11.8 : Ottimizzazione della separazione cromatografica

L'ottimizzazione delle separazioni cromatografiche è fondamentale per ottenere delle separazioni pulite in un lasso di tempo minimo. L'ottimizzazione è richiesta per diversi fattori, tra cui gli effetti cinetici correlati all'espansione di banda, all'altezza della piastra, al fattore di capacità e al fattore di separazione.

L'espansione di banda si riferisce alla diffusione delle bande di soluto mentre attraversano la colonna. Questa espansione può influire sulla risoluzione. L'altezza della piastra (H) rappresenta la lunghezza richiesta per una piastra teorica. Un'altezza della piastra inferiore corrisponde a una maggiore efficienza e a una migliore risoluzione. Il fattore di capacità (k) misura la forza di ritenzione di un soluto da parte della fase stazionaria. L'ottimizzazione dei valori k (di solito tra 1 e 10) può migliorare la risoluzione senza aumentare significativamente il tempo di eluizione. Il fattore di separazione (α), noto anche come selettività, dipende dalle proprietà dei soluti, dalla fase mobile e dal quella stazionaria.

L'approccio più semplice per migliorare la separazione prevede l'allungamento del numero di piastre teoriche (N) nella colonna. Tuttavia, sebbene l'aumento del numero di piastre nella colonna possa migliorare la risoluzione, di solito richiede più tempo. Al contrario, la riduzione dell'altezza della piastra può migliorare significativamente la risoluzione senza aumentare il tempo. Un altro metodo per ottimizzare la separazione consiste nell'aumentare il fattore di capacità per i due soluti più lenti, regolando la temperatura delle fasi mobili gassose o la composizione del solvente delle fasi mobili liquide. Questo è particolarmente utile quando il valore k iniziale è basso, perché esiste un limite oltre il quale un aumento di k migliora solo marginalmente la risoluzione.

L'ottimizzazione di N o del k del soluto più lento ha un impatto minimo quando α si avvicina al suo valore minimo di unità. Quando α si avvicina all'unità, è possibile applicare diversi metodi per ottimizzarlo, tra cui la modifica della temperatura della colonna, l'alterazione della composizione chimica della fase stazionaria e mobile o l'utilizzo di effetti chimici speciali.