogramma e di effettuar e la separazione di ogni componente a temperatura ottimale. Il grande diam etro delle colonne causa, tuttavia, un notevole gradiente di t emperatura, la qual cosa può essere evitat a usando colonne a sezione anulare.

Varianti del metodo frontale :

l ) L'uso del normale m etodo frontale è efficace per la separazione di miscele r elativamente semplici, quando si deve purificare la sostanza base dalle impurezze . Con questo metodo Glukauf ha ottenuto deuterio puro da

una miscela di questo con idrogeno.

2) Il m et odo fronta le a spostam ento t ermico è b asato sulla diversa velocità dei processi di adsorbimento e di deadsorbimento, in funzione di uno spostamento del campo t ermico lungo la colonna. Con qu esto met odo si è ottenuto il propilene ad un alto grado di p urezza.

i\1etodo a spostamento termico :

Questo m et odo si u sa relativamente di rado. N on molto tempo fa è st a t o proposto un m etodo originale di separazione per m ezzo dello spost a­mento termico in cui si è adoperat a come dispiacer tutta la sostanza purificata.

GAS-CROMATOGRAFIA CONTINUA (A CI CLO CO TI NUO)

Quando si parla di cromatografia continua, bisogna t ener presente che essa si verifica solo nel caso in cui si abbia uno strato di adsorbente mobile. Lo schema di t ale processo è riportato in F ig. 7 . Il difetto di questo processo

.llln. I sl . .Super. Sunità ( l9G6 ) 2 . 118- 132.

13H Sl ,:ML'IARI DI CROMATOGliAFIA

è clw si ottengono solo du !' frazioni , c1aseun a dell!' qua li v1cne sottoposta ad ulterion· separal'.ione .

Ta ramasso ha propost o una \'ariaute d i estremo interesse per qua nto ri guarda il processo continu o. Secondo il suo m etodo, in ciascuna delle colonm· vit>ne iniettata per iod icamente una porzione di m iscela ch e dt•\' e esser <' sotto­po ta a sepa razione. Dal momento che il t empo di uscita di ciascun compo­tH'nle dipe ndt· dall a velocità del flusso di'l gas, che è ugua le in ogni colonna , tutte le colonne funziona no allo stesso m odo m a, a l mom ento di a nalizzare i risulta ti , si osser va che nella st essa frazione di t em po da ciascuna colonna fu oriescon o frazioni differt·nti che si raccolgono in trappole diverSl'. In og ni colonna il processo ba, come in preceden za, un carattere di pcriodicità m a tutto l' insieme delle colonne funziona ininterro t tamente. Con tale apparec­chia tura sono st ati ottenuti l' isoprene, I" cr.- cd il ~-pinenc ed una serie di altri isomeri.

rr m

F ip:. 7. - Cromatografia a ciclo continuo schema del processo.

Si può prospettare il metodo semicontinuo sulla b ase di uno schema a circolazione. Non è assolutam ente certo che con quest o m etodo si abbia una separazione complet a . S i possono raccogliere le p arti t erminali di entrambi i picchi, ottenendo in tal m odo una sostanza sufficientem ente pura, e si inietta una nuova porzion e della miscela binaria da separare ch e si trova tra i duf• picchi .

A1111. I sl . S uper . .Sunilù (1966) 2, 118·132.

~AKODINSKY

CONFRO. TO UELLA GAS-CROMATOGRAFIA PREPARATI VA CO~ ALTRI METODI DI SE PARAZIO E

131

Qua lsiasi tipo di confronto ha sempre un cara ttere con venzionale; t uttavia, senza confronto, non è possibile valutare l' efficacia di un metodo ed i limiti della sua applicabilità.

Se si paragona la cromatografia preparativa con la distillazione, per

11uanto riguarda le perdite energetiche la cromatogra fia è senza dubbio assai vantaggiosa , da l momento che è sufficiente un solo spostamento nella prima fase pcrchè il processo si realizzi, m entre, con il met odo della distillazione, tale processo deve essere ripetuto più volte.

P er quanto riguarda la capacità produttiva, a prima vista sembrerebbe ch e la distillazione abbia una maggiore resa, mentre ciò è vero solo in parte. Pa ragonia mo questi due m etodi in base alla capacità produttiva specifica per l' unità di sezione (Tab . 2). P er la distillazione, in condizioni normali di

l

Confronto tra la capacità produttiva della distillazione e quella della cromatografia preparatlva

T ABELLA 2.

--- - -------- ----.- ---- -----;------------, Oistilln>.iono C'romntogrntlo. ,-

Diametro della colonna .

Lunghezza d ella colonna

Happorto d i riflusso . .

Cap acità p roduttiva specifica .

Cap acità produttiva specifica di volume

30 mm

0,6 m

100 cm3/cm•fora

3 c rn3/cm2/ora

O, 05 cm3jcm3fora

30 111111

l m

riflusso 100 cm3/cm 2 per ora, con un ra pporto Ji riflusso 50, possia mo ottenere 3 em3/cm 2

, che non è di molto superiore a qu anto si ottiene per la cromato­grafia prf' parat iva. Un paragone diretto delle colonne impiegat e n ella croma ­togra fia c quelle usate per la rlistillazione, per la separazione di una miscela d i bt>nzPne-ciclocsano, ha dimostrat o che, in qut'st o caso , la capacità produt­t iva per unità di sezione è la st essa mentre, per unità di volume, è 1li un or­dine inferio re r1ella cromatografia preparativa.

cl pa ragona re la cromatografia preparativa con la distillazione è neces­sario t1·ncr presente che con la cromatografia è possibile ott enere in un solo eiclo molte divt'rse sosta nze con un gra do di purezza abbastanza elevato,

. l uu. 1 ~1. Supa. 8uuiltì ( 1!16U) 2. l l ~ · l Jll.

--- ----- - -----------'

~ I·.Ml ' .\ Rl Pl C H U \1 4T0t;H\ FIA

ml'ntn· con la Jis tillaz iont• citÌ ;; r o ltit'IH' dopo fr t> quenti r ipeti zioni dt·l pru­

ce;;so. In o~ 11i caso. llOII è aflatto nccPssario cont ra piJOI'I'<' lJUes ti dut · ITI!'todi

tra di loro , ma applic:arli entra mbi qua nto p iìt a mpiam Pnlt· possibilt·.

Prq~ i :

n;n·eui :

PHEGI E DI FI·T TI DELLA GA~-CHOMA.TO(; RA FIA PB EPA H."-TI\ A

l.

2 .

3.

4.

J.

2.

3.

l'ossihiliti• eli separare miscek t'o tnplcst-<' .

Poosibilitil di lavorare <'nrl quan t it à minime di campioru·.

l·h ·sa d i sost a nzt' pu ri' in 1111 ~olo ciclo.

Possihilitit di auto111atizzart> il proccs"'·

Possibilitit di u sare la c roma t o#(rafia p repa rati,·a >olo per <'Utnpo>ti cht• nuu

si d eeompOn!!ono t' \ aporanelo .

l'eriodicit11 de l proct•sso.

Diffi('(>ltà eli applicazioni' ~ ~~ vast a scala.

è dubbio cht' la cromato~rafìa pre pa rat in t div('nt('rà qua nto

prima tanto largarnentt · impif'~ata in qua lsiasi laborat orio di Chimica quanto

lo è oggi la dis tillazionl'.

1on \ ' J

Aliti. / ,,/. :S !IJJI' r . Suuilu ( 19Utò) 2 , ll ~· l :l~ .