Gascromatografia

N

Si utilizza quindi il volume di ritenzione specifico (Vg) per confrontare il comportamento di

diverse colonne con ugual riempimento e che quindi dipende dalla massa della fase stazionaria.

Vg → costante di equilibrio correlata alla costante di distribuzione Kc.

.

- Kc e k dipendono dalla temperatura che è importante nella GC, infatti più la temperatura è alta

più il gas è volatile e quindi è più facile il trasferimento del gas nella fase mobile.

La fase mobile si arricchisce del gas perciò avviene lo spostamento dell'equilibrio gas-liquido.

Rapporto di fase: β= V /V

G L

Nelle colonne capillari β è dato dal raggio e da df (spessore film fase stazionaria) e si può

modificare β agendo sul diametro e sullo spessore del film

.

1) SELETTIVITA'

In GC è espressa da α e dipende dalla temperatura e dal tipo di fase stazionaria. Le colonne

capillari a causa della loro geometria operano a temperature leggermente più basse. Quindi meno

temperatura vuol dire maggior selettività.

2) EFFICIENZA

Colonne capillari: sono più lunghe e non subiscono perdita di pressione, presentano H più

• piccolo che si trova a maggiori portate e ha una pendenza minore dovuta a C → miglior

efficienza (alta velocità e alta pressione).

B

H u

= +C∗

⃗

Equazione di Van Deemter: dove C = Cs+Cg che deve essere molto

u

⃗

piccolo e il valore A non esiste in quanto non esistono percorsi multipli.

√ → efficienza ottimale e migliore.

Hmin=2 BC

Colonne impaccate: sono più corte e hanno un numero di piatti inferiori, Hmin corrisponde

• a un solo valore e perciò necessita di una portata precisa.

B

H A+ u

= +Cs∗

⃗

Equazione di Van Deemter: dove C = Cs perché Cg può essere

u

⃗

trascurato e A contribuisce all'altezza del piatto teorico.

Miglioramento Efficienza

- scegliere colonne lunghe

- nelle colonne impaccate le particelle devono avere un diametro piccolo

- usare film sottile

- liquido di ripartizione poco viscoso e deve avere bassa tensione di vapore

- ridurre diametro interno della colonna

- il carrier deve avere grande massa molare

3) RISOLUZIONE

Le colonne capillari hanno una maggiore risoluzione perché si lavora a temperatuira inferiore.

Per migliorare la risoluzione bisogna avere K grande, le colonne impaccati hanno K maggiore per

cui hanno una maggiore risoluzione.

programmare la pressione permette di lavorare a velocità costante

– aumentare gradualmente la temperatura durante le analisi riduce i tempi di lavoro

–

RIDUZIONE TEMPI DI LAVORO

avere risoluzione compresa tra 1 e 5

– avere α grande (maggior selettività)

– K vicino a 2

– velocità (u) relativamente grande

–

FASE MOBILE

Idrogeno, elio, azoto, infatti la fase mobile o eluente deve:

essere inerte e puro

– non presentare umidità, ossigeno e idrocarburi

– scegliere accuratamente viscosità e densità

– avere compatibilità con il rivelatore

–

FASE STAZIONARIA

1) SOLIDO

Adsorbimento: presenza di siti attivi che interagiscono con legami dipolo-dipolo.

Le molecole da separare se sono polari si utilizza una fase stazionaria poco adsorbente, se le

molecole sono non polari se ne utilizza una molto adsorbente.

Più usati: silice, carbone attivo, alluminia

2) LIQUIDO

Deve essere inerte, avere un buon grado di bagnabilità e bassa resistenza al flusso del gas

3) LIQUIDO DI RIPARTIZIONE

Liquido che ricopre un supporto e funge da fase stazionaria, il più usato è la fase polisilossaniche.

devono avere bassa tensione di vapore

– elevata stabilità termica

– devono essere inerti

– hanno un buon effetto solvente

– bassa viscosità

–

4) LEGATE

La fase liquida con il tempo si impoverisce, questo fenomeno è detto bleending e può incidere

negativamente sull'analisi perché fa aumentare il disturbo del segnale di fondo. Per evitare questa

perdita, il liquido si può legare chimicamente ai gruppi ossidrilici della silice, così che si avrà una

linea di base più stabile e minor rumore di fondo.

STRUMENTAZIONE GC

TECNICHE DI INIEZIONE

La frazione che entra in colonna deve essere compatta e avere stessa composizione del campione

da analizzare. Il campione, essendo eterogeneo, si comporta in modo diverso in fase di iniezione a

causa della diversa velocità di diffusione o della diversa volatilità. Per evitare ciò: iniettore split.

1) Iniettore Spilt →mediante lo splitter, sistema di selezione, viene inviata in colonna solo

una piccola frazione di campione. Lo splitter è costituito da una camera di iniezione

termostatata ad elevata temperatura, dove il campione evapora velocemente e si miscela

con il carrier. Il carrier viene diviso in due parti: una verso il setto per mantenerlo pulito,

l'altra trascina il campione in colonna e verso l'esterno.

2) Iniettore Splittes → miglioramento del sistema split. Prima dell'iniezione viene chiusa la

valvola di split e si inietta la miscela, dopo poco si riapre la valvola e si ripristina lo split. Il

campione entra in colonna, vengono eliminati i vapori e la sensibilità aumenta. I picchi,

così, non si allargano nonostante venga introdotta maggior quantità, grazie a un effetto di

compattamento della banda in testa alla colonna che può sfruttare:

Effetto Solvente: durante l'iniezione, temperatura sotto il punto di ebollizione del

▪ solvente. Dopo la fase di vaporizzazione il solvente condensa sulle pareti e i

componenti della miscela si trovano per lo più sulla coda della colonna. Questo

comporta a uno spostamento più lento della banda perché in contatto con film

sottile di fase liquida. Formazione di bande strette.

Effetto Termico: temperatura inferiore di 150° dal punto di ebollizione medio così i

▪ componenti della miscela vengono condensati, mentre il solvente è allo stato di

vapore.

RIVELATORI

I rivelatori Universali servono per individuare tutti i componenti della miscela con una sensibilità più

o meno elevata, mentre i rivelatori Selettivi per individuare solo alcuni tipi di composti.

I più usati sono di tipo differenziale, cioè che forniscono una linea di base piatta quando esce solo

carrier, mentre danno un picco simmetrico in corrispondenza di una banda di eluizione.

.

Selettività → dipende dalla capacità di rivelare le sostanze da separare. Il segnale fornito dal

rivelatore è proporzionale alla concentrazione del componente eluito oppure alla sua massa.

Rumore di Fondo → segnale fornito dal rivelatore quando nel carrier non è presente nessun

componente della miscela. I rivelatori hanno elevata velocità di trasmissione e il sist. di

elaborazione dei dati alta velocità di acquisizione, però troppa velocità comporta un elevato rumore

di fondo e aumento della sensibilità.

La quantità minima rivelabile (limite di rivelabilità) è legata all'andamento del disturbo di fondo e al

segnale minimo che può distinguere.

Deriva → instabilità intrinseca del rivelatore. Rappresenta la componente lente della variabilità del

sistema di rivelazione.

Intervallo Linearità → intervallo di masse entro il quale la sensibilità del rivelatore rimane costante.

Intervallo Risposta Dinamico → intervallo masse entro il quale un aumento di queste causa un

aumento della risposta del rivelatore.

1) Rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID)

= rivelatore universale e distruttivo in cui le sostanze separate vengono bruciate e portate allo stato

di ioni in fase gassosa.

Il carrier viene convogliato in un ugello (catodo) dove si miscela con aria e idrogeno, alimentando

una piccola fiamma avvolta da un collettore a carica positiva (anodo).

La fiamma produce una corrente ionica fra gli elettrodi che viene trasformata in tensione e inviata

al sist. di elaborazione del segnale. Se solo carrier, si registra una debole corrente di fondo.

Quando la sostanza eluita raggiunge la fiamma, viene bruciata e i prodotti di combustione

contenenti ioni, causano l'aumento dell'intensità della corrente fra i due elettrodi.

Dipende dal rendimento del processo di ionizzazione e quindi dalla temperatura, dal flusso di aria

e di idrogeno.

2) Rivelatore a cattura di elettroni (ECD)

= rivelatore selettivo e non distruttivo che ha una sensibilità maggiore del FID e può fornire

informazioni qualitative sulle sostanze rivelate.

La sorgente radioattiva è posta all’interno di un blocco schermato e può essere costituita da:

lamina di acciaio

• lamina d’oro rivestita, usata in strumenti più recenti.

•

La sorgente radioattiva costituisce l’anodo di una coppia di elettrodi che generano un

campo elettrico di intensità regolabile; il catodo, all’uscita del rivelatore, funge da col-

lettore.

Gli elettroni primari (veloci e che non vengono catturati dal campo elettrico) quando colpiscono le

molecole del carrier, le ionizzano formando elettroni secondari (più lenti e che vengono catturati dal

circuito elettrico) il cui flusso dà luogo alla corrente di fondo, di intensità variabile secondo la d.d.p.

applicata fra i due elettrodi.

.

Sensibilità → dipende tensione di eccitazione, tipo e portata del carrier, tipo e stato della sorgente

radioattiva e dalla d.d.p. applicata fra i due elettrodi che deve essere ottimizzata in modo da

generare una corrente di fondo non troppo eccessiva.

Per migliorare le prestazioni dell’ECD, gli elettrodi possono essere alimentati mediante una

tensione pulsante. Si ottiene così una risposta che dipende esclusivamente dalla elettroaffinità

della sostanza presente nel rivelatore.

Infatti durante la fase di «riposo» gli elettroni secondari si pongono in equilibrio termico con il gas e

quindi il segnale risulta più stabile.

3) Rivelatore a termoconducibilità (TCD)

= rivelatore universale e non distruttivo.

È formato da due sensori termosensibili; uno su cui scorre carrier puro e sull’altro gas in uscita

dalla colonna. I due sensori sono percorsi da una corrente elettrica di piccola intensità e la loro

resistenza varia in funzione della temperatura a cui si trovano.

Il segnale fornito dal rivelatore è direttamente proporzionale alla concentrazione delle sostanze

presenti nel gas in uscita dalla colonna. Quando il gas che si trova nella cella di riferimento e

quello in uscita dalla colonna hanno la stessa c