Supercritical Fluid Chromatography TIPI di CROMATOGRAFIA CROMATOGRAFIA COLONNA PLANARE GC SFC TLC Elettroforesi Carta LC Esclusione Scambio ionico CCE Ripartizione Adsorbimento 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.

Confronto fra proprietà fisiche e di trasporto 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 LIQUIDO 1000 0.5-1.0 0.001

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