cromatografia

tecniche cromatografiche

La cromatografia è una tecnica di separazione basata sulla distribuzione dei componenti di una miscela tra due fasi, una fase stazionaria e una fase mobile. La fase stazionaria è una fase solida o liquida che viene mantenuta in un contenitore, mentre la fase mobile è un fluido che scorre attraverso la fase stazionaria.

I componenti di una miscela si separano in base alla loro affinità per le due fasi. I componenti che hanno maggiore affinità per la fase stazionaria si muovono più lentamente nella fase mobile, mentre i componenti che hanno maggiore affinità per la fase mobile si muovono più velocemente.

Esistono diversi tipi di tecniche cromatografiche, che si differenziano per il tipo di fase stazionaria e di fase mobile utilizzate

🔬 Introduzione alla Cromatografia su Carta (Fase Ascendente)

La cromatografia su carta è una tecnica di separazione semplice e visivamente molto efficace, ideale come primo esperimento per comprendere come si possano separare le miscele di sostanze in base alle loro proprietà chimico-fisiche.

Il termine cromatografia deriva dal greco chroma (colore) e graphein (scrivere): significa letteralmente “scrittura del colore”, perché le diverse componenti di una miscela si dispongono lungo la carta in bande o macchie di colori differenti.

Nel nostro caso studieremo i pigmenti fotosintetici presenti nelle foglie — clorofille, xantofille e carotenoidi — separandoli grazie alla diversa affinità che ciascuno di essi mostra verso la fase stazionaria (la carta) e la fase mobile (il solvente o eluente).

🧪 Come funziona

La carta da filtro è impregnata d’acqua e funge da fase stazionaria polare.
Un’estremità della carta viene immersa nel solvente scelto (ad esempio una miscela di acetone e petrolio etere): il liquido risale per capillarità, trascinando con sé i pigmenti disciolti nel punto di partenza, chiamato linea di semina.

Le molecole più polari, come le clorofille, interagiscono fortemente con la carta e si spostano più lentamente.
Quelle meno polari, come i carotenoidi, vengono trascinate più in alto dal solvente.
In questo modo, dopo qualche minuto di corsa, i pigmenti risultano separati in strisce di colore diverso, ciascuna con un proprio valore di Rf (rapporto fra la distanza percorsa dal pigmento e la distanza percorsa dal fronte del solvente).

🎨 Osservazioni tipiche

Carotenoidi: giallo-arancio, più in alto (non polari)
Xantofille: giallo intenso, posizione intermedia
Clorofilla a: verde-blu, più in basso
Clorofilla b: verde-giallo, ancora più bassa

🧭 Obiettivo didattico

Con questo esperimento gli studenti comprendono che:

una miscela può essere separata in componenti pure;
la separazione dipende dall’interazione tra sostanza e solvente;
il colore è un indicatore della composizione chimica della miscela;
le piante contengono diversi pigmenti che cooperano nella fotosintesi.

Cromatografia su colonna classica

La cromatografia su colonna classica, nota anche come cromatografia liquido-solido (LSC), è una tecnica cromatografica che utilizza una fase stazionaria solida e una fase mobile liquida. I componenti di una miscela vengono iniettati nella colonna cromatografica e si separano in base alla loro affinità per la fase stazionaria.

Cromatografo Ionico

Un cromatografo ionico è un'apparecchiatura analitica utilizzata per separare e quantificare gli ioni in campioni liquidi. È costituito da quattro componenti principali:

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Una pompa: fornisce la pressione necessaria per spingere il campione attraverso la colonna di separazione.
- Pompa di cromatografia ionica
Una colonna di separazione: contiene la fase stazionaria, che è una matrice di polimeri o resine che contiene siti ionizzati. Gli ioni del campione si legano ai siti ionizzati della fase stazionaria in base alla loro carica e affinità.
- Colonna di cromatografia ionica
Un eluente: è una soluzione acquosa che contiene ioni di carica opposta a quelli del campione. L'eluente compete con gli ioni del campione per i siti ionizzati della fase stazionaria.
- Eluente di cromatografia ionica
Un rilevatore: misura la concentrazione degli ioni nel flusso di eluente.
- Rilevatore di cromatografia ionica

Il principio di funzionamento di un cromatografo ionico è il seguente:

Il campione viene caricato nella pompa, che lo spinge attraverso la colonna di separazione. Gli ioni del campione si legano ai siti ionizzati della fase stazionaria in base alla loro carica e affinità. Gli ioni con carica opposta a quella della fase stazionaria si legano più forte e, quindi, usciranno dalla colonna più tardi. Gli ioni con carica uguale a quella della fase stazionaria si legano meno forte e, quindi, usciranno dalla colonna prima.

L'eluente viene utilizzato per competere con gli ioni del campione per i siti ionizzati della fase stazionaria. Gli ioni del campione che si legano più debolmente alla fase stazionaria saranno eluiti prima dagli ioni che si legano più fortemente.

Il rilevatore misura la concentrazione degli ioni nel flusso di eluente. Il segnale del rilevatore viene utilizzato per generare un cromatogramma, che è un grafico della concentrazione degli ioni in funzione del tempo.

I cromatografi ionici sono utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui:

Analisi ambientale: monitoraggio della qualità dell'acqua, dell'aria e del suolo.
Analisi farmaceutica: controllo di qualità dei farmaci e delle materie prime.
Analisi alimentare: analisi dei nutrienti, dei contaminanti e degli additivi alimentari.
Analisi industriale: analisi dei prodotti chimici, dei metalli e dei materiali.

I cromatografi ionici sono strumenti versatili e potenti che possono essere utilizzati per analizzare una vasta gamma di ioni.

HPLC

L'HPLC, o cromatografia liquida ad alta prestazione, è una tecnica analitica utilizzata per separare e quantificare i composti in una miscela. È una tecnica potente e versatile che può essere utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui analisi farmaceutiche, ambientali e alimentari.

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L'analisi di un campione di caffeina con HPLC è un processo che può essere suddiviso nelle seguenti fasi:

Preparazione del campione: Il campione viene prima diluito o concentrato per renderlo adatto all'analisi. In alcuni casi, è necessario effettuare un'estrazione per rimuovere la caffeina da altri composti presenti nel campione.
Iniezione del campione: Il campione viene quindi iniettato nella colonna di separazione. L'iniettore deve essere calibrato per garantire che il campione venga iniettato in modo uniforme.
Separazione: La colonna di separazione separa la caffeina da altri composti presenti nel campione. La fase stazionaria della colonna contiene siti ionizzati che si legano alla caffeina in base alla sua carica. L'eluente, che è una soluzione acquosa che contiene ioni di carica opposta a quella della caffeina, compete con la caffeina per i siti ionizzati della fase stazionaria. Gli ioni che si legano più debolmente alla fase stazionaria saranno eluiti prima dagli ioni che si legano più fortemente.
Rivelazione: Il rilevatore misura la concentrazione della caffeina nel flusso di eluente. Il segnale del rilevatore viene utilizzato per generare un cromatogramma, che è un grafico della concentrazione della caffeina in funzione del tempo.

Il cromatogramma di un campione di caffeina pura mostrerà un picco singolo che corrisponde alla caffeina. La posizione del picco nel cromatogramma, che è chiamata tempo di ritenzione, è caratteristica della caffeina. La concentrazione della caffeina nel campione può essere calcolata misurando l'area del picco.

L'analisi di un campione di caffeina con HPLC è una tecnica precisa e accurata che può essere utilizzata per determinare la concentrazione di caffeina in una varietà di campioni, tra cui bevande, alimenti e prodotti farmaceutici.

Gas Cromatografia

La gascromatografia (GC) è una tecnica analitica che viene utilizzata per separare e quantificare i composti volatili o semivolatili in una miscela. È una tecnica potente e versatile che viene utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui analisi farmaceutiche, ambientali e alimentari.

La GC si basa sul principio della distribuzione di un composto tra due fasi: una fase mobile, che è un gas, e una fase stazionaria, che può essere un solido o un liquido. La fase mobile e la fase stazionaria hanno proprietà chimiche e fisiche diverse, che determinano la velocità con cui i composti si spostano attraverso la colonna.

I componenti di un sistema GC sono i seguenti:

Pompa: fornisce la pressione necessaria per far scorrere la fase mobile attraverso la colonna.
Colonna di separazione: contiene la fase stazionaria.
Colonna di separazione GC
Eluente: è il gas che scorre attraverso la colonna.
Rilevatore: misura la concentrazione dei composti che escono dalla colonna.

Il processo di GC si svolge nelle seguenti fasi:

Preparazione del campione: Il campione viene diluito o concentrato per renderlo adatto all'analisi. In alcuni casi, è necessario effettuare un'estrazione per rimuovere i composti desiderati da altri componenti presenti nel campione.
Iniezione del campione: Il campione viene iniettato nella colonna di separazione.
Separazione: I composti del campione si distribuiscono tra la fase mobile e la fase stazionaria in base alle loro proprietà chimiche e fisiche. I composti che si legano più fortemente alla fase stazionaria escono dalla colonna più tardi.
Rivelazione: Il rilevatore misura la concentrazione dei composti che escono dalla colonna.

La scelta della fase mobile e della fase stazionaria è importante per ottenere una buona separazione dei composti. La fase mobile deve essere un gas inerte, come l'elio o l'azoto, e deve avere una bassa solubilità per i composti da separare. La fase stazionaria può essere un solido, come un adsorbente, o un liquido, come una resina.

La GC è una tecnica versatile che può essere utilizzata per separare una vasta gamma di composti. È una tecnica precisa e accurata che viene utilizzata in una varietà di applicazioni, tra cui:

Analisi farmaceutiche: controllo di qualità dei farmaci e delle materie prime.
Analisi ambientali: monitoraggio della qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo.
Analisi alimentare: analisi dei nutrienti, dei contaminanti e degli additivi alimentari.
Analisi industriale: analisi dei prodotti chimici, dei metalli e dei materiali.

Acidi grassi

L'analisi degli acidi grassi in GC è un metodo potente e preciso per determinare la composizione degli acidi grassi di un campione. Il metodo è basato sulla conversione degli acidi grassi in esteri metilici, che sono più volatili e più facilmente separabili per GC.

🔎 Dal caso del metanolo nel vino… al vostro laboratorio di analisi forense

Qualche anno fa in Italia scoppiò un grave scandalo: alcune aziende vinicole avevano adulterato il vino aggiungendo metanolo, una sostanza tossica e altamente pericolosa per la salute. L’obiettivo era aumentare artificialmente la gradazione alcolica spendendo meno, ma le conseguenze furono drammatiche: intossicazioni, cecità permanente in diversi casi e perfino morti.

Questo episodio divenne un caso emblematico di indagine chimico-forense, in cui scienziati, laboratori e investigatori collaborarono per capire quanto metanolo fosse presente e attribuire le responsabilità.

🧪 Il vostro compito di realtà: diventare il team investigativo

Gli studenti lavoreranno come una vera unità di analisi forense alimentare, utilizzando il simulatore Gemini 3 per ricostruire i passaggi chiave dell’indagine.

1️⃣ Fase 1 — Comprensione del caso

Lettura guidata della notizia storica.
Discussione sugli effetti del metanolo sull’organismo (perché è tossico? perché causa cecità?).
Introduzione ai concetti di gradazione alcolica e composizione chimica del vino.

2️⃣ Fase 2 — Raccolta dei campioni “sospetti”

Vengono forniti tre campioni fittizi (A, B, C), ognuno con concentrazioni diverse di etanolo e una possibile traccia di metanolo.
Gli studenti devono capire quali campioni sono “a rischio”.

3️⃣ Fase 3 — Analisi con il simulatore (Gemini 3)

Gli studenti imparano a:

Inserire i dati (massa, volume, percentuali).
Calcolare la concentrazione di metanolo in mg/L.
Confrontare il valore ottenuto con il limite legale (max 0,3% del volume alcolico).
Visualizzare il grafico e interpretare i valori come veri chimici investigatori.

4️⃣ Fase 4 — Ricostruzione investigativa

Ogni gruppo dovrà:

Scrivere un breve report forense.
Motivare quali campioni risultano pericolosi.
Proporre ipotesi sulle cause dell’adulterazione.
Presentare le possibili conseguenze sanitarie e legali per i produttori coinvolti.

5️⃣ Fase 5 — Debriefing & riflessione etica

Domande guida:

“Perché qualcuno rischia di alterare un alimento così diffuso?”
“Che ruolo hanno scienza, controlli e analisi forensi nella tutela dei consumatori?”
“Quali responsabilità hanno le aziende nella sicurezza alimentare?”
🎯 Obiettivo educativo

Far vivere agli studenti un’esperienza autentica, multidisciplinare e basata sui dati:
chimica + etica + salute + competenze forensi + uso consapevole dell’AI.

Simulatore ...

In questo video trasformiamo uno dei più tristemente celebri scandali alimentari italiani in un vero compito di realtà STEM-forense.

Gli studenti diventano investigatori: ricostruiscono la vicenda, analizzano campioni “sospetti”, calcolano la concentrazione di metanolo usando il simulatore Gemini 3 e scoprono le conseguenze chimiche, sanitarie ed etiche di questa adulterazione.

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