Nowoczesne metody badawcze

PITTCON - 93

W dniach 8-12 marca 1993 roku odbyła się w Atlancie (USA) międzynarodowa konferencja dotycząca chemii analitycznej nazywana w skrócie Pittcon. Pełna angielska nazwa tej konferencji brzmi The Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy. Jest to wydarzenie, które co roku gromadzi chemików analityków oraz producentów sprzętu pomiarowego, głównie wykorzystywanego w chemii analitycznej, z całego świata. Na Pittconie można spotkać prawie wszystkich znanych analityków z całych stanów zjednoczonych, a także z wielu innych krajów.

Wszystkie duże, liczące się firmy, produkujące sprzęt analityczny pokazują swoje najnowsze produkty na Pittconie. W tym roku ponad 1000 firm z całego świata przedstawiało swój sprzęt pomiarowy. Równolegle do wystawy sprzętu odbywały się sympozja, na których prezentowano wyniki najnowszych badań prowadzonych w dziedzinie chemii analitycznej. Tak wielkie przedsięwzięcie wymaga odpowiednich pomieszczeń, aby pomieścić wszystkich uczestników konferencji. Dlatego też jako miejsce konferencji wybrano The Georgia World Congress Center w Atlancie, które zostało zbudowane po to, aby odbywały się w nim bardzo duże imprezy o charakterze międzynarodowym. Historia konferencji Pittcon sięga roku 1950. Wtedy odbyła się ona po raz pierwszy w Pittsburgu w William Penn Hotel. Początki były jednak skromne, w konferencji uczestniczyło tylko 12 wystawców. W latach 1950-1967 konferencja odbywała się w Pittsburgu, później w Cleveland. W roku 1980 przeniesiono ją do Atlantic City, ponieważ tam istniały możliwości pomieszczenia wystawców i uczestników. Jednak przyrost liczby uczestników i wystawców w następnych latach spowodował, że konferencja ta może się odbywać tylko w czterech amerykańskich miastach: Nowy Orlean, Atlanta, Nowy Jork, Chicago, które dysponują odpowiednio dużymi centrami kongresowymi. Atlanta jest miastem w pełni przygotowanym do goszczenia dużych imprez międzynarodowych - w roku 1996 odbędzie się w Atlancie letnia Olimpiada. Być może Czytelnicy pamiętają, że w Atlancie rozpoczęła się historia Coca-Coli. To tutaj aptekarz John Styth Pemberton opracował recepturę jej przygotowywania. W roku 1990 otwarto muzeum w centrum Atlanty, nazywane The World of Coca-Cola, w którym można zapoznać się z historia Coca-Coli, a także, co chyba jest największą atrakcją, posmakować wszystkich rodzajów produktów koncernu Coca-Cola produkowanych na całym świecie.

Co ciekawego zaprezentowano na konferencji Pittcon? Na to pytanie każdy uczestnik odpowiedziałby inaczej. Zależy to oczywiście od tego czym dana osoba się szczególnie interesuje. Można było zauważyć nowe rozwiązania w konstrukcji sprzętu wykorzystywanego w dziedzinach chemii analitycznej, które obecnie zajmują uwagę wielu chemikow-analitykow: wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC), spektroskopia masowa połączona z indukcyjnie sprzężoną plazmą (ICP-MS) czy elektroforeza kapilarna (ang. capilary electrophoresis).

Firma Varian, jedna z czołowych światowych firm produkujących sprzęt analityczny, pokazała całkowicie zautomatyzowany, sterowany komputerowo spektrometr ICP-MS. Jak twierdzą specjaliści z firmy Varian sprzęt ten nie wymaga już bardzo doświadczonych operatorów, znających wszystkie "sztuczki", konieczne do pracy z przyrządem. Sprzęgnięcie ICP-MS z komputerem pozwala zaprogramować pracę przyrządu tak, że zmiana parametrów pomiaru związana ze zmianą rodzaju próbki czy zestawu oznaczanych pierwiastków dokonywana jest przez komputer. Pozwala to na samodzielną pracę przyrządu np. w nocy bez operatora. Komputer wykonuje także całą pracę związaną z gromadzeniem i obróbką danych.

Elektroforeza kapilarna to ulubiona przez biochemików metodą rozdziału próbek biologicznych. Usprawnienie tej metody w ostatnich latach pozwoliło sięgnąć biologom do pojedynczych komórek i analizować ich zawartość. Rozdział bardzo małych próbek zawierających białka lub DNA to główne zastosowania tej techniki. Nie należy się wiec dziwić, że przyrządy do elektroferezy kapilarnej wzbudzały duże zainteresowanie chemików analityków zajmujących się analizą skomplikowanych próbek biologicznych.


Rys.	Typowy wykres fazowy dowolnej substancji. W rożnych warunkach ciśnienia i temperatury trwałe są rożne stany skupienia. Gaz od cieczy ogranicza linia wrzenia, łącząca punkt potrójny (A) i punkt krytyczny (B). Powyżej punktu krytycznego zanika różnica między gazem i cieczą.

Moją uwagę szczególnie jednak zwróciło przedstawienie przez kilka znanych firm sprzętu do chromatografii w stanie nadkrytycznym (ang. SFC) oraz do ekstrakcji w stanie nadkrytycznym (ang. SFE). Substancja znajduje się w stanie nadkrytycznym, jeśli ciśnienie i temperatura są większe od temperatury krytycznej i ciśnienia krytycznego dla tej substancji. Tutaj przydają się takie pojęcia z chemii fizycznej jak izotermy gazu rzeczywistego, izoterma krytyczna, punkt krytyczny. W chromatografii w stanie nadkrytycznym wykorzystuje się głównie dwutlenek węgla jako fazę nośną. Parametry krytyczne CO₂ to: temperatura krytyczna 31,3^oC i ciśnienie krytyczne 72,9atm. Dlaczego jednak w ostatnich latach tak wiele uwagi poświęcono rozwojowi chromatografii i ekstrakcji w stanie nadkrytycznym? Otóż SFC wypełnia lukę między chromatografią gazową a wysokosprawną chromatogfafią cieczową. Chromatografia gazowa stosowana jest głównie do rozdziału związków termicznie stabilnych, niepolarnych i małocząsteczkowych. Z kolei chromatografia cieczowa może być stosowana do rozdziału związków polarnych, wielkocząsteczkowych, mniej termicznie stabilnych. Główną jednak jej wadą jest brak uniwersalnego detektora, takiego jak np. detektor płomieniowo-jonizacyjny używany w chromatografii gazowej.

SFC posiada zalety zarówno chromatografii cieczowej jak i gazowej. Wykorzystanie CO₂ w stanie nadkrytycznym pozwoliło skrócić czas ekstrakcji do kilku minut w wielu przypadkach, gdzie klasyczna ekstrakcja rozpuszczalnikowa trwała kilka godzin a czasami dni. Wynika to z faktu, że ciecz nadkrytyczna ma własności penetrujące gazów (dużo łatwiej dyfunduje w ciele stałym niż zwykła ciecz), a zarazem ma własności solwatujące cieczy, czyli silniej wiąże się z ekstrahowanymi substancjami niż czynią to gazy. Wykorzystanie CO₂ w stanie nadkrytycznym zwiększa atrakcyjność chromatografii i ekstrakcji, gdyż CO₂ jest nietoksyczny, łatwo dostępny i tani. Zastosowanie CO₂ eliminuje problemy związane z utylizacją rozpuszczalników organicznych, wykorzystywanych w chromatografii cieczowej czy ekstrakcji. Poza tym uzyskanie substancji z roztworu po ekstrakcji odbywa się poprzez zwyczajne zmniejszenie ciśnienia i przemianę CO₂ w gaz. Intensywne prace nad SFC i SFE trwają w laboratoriach od początku lat osiemdziesiątych, lata dziewięcdziesiąte prawdopodobnie przyniosą szerokie zastosowania tych technik w wielu gałęziach przemysłu.

Bogdan Szostek - Carbondale, USA (KCh 2/93)