Chromatografia jest dziedziną pozwalającą na rozdział mieszanin substancji w układzie dwufazowym, złożonym z fazy stacjonarnej i fazy ruchomej. W przypadku gdy eluentem, czyli fazą ruchomą, jest gaz obojętny, mówimy o chromatografii gazowej, kiedy jest nim ciecz – o chromatografii cieczowej. Natomiast kiedy fazę ruchomą stanowi płyn w stanie nadkrytycznym – o chromatografii z eluentem w stanie nadkrytycznym (ang. Supercritical Fluid Chromatography – SFC). Chromatografia nadkrytyczna jest techniką podobną do chromatografii cieczowej i gazowej. Płyn nadkrytyczny w fazie ruchomej wywołuje wytworzenie wysokiego ciśnienia, dzięki czemu SFC pozwala na wykrycie niskich stężeń molekuł o dużej masie cząsteczkowej. Ponadto technika może być stosowana do rozdziału związków silnie polarnych, zbyt labilnych termicznie dla chromatografii gazowej (GC), niewykrywalnych przez zastosowanie detektorów charakterystycznych dla wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).

Stan nadkrytyczny osiągnięty jest wówczas, gdy temperatura i ciśnienie przekroczą wartości krytyczne. Związek ten osiąga stan pomiędzy cieczą a gazem, dzięki czemu zachowuje gęstość na tyle zbliżoną do cieczy, że zachowuje właściwości rozpuszczalnika oraz dyfuzyjność na tyle wysoką, że przewyższa o rząd wielkości wartość współczynnika dyfuzji cieczy. Najczęściej stosowanym gazem w stanie nadkrytycznym jest dwutlenek węgla. Dla czystego CO2 wartość temperatury nadkrytycznej wynosi 31 °C, natomiast ciśnienie nadkrytyczne równe jest 73,8 barów.

Ditlenek węgla, ze względu na swoje cechy, wykazuje właściwości uniwersalnego rozpuszczalnika nadkrytycznego, a są nimi: niska lepkość, duża dyfuzyjność, niskie i łatwe do osiągnięcia parametry nadkrytyczne, lotność, niepalność, brak korozyjności, nietoksyczność, niski koszt, brak oddziaływań szkodliwych dla środowiska, obojętność w stosunku do promieniowania UV. Poza ditlenkiem węgla jako eluenty oraz jego modyfikatory stosowane są związki, takie jak: etan, etylen, propan, propylen, trichlorometan, cykloheksan, toulen, woda.

Jako fazy stacjonarne stosowane są fazy, takie jak wykorzystywane w chromatografii cieczowej i gazowej, z pewnymi modyfikacjami. Do rozdzielania związków niepolarnych stosuje się żel krzemionkowy i tlenek glinu. Dobrze znanymi są także fazy silikonowe, które służą m.in. do rozdzielenia związków z grupą –COOH. W celu wyewoulowania niektórych składników stosowany jest żel krzemionkowy modyfikowany związkami organicznymi. Dodatek polarnego organicznego modyfikatora pozwala na zwiększenie rozpuszczalności polarnych składników, zmniejszenie objętości retencji, eliminację silnych oddziaływań adsorpcyjnych fazy stacjonarnej i rozdzielanych związków. W technice SFC mogą zostać wykorzystane różne rodzaje detektora, m.in. detektor płomieniowo-jonizacyjny, płomieniowo-fotometryczny, detektor wychwytywania elektronów i spektrometr masowy.

Chromatografia płynem nadkrytycznym jest stosunkowo nową techniką, dającą wiele możliwości. Zaletą SFC jest zapewnienie szybkiego rozdziału przy niskim udziale rozpuszczalników organicznych. Proces rozdziału zachodzi szybciej dzięki obniżeniu oporów wymiany masy na kolumnie. Ponadto jest to technika przyjazna dla środowiska. Dzięki zastosowaniu płynu nadkrytycznego osiągnięta jest niska lepkość i wysoki współczynnik dyfuzji, co jest ważne, aby rozdział zaszedł precyzyjnie.

Zastosowanie chromatografii płynem nadkrytycznym

Technika SFC odnalazła zastosowanie w analizie witaminy E z poszczególnych olejów kosmetycznych. Zastosowano żel krzemionkowy jako fazę stacjonarną, natomiast fazę ruchomą stanowił ditlenek węgla w stanie nadkrytycznym z etanolem jako modyfikatorem oraz detektor UV-VIS ze zmienną długością fali.

Technologia chromatografii płynem nadkrytycznym znajduje zastosowanie w analizowaniu związków biologicznie aktywnych niezmydlających się. Ma to duże znaczenie w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, a także farmaceutycznym. Z różnego rodzaju olejów kosmetycznych – dzięki tej technice – można identyfikować: tokoferole, sterole, estry fitosteroli, skwalen i inne. Naukowcy badali zawartość tych związków w oliwie z oliwek, oleju z kukurydzy, oleju sojowym, oleju z kiełków pszenicy, oleju palmowym i innych, które dzięki bogactwu związków biologicznie aktywnych stosuje się w produkcji wielu kosmetyków.

Znane jest także zastosowanie SFC do rozdziału związków chiralnych w próbach produktów farmaceutycznych. Przykładem jest rozdział enancjomerów kwasu bursztynowego. Analizowane były także związki organiczne, takie jak: anilina, tryptofan, fenol, uracyl, acetofenol, propyloparabenzen, benzen, toluen, propiofenon, butyrofenon, butyloparabenzen. Bardzo ważne jest zastosowanie chromatografii w oczyszczaniu produktów leczniczych. Umożliwia ona także identyfikację molekuł w płynach ustrojowych (krwi, moczu, płynie mózgowo-rdzeniowym). Dzięki niej oczyszczane mogą być enancjomery tak, aby można było zbadać ich właściwości farmakokinetyczne i metaboliczne. Chromatografia SFC pozwala na rozdział mieszanin racemicznych, co jest bardzo ważne w przemyśle farmaceutycznym. Naukowcy udowodnili także, iż technika ta umożliwia analizę lipidów w soi.

Podsumowując, technika chromatografii płynem nadkrytycznym jest innowacyjną, efektywną i skuteczną metodą badania wielu surowców kosmetycznych oraz produktów farmakologicznych. Dzięki zastosowaniu dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym metoda jest bezpieczna dla środowiska.