Tecniche Tecniche cromatografichecromatografiche

Tra le tecniche più idonee all’analisi di reperti organici Tra le tecniche più idonee all’analisi di reperti organici vi sono le cosiddette vi sono le cosiddette tecniche cromatografichetecniche cromatografiche, , utilizzate per separare e identificare singolarmente i utilizzate per separare e identificare singolarmente i componenti di una miscelacomponenti di una miscela

Il termine deriva dal Il termine deriva dal greco ed è legato al greco ed è legato al suo inventore, un suo inventore, un botanico russo di botanico russo di nome Tzwett (nato nome Tzwett (nato ad Asti), che ad Asti), che all’inizio del XX all’inizio del XX secolo intendeva secolo intendeva separare le separare le sostanze coloranti sostanze coloranti della clorofilladella clorofilla

La prima separazioneLa prima separazione

Tswett intendeva separare i pigmenti Tswett intendeva separare i pigmenti presenti nella clorofilla; riempì una presenti nella clorofilla; riempì una colonna di vetro con carbonato di colonna di vetro con carbonato di calcio, vi depositò in testa un estratto calcio, vi depositò in testa un estratto di foglie verdi ed eluì con solfuro di di foglie verdi ed eluì con solfuro di carbonio: i vari pigmenti si carbonio: i vari pigmenti si separarono in bande coloratesepararono in bande colorate

Tswett chiamò questa procedura Tswett chiamò questa procedura cromatografiacromatografia dal greco dal greco scrittura del scrittura del colorecolore o, visto il significato del suo o, visto il significato del suo cognome in russo, cognome in russo, scrittura di Tswettscrittura di Tswett

Queste tecniche sono molto varie, ma si basano tutte su un Queste tecniche sono molto varie, ma si basano tutte su un principio comune: esse sfruttano la differenza di interazione dei principio comune: esse sfruttano la differenza di interazione dei componenti di una miscela nei confronti di un supporto statico, la componenti di una miscela nei confronti di un supporto statico, la fase fissa o stazionaria, e di un supporto dinamico, la fase mobile o fase fissa o stazionaria, e di un supporto dinamico, la fase mobile o eluente, che fluisce attraverso la fase fissa trascinando le sostanze eluente, che fluisce attraverso la fase fissa trascinando le sostanze componenti la miscela. Durante l’attraversamento, detto processo componenti la miscela. Durante l’attraversamento, detto processo di eluizione, i componenti subiscono un rallentamento più o meno di eluizione, i componenti subiscono un rallentamento più o meno marcato a seconda della loro affinità per la fase fissa ed escono da marcato a seconda della loro affinità per la fase fissa ed escono da essa a tempi diversi, in modo da poter essere identificati uno per essa a tempi diversi, in modo da poter essere identificati uno per uno. Le sostanze che compongono la miscela vengono identificate uno. Le sostanze che compongono la miscela vengono identificate mediante un rivelatore posto all’uscita dalla fase fissa che registra mediante un rivelatore posto all’uscita dalla fase fissa che registra le modifiche di alcune proprietà chimico-fisiche. Il responso che si le modifiche di alcune proprietà chimico-fisiche. Il responso che si ottiene si chiama cromatogrammaottiene si chiama cromatogramma

Principi della cromatografiaPrincipi della cromatografia

Tipi di cromatografiaTipi di cromatografia

I due gruppi principali di tecniche cromatografiche I due gruppi principali di tecniche cromatografiche sono:sono: la la cromatografia liquidacromatografia liquida, nella quale la fase , nella quale la fase

mobile è liquida e la fase fissa è solida o liquida mobile è liquida e la fase fissa è solida o liquida

la la gascromatografiagascromatografia, nella quale la fase mobile è , nella quale la fase mobile è gassosa e la fase fissa è solida o liquidagassosa e la fase fissa è solida o liquida

Nella cromatografia liquida (LC) la fase fissa è Nella cromatografia liquida (LC) la fase fissa è una colonna o un supporto planare contenente il una colonna o un supporto planare contenente il materiale attivo, la fase mobile è un liquido; materiale attivo, la fase mobile è un liquido; essa è utilizzata per la separazione di sostanze essa è utilizzata per la separazione di sostanze poco volatili come idrocarburi ad alto peso poco volatili come idrocarburi ad alto peso molecolare, molecole biologiche (proteine, molecolare, molecole biologiche (proteine, grassi), sostanze ioniche o ionizzabili (anioni, grassi), sostanze ioniche o ionizzabili (anioni, amine, zuccheri)amine, zuccheri)

Cromatografia liquidaCromatografia liquida

Particolarmente usate Particolarmente usate sono la cromatografia sono la cromatografia ad alta pressione o ad alta pressione o HPLC per la HPLC per la separazione di separazione di sostanze neutre e la sostanze neutre e la cromatografia ionica cromatografia ionica (IC) per la separazione (IC) per la separazione di sostanze ionichedi sostanze ioniche

Un esempio di analisi HPLC si ha nella figura sottostante, nella quale è Un esempio di analisi HPLC si ha nella figura sottostante, nella quale è mostrata la separazione e identificazione di composti usati per la tintura di mostrata la separazione e identificazione di composti usati per la tintura di un manufatto di seta rossa Copto (VII-IX secolo d.C.)un manufatto di seta rossa Copto (VII-IX secolo d.C.)

Esempio di Esempio di cromatogrammacromatogramma

1 – Acido gallico (tannini)1 – Acido gallico (tannini)

2 – Acido laccaico B2 – Acido laccaico B

3 – Cocciniglia Armena3 – Cocciniglia Armena

4 – Acido ellagico (tannini)4 – Acido ellagico (tannini)

5 – Acido laccaico A5 – Acido laccaico A

6 – Luteolina (Lacca di 6 – Luteolina (Lacca di gualda)gualda)

7 – Apigenina (Lacca di 7 – Apigenina (Lacca di gualda)gualda)

8 – Alizarina (Robbia)8 – Alizarina (Robbia)

9 – Purpurina (Robbia)9 – Purpurina (Robbia)

Recentemente, uno sviluppo importante della tecnica HPLC è stato Recentemente, uno sviluppo importante della tecnica HPLC è stato l’interfacciamento alla spettrometria di massa per ottenere strumenti LC-MS, l’interfacciamento alla spettrometria di massa per ottenere strumenti LC-MS, in modo da poter avere in ogni istante lo spettro di massa delle sostanze in modo da poter avere in ogni istante lo spettro di massa delle sostanze separateseparate

Tecnica LC-MSTecnica LC-MS

La tecnica LC-MS La tecnica LC-MS consente di avere consente di avere informazioni informazioni strutturali sulle strutturali sulle molecole separate e molecole separate e quindi permette di quindi permette di riconoscere in riconoscere in maniera più semplice maniera più semplice i vari composti. i vari composti. Spesso infatti i Spesso infatti i campioni di natura campioni di natura organica sono organica sono miscele complesse miscele complesse contenenti numerose contenenti numerose sostanze diversesostanze diverse

Analisi LC-MS su un residuo (2 mg) di polvere bianca Analisi LC-MS su un residuo (2 mg) di polvere bianca rinvenuta all’interno di una giara trovata nella tomba di rinvenuta all’interno di una giara trovata nella tomba di Tutankhamun (XVIII Dinastia). Il cromatogramma è ottenuto Tutankhamun (XVIII Dinastia). Il cromatogramma è ottenuto monitorando la massa 149, corrispondente al PM dell’acido monitorando la massa 149, corrispondente al PM dell’acido tartarico - 1 u.m.a., e la massa 87, corrispondente al peso di tartarico - 1 u.m.a., e la massa 87, corrispondente al peso di un prodotto di frammentazione di questa molecola. Si tratta un prodotto di frammentazione di questa molecola. Si tratta di un marcatore del vinodi un marcatore del vino

Applicazioni della LC-MSApplicazioni della LC-MS

Analisi LC-MS su un residuo (500 mg) di polvere bruna Analisi LC-MS su un residuo (500 mg) di polvere bruna raccolto all’interno di una brocca scavata nel Belize raccolto all’interno di una brocca scavata nel Belize settentrionale (zona Maya), risalente al periodo 600 a.C. - settentrionale (zona Maya), risalente al periodo 600 a.C. - 250 d.C.. Il cromatogramma in rosso è ottenuto monitorando 250 d.C.. Il cromatogramma in rosso è ottenuto monitorando la massa 181, corrispondente al PM della teobromina - 1 la massa 181, corrispondente al PM della teobromina - 1 u.m.a., e la massa 195, corrispondente al PM della caffeina - u.m.a., e la massa 195, corrispondente al PM della caffeina - 1 u.m.a.; questi risultati evidenziano la1 u.m.a.; questi risultati evidenziano lapresenza di residui del cacao, e presenza di residui del cacao, e consentono di retrocedere di circa consentono di retrocedere di circa 1000 anni l’inizio del consumo di 1000 anni l’inizio del consumo di cioccolatocioccolato

Nella gascromatografia (GC) la fase fissa è una colonna contenente il materiale Nella gascromatografia (GC) la fase fissa è una colonna contenente il materiale attivo e la fase mobile è un gas; essa è utilizzata per la separazione di sostanze attivo e la fase mobile è un gas; essa è utilizzata per la separazione di sostanze volatili o volatilizzabili come idrocarburi a basso peso molecolare, aromi, acidi volatili o volatilizzabili come idrocarburi a basso peso molecolare, aromi, acidi organici. Tra le varie versioni, particolarmente utilizzata in campo archeometrico organici. Tra le varie versioni, particolarmente utilizzata in campo archeometrico è la gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS) che è la gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS) che consente di avere informazioni strutturali sulle sostanze separateconsente di avere informazioni strutturali sulle sostanze separate

GascromatografiaGascromatografia

Esempi di strumenti GC-MSEsempi di strumenti GC-MS

Strumenti per Strumenti per gascromatografiagascromatografia

GC-MS da bancoGC-MS da banco

GC-MS portatileGC-MS portatile

cromatogramma

tempo di ritenzione

spettro di massa

m/z

Esempio di cromatogramma Esempio di cromatogramma GC-MSGC-MS

m/z

Caratteristiche tecnicheCaratteristiche tecniche

Caratteristiche delle tecniche cromatografiche

Tecnica distruttiva Sì

Informazione fornita Si determinano composti o elementi

Tipo di campioni analizzabili Gas, liquidi e solidi (se portati in soluzione)

Possibilità di analisi in situ NoPossibilità di analisi senza prelievo di campione

No

Risoluzione spaziale Nulla

Porzione del campione analizzato Analisi totale del campione

Espressione dei risultati Concentrazione

Sensibilità Buona-ottima

Materiali analizzabiliTutti quelli a base organica, alcuni inorganici

Costo Basso