GEL DI SILICE

Il biossido di silicio viene sciolto in silicato con carbonato od idrossido di sodio, se acidifichiamo tale soluzione si idrolizza ad acido silicico Si(OH)4

che polimerizza spontaneamente per disidratazione ad un idrosol di piccolissime sfere di acido polisilicico.

Le particelle di questo aggregato colloidale vengono setacciate per raggrupparle in base alla dimensione e per ottenere dimensioni più uniformi l’idrosol che si forma può essere emulsionato in un solvente organico immiscibile.

Il prodotto di questo processo, quindi, è un solido amorfo e poroso la cui area superficiale, può variare da 200 a 1000 m2_/g.

Lo strato di un comune piatto TLC è composto da particelle con dimensione attorno ai 15-20 µm mentre nei piatti HPTLC la dimensione si aggira attorno ai 5 µm

Il diametro medio delle particelle e la distribuzione del diametro sono parametri importanti per ottenere un buon strato adsorbente, quando troviamo riportato il valore Si60 si fa riferimento alla dimensione media dei

pori dello strato.

La distribuzione della dimensione particellare è preferibile che sia ristretta e solitamente si richiede che vi siano pochi pori più piccoli di 1 nm e più grandi di 25 nm, pori troppo piccoli producono adsorbimenti irreversebili e quelli troppo grandi riducono la superficie specifica.

A livello molecolare, il gel di silice ha una struttura simile al biossido, quindi una rigida rete tridimensionale di silossani –Si-O-Si-, in cui ogni atomo di silicio è circondato da quattro atomi di ossigeno.

La superficie molto probabilmente contiene gli stessi gruppi silossanici, i gruppi silanolici liberi –Si(OH)-SI(OH)- ed i gruppi silossanici legati all’idrogeno dell’acqua.

113

Questi gruppi permettono al gel di silice di interagire con un’ampia gamma di composti.

La ritenzione è innanzitutto controllata dal numero e dal tipo di gruppi funzionali del campione e nella loro disposizione spaziale e diverse sono le interazioni che possono avvenire:

interazioni proton donatore-accettore (ammine, acidi, fenoli, alcoli) interazioni dipolo-dipolo (carbonili, esteri, composti alogenati)

interazioni di dipolo indotto dalla fase stazionaria (composti aromatici ed insaturi)

interazioni basate sulle forze di dispersione (composti nonpolari). Sulla superficie di 1 m2 _{di gel di silice i gruppi silanolici si aggirano}

mediamente su di una concentrazione 5-7 µmoli, di cui il 68% libero ed il 32% geminale.

I gruppi silanolici sono molto acidi ed interagiscono preferibilmente con soluti idrogeno-accettori, mentre soluti con gruppi idrossilici interagiscono con silanoli associati.

A causa della natura del gel di silice c’è una forte affinità verso l’acqua e quindi non ci si sorprende se il vapor d’acqua dell’ambiente viene facilmente adsorbito.

La temperatura ricopre un ruolo importante a livello di attivazione del gel, infatti tra i 100 ed i 200° C viene completamente ma reversibilmente rimossa.

Tra i 200 ed i 400° C si ha la deidrossilazione, un processo che può essere completato tra i 400 ed i 600° C, in questo caso l’intera superficie è ricoperta da gruppi silossanici.

114

Se non si superano i 400° C la deidrossilazione rimane reversibile ed attuabile attraverso trattamento con acqua bollente, mentre se il riscaldamento è oltre i 1000° C si altera l’intera struttura silanolica a tal punto da rendere impossibile l’interazione con le molecole di acqua.

4.10.2. ALLUMINA

L’allumina rappresenta un ottimo esempio di adsorbente ionico, idrofilico e polare.

Viene preparata per rimozione termica (circa 500° C) di acqua dall’idrossido alluminio idrato Al(OH)3.

I siti attivi della superficie sono: ioni acidi di alluminio, ossidi ionici basici e gruppi Al-OH polari.

Ritenzione degli analiti può essere motivata considerando un adsorbimento specifico con i siti sopracitati.

Nella sua attività, l’idrossido di alluminio è influenzato dalla quantità di acqua adsorbita sulla superficie, esattamente come il gel di silice

Esiste una varietà di forme cristalline (α, β, γ di ossidi che dipendono dal materiale di partenza e dal processo di disidratazione ed ognuno di queste ha comportamento cromatografico differente da imputare all’area superficiale, all’energia di superficie ed alla dimensione dei pori.

In linea di massima si ha che l’energia superficiale dell’allumina è ridotto con l’aumento della temperatura di disidratazione.

L’allumina per TLC viene generalmente prodotta a basse temperature per avere una superficie specifica di 50-250 m2_/g.

A causa degli ioni ossido che si trovano sulla superficie si ha uno strato piuttosto basico (pH = 12).

115

Il gel di silice, come già detto, è l’adsorbente più utilizzato, ma ci sono anche fasi legate che offrono vantaggi di carattere specifico.

Tali fasi possono essere separate in due gruppi: quelle polari NP (normal phase) e quelle nonpolari RP (reversed phase).

La loro preparazione non è particolarmente complicata, il gel di silice viene dapprima attivato di modo che possieda il massimo numero di gruppi idrossilici liberi e tale operazione si compie in acqua bollente leggermente acidificata.

Poi , in un solvente inerte tipo tetraidrofurano o toluene si esegue la derivatizzazione usando silani legati ai sostituenti organici opportuni come può essere, ad esempio, una catena C18, mentre le altre tre funzioni sono

legate ad uno, due o tre atomi di cloro ed i gruppi rimanenti risultano metilati.

I gruppi alcossi o cloro sono sostituiti dai gruppi silanolici presenti sulla superficie del gel di silice ed in funzione del grado di sostituzione si ottengono fasi che sono tipo “brush” (spazzola), o con catene di tipo organico che risultano isolate l’una dall’altra, oppure tipo cross-link caratterizzato da un “film” uniforme di catene organiche.

Nel caso particolare in cui le catene legate sono piuttosto lunghe, ci potrebbero essere gruppi silanolici residui, difficilmente accessibili e che nel caso di un separazione RP potrebbero dare adsorbimenti indesiderati di piccole molecole.

Per questo motivo questi gruppi silanolici vengono inattivati con silani metilati per un procedimento di end-capping dello strato adsorbente.

Non sono immediate le proprietà connesse al comportamento cromatografico di fasi legate a C8, C18 o CN, non sono solo i gruppi

funzionali o la lunghezza di catena che risultano importanti ma anche le caratteristiche chimico-fisiche del gel di silice di partenza ed il tipo di cross- linking.

116

Le fasi inverse divengono meno polari all’aumentare della lunghezza della catena e più idrofobiche e la conseguente diminuzione della bagnabilità con la fase mobile acquosa è un serio problema per una buona eluizione. Per ovviare, si aggiungono piccole quantità di sali inorganici alla fase mobile oppure si limita il grado di modificazione della fase mobile lasciando una elevata percentuale ben definita di gruppi silanolici residui.

Fasi polari legate hanno una funzionalità chimica distinta e sono adatte per una separazione in fase normale.

Il meccanismo di ritenzione è, molto probabilmente, di adsorbimento sulla superficie del film organico ed il numero ed il tipo di gruppi funzionali dell’analita determinano l’ordine di eluizione.

Se lo confrontiamo con il gel di silice, l’attività delle fasi polari legate è significativamente inferiore, il numero di gruppi funzionali silanolici residui sulla superficie è basso e questo riduce l’affinità per l’acqua.

Questo vuol dire anche che i cambiamenti di umidità relativa dell’ambiente generalmente non hanno influenza.

Queste fasi sono perfettamente compatibili con le fasi mobili acquose e sono adatte alle separazioni RP.

Le fasi ammino sono molto più basiche del gel di silice e perfette a separare miscele di acidi deboli.

In RP la fase ammino agisce come un debole scambiatore di ioni ed è fortemente reattivo con composti carbonilici come possono essere i carboidrati.

4.11. IL SOLVENTE

In HPTLC solo tre parametri possono variare per influenzare profondamente il cromatogramma

117

2. l’adsorbente