10.1. Scurt istoric CAPITOLUL 10 Separarea prin cromatografie de gaze (GC) Cele două direcţii ale cromatografiei de gaze (GC) s-au dezvoltat aproximativ în acelaşi timp; în anul 1951 Erika Cremer punea bazele cromatografiei gaz-solid, iar în 1952 James şi Martin publicau prima lucrare consacrată cromatografiei gaz-lichid. Un salt imens în acest domeniu se datorează lui Golay, cel care în anul 1957 a introdus coloanele capilare în separarea GC. Trebuie menţionat faptul că în prezent, mai mult de 90% din aplicaţiile GC se efectuează utilizând coloane capilare, pe peretele cărora sunt depuse fazele staţionare. De asemenea, trebuie menţionate contribuţiile majore aduse de Giddings în teoria optimizării separărilor cromatografice şi corelării cu condiţiile experimentale de lucru. Alte contribuţii majore la dezvoltarea acestei tehnici sunt legate de introducerea programării de temperatură în procesele de separare GC (Stephen Dal Nogare, 1958), realizarea fazelor staţionare de tip polisiloxanic sau dezvoltarea tehnicilor de detecţie, universale sau specifice. O dată cu cuplarea cromatografiei de gaze cu spectrometria de masă, demonstrată pentru prima dată de Holmes şi Morrell (1957), această tehnică analitică cunoaşte un mare succes. Un pionier uitat, din păcate, al cromatografiei de gaze este Clark Hamilton, cel care a realizat primele microseringi care-i poartă numele şi care sunt foarte utilizate şi astăzi. 10.2. Tipuri de coloane în cromatografia de gaze Procesul de separare cromatografică se desfăşoară în coloana cromatografică. Coloanele în cromatografia de gaze pot fi clasificate în următoarele tipuri: [92] 1) Coloane umplute, în care umplutura este reprezentată de către faza staţionară depusă pe un suport inert, iar materialul astfel rezultat este introdus mecanic într-o coloană (metalică sau silice topită, cu diametrul de ordinul mm şi lungimea de până la 1 m). 2) Coloane capilare (WCOT wall coated open tubular ) având pe peretele interior un film lichid imobilizat, cu grosime de strat între 0,1 şi 5 μm (de regulă 0,25 μm). Coloanele capilare sunt construite din silice topită sau borosilicat, acoperite la exterior dintr-un strat protector de polimer. Lungimea acestora este de până la 100 m, iar diametrul interior între 0,05 1 mm. Eficienţa acestora este foarte mare, separările cromatografice pe astfel de coloane atingând 5.000-10.000 talere/m lungime de coloană. 3) Coloane capilare având pe peretele interior depus un strat cu grosimea de cel mult 30 μm, alcătuit din particule ale unui suport inert (de exemplu, pământ diatomeic) pe care este depusă faza staţionară propriu-zisă dată de un film lichid cu grosimea de maximum 1 μm (SCOT support-coated open tubular ). Imaginile secţiunilor acestor două tipuri de coloane capilare sunt redate în figura următoare. 148
WCOT SCOT Perete Strat imobilizat Particule de suport Fig. 10.1. Secţiunea printr-o coloană de tip WCOT şi SCOT. 10.3. Faze staţionare în cromatografia gaz-solid (GSC) Faza staţionară este solidă şi este dată de un adsorbant. De aceea GSC mai este denumită şi cromatografie de adsorbţie. O serie de avantaje ale acestor faze staţionare faţă de cromatografia gaz-lichid (GLC) pot fi menţionate: - stabilitatea mare peste un interval de temperaturi mai larg; - mai puţin sensibile la acţiunea oxigenului; - fenomenul de degradare a fazei staţionare (aşa-numitul efect de bleeding ) este practic inexistent; - selectivitatea mai bună la separarea de izomeri geometrici sau izotopici; - selectivitatea mai bună faţă de compuşi anorganici, sau organici cu mase moleculare mici. Principalii adsorbanţi utilizaţi ca faze staţionare [93] în cromatografia gaz-solid sunt: 1) SiO 2 (silice), tratată termic la temperaturi de 700-950 C. 2) Alumina (Al 2 O 3 ), tratată termic. Aceşti doi adsorbanţi pot fi utilizaţi la separarea de hidrocarburi saturate şi nesaturate, cu mase moleculare mici, a derivaţilor halogenaţi inferiori, sau chiar a unor derivaţi ai benzenului. 3) C grafitizat se obţine prin încălzirea negrului de fum la temperaturi ridicate (aproximativ 3000 C), într-o atmosferă de gaz inert. Astfel, în timpul procesului termic are loc formarea unor microcristalite de tip grafit. etenţia analiţilor pe C grafitizat poate fi explicată pe baza accesibilităţii acestora la două tipuri de centre active de adsorbţie: a) Marea majoritate a acestora sunt nepolare şi corespund unei reţele de atomi de C de tip grafitic. Aceste centre de adsorbţie nu arată o preferinţă pentru analiţii conţinând grupări funcţionale polare. Forţele de dispersie stau la baza separărilor între analiţi. b) Centrele de adsorbţie polare sunt într-o mică proporţie în matricea adsorbantului de tip C grafitizat, dar pot da interacţii puternice cu analiţii polari. Tratamentul preliminar al acestui adsorbant poate conduce la o reducere semnificativă a acestora. Astfel, prin încălzirea la 1000 C, într-un curent de H 2, are loc o dezactivare a centrilor activi alcătuiţi din complecşi de suprafaţă ai oxigenului, în timp ce spălarea cu HClO 4 sau H 3 PO 4 elimină complecşii bazici carbon-oxigen sau sulful sub formă de sulfuri. [94] 149
4) zeoliţi, bile polimerice poroase sau ciclodextrine sunt utilizate la separarea de compuşi anorganici sau organici gazoşi, cu dimensiuni moleculare mici, principiul de separare fiind acela al excluziunii sterice. De exemplu, componentele aerului (N 2, O 2, Ar, CO 2 ), dar şi unii poluanţi anorganici (CO, CH 4 ) pot fi separate pe coloane umplute cu zeoliţi (faza staţionare numite şi site moleculare), cu diametrul porilor de 5A. Dacă se utilizează polimeri poroşi, O 2, N 2, Ar, NO sau CO, nu pot fi separate, din cauza porilor prea mari. Câteva exemple din cei mai importanţi adsorbanţi, de tip anorganic sau organici, utilizaţi în GSC şi comercializaţi sunt redaţi în tabelul 10.1. [95] Tabel 10.1. Adsorbanţi anorganici sau organici utilizaţi în GSC. Tip adsorbant Nume comercial Suprafaţa specifică Diametrul porilor (m 2 /g) (nm) Spherosil XOA 400 Spherosil XOA 200 300 500 140-230 8 15 Silice Spherosil XOB 075 Spherosil XOB 030 Spherosil XOB 015 75 125 37 62 18-31 30 60 125 C grafitizat Polimeri poroşi Spherosil XOC 005 5-15 300 Porasil B 125 250 10 20 Porasil C 50-100 20-40 Carbopack B 100 - Carbopack C 12 - Carbosieve 1000 1,3 Spherocarb 1200 1,5 Chromosorb 101 (răşini poliaromatice) < 50 300-400 Porapak P sau Q (copolimeri ai stirenului > 500 7,5 cu etilvinilbenzen) Ciclodextrinele sunt oligozaharide, conţinând unităţi de glucopiranoză, conformaţia scaun, legate între ele în poziţiile 1,4. α-ciclodextrina conţine 6 unităţi de glucoză, β-ciclodextrina conţine 7 astfel de unităţi, iar γ-ciclodextrina conţine 8 unităţi. Geometria acestor molecule este de trunchi de con, cu ambele capete deschise. Interiorul cavităţii conţine doar grupări metilenice sau puntea glicozidică, structură ce conferă compuşi unele proprietăţi hidrofobe şi o densitate electronică mare (datorită O), care să participe la formarea de asociaţii moleculare cu compuşii de separat. Astfel că separarea componenţilor unei probe are la bază stabilitatea acestor asociaţii moleculare: cu cât moleculele unui component formează asociaţii mai stabile cu ciclodextrinele, cu atât retenţia acestuia este mai mare. Molecule mari de compuşi care nu pot pătrunde în cavitatea ciclodextrinei nu vor interacţiona cu ea şi astfel vor elua mai rapid din coloană prin comparaţie cu unele molecule mici, ce pot pătrunde în interiorul cavităţii. Grupările hidroxil libere sunt alchilate sau acilate total, astfel încât nu vor interacţiona prea puternic cu eventuale grupări polare ale compuşilor separaţi. Fixarea acestor faze staţionare pe pereţii unei capilare se poate face prin dizolvarea lor în polidimetilsiloxan (total apolar), 150
care aderă astfel la pereţii coloanei. Domeniul de temperatură în care pot fi folosite ciclodextrinele ca faze staţionare este 30-250 C. Principala utilizare a acestor faze staţionare este în separarea izomerilor de poziţie, geometrici sau optici (enantiomeri sau diasteroizomeri). [96] De exemplu, β-ciclodextrina poate separa izomerul trans- de izomerul cis- ai 2-metilciclohexanolului. 10.4. Faze staţionare în cromatografia gaz-lichid (GLC) Fazele lichide în GC nu sunt lichide propriu-zise; ele au aspect de clei, sau gumă (de unde şi denumirea lor în engleză de gums ). Mobilitatea lor le aseamănă cu lichidele, iar această proprietate este utilizată la depunerea lor pe pereţii capilarei sau pe particulele unui suport inert. Particulele inerte pot fi pământuri diatomeice sau silicagel silanizat (inertizat) prin una din procedurile următoare: O + ( ) 3 SiCl Trimetilclorsilan - HCl Si O O Si O + ( ) 3 Si-NH-Si( ) 3 Hexametildisilazan - NH 3 Si Si O O Si O Si Silicagel Cele mai cunoscute faze staţionare în GLC sunt uleiurile polisiloxanice. [97] Acestea sunt utilizate în cadrul celor două variante de GLC (WCOT, SCOT). Sinteze uleiurilor polisiloxanice porneşte de la derivatul dietoxi- al,-silanului şi urmează următoarele două procese chimice de transformare: C 2 H 5 O Si OC 2 H 5 + 2 HOH (hidroliza) HO + 2 C 2 H 5 OH n HO (policondensare) ( Si O ) n + n HOH poli(,-siloxan) Funcţie de natura radicalului se cunosc mai multe tipuri de faze staţionare din clasa polimerilor siloxanici, având structurile generice date în tabelul 10.2. Caracteristicile acestor faze staţionare sunt următoarele: i) Masa moleculară medie (sau gradul de policondensare, n); ii) Polaritatea; iii) Stabilitatea termică; 151
iv) Domeniul de aplicaţii (clasa de compuşi separaţi); v) Selectivitatea separărilor. Stabilitatea termică a fazei staţionare este importantă, pentru că la temperaturi mai mari ale regimului de separare, faza staţionară să nu se descompună şi astfel să inducă produşi care să interfere cu analiţii din probă. In plus, prin degradare calităţile fazei staţionare se diminuează. Domeniul de temperatură în care pot fi utilizaţi aceşti polimeri este de la temperatura ambiantă până la 300-350 C, exceptând polietilenglicolul care peste 175-200 C se descompune. Stabilitatea termică depinde de natura radicalilor (de exemplu, trifluorpropil este cel mai stabil termic) şi de gradul de policondensare: cu cât n este mai mare, cu atât stabilitatea termică a fazei staţionare este mai mare. Se cunosc faze staţionare de tip polisiloxanic în care între doi atomi de Si sunt intercalate grupări aromatice, aşa cum se poate observa din exemplul următor: [ Si ] [ Si Si O ] O x y Polimerul de tip silfenilen este caracterizat de un domeniu mai larg de stabilitate termică (până la 400 C). De asemenea, s-au realizat structuri polisiloxanice conţinând structuri tridimensionale de tip carboranic, care s-au dovedit a fi utile în separările GC. Si O [ Si x [ ] Si O ] y La temperaturi ridicate, peste valorile indicate anterior, fazele staţionare de tip polisiloxanic încep să se degradeze, fenomen cunoscut sub numele de bleeding. De asemenea, prezenţa oxigenului şi a vaporilor de apă în gazul purtător utilizat ca fază mobilă în GC conduce în timp la diminuarea performanţelor coloanei. Ca faze staţionare în cromatografia de gaze în variantele WCOT sau SCOT, menţionate anterior, mai pot fi utilizate şi următoarele materiale: - polietilenglicolsuccinat; - polietilenglicoladipat (EGA); - polietilenglicoltereftalat; - polibutandiolsuccinat; - acizi graşi nemodificaţi; - derivaţi de tip polimeric halogenaţi; - Triton X-100; X-305; - polipropilenglicol; - sorbitol; - tricrezilfosfat. 152
Tabel 10.2. Tipuri de faze staţionare cu caracter lichid utilizate în GC. Structura chimică Denumire/caracter Aplicaţii Squalan Hidrocarburi alifatice cu p.f. C 30 H 62 * (nepolar) jos, amide inferioare, esteri ai acizilor graşi, terpene, Polidimetilsiloxan ( Si O ) (practic nepolară) n ( Si O ) ( Si O ) n m Denumirea comercială: OV-1; SE-30 Poli(fenilmetildimetil)siloxan (slab polară) etc, Compuşi polari; de ex. alcaloizi, derivaţi volatili ai amino-acizilor, pesticide, fenoli derivatizaţi, etc Unele medicamente, pesticide, PAHs, PCBs, ( Si O ) n Denumirea comercială: OV-3; SE-52 Poli(fenilmetil)siloxan (mediu polară) Pesticide, medicamente, steroizi, etc. Denumirea comercială: OV-17 Polimetiltrifluorpropilsiloxan ( Si O ) ( Si O ) (polar) n m CH 2 CH 2 CF 3 Denumirea comercială: OV-210 Polimetilcianopropilsiloxan ( Si O ) ( Si O ) (polar) n m Compuşi halogenaţi, aldehide şi cetone, unele medicamente, fenoli derivatizaţi, aminoacizi derivatizaţi, etc. Nitrili, sisteme aromatice, steroizi CH 2 CH 2 CH 2 CN [ CH 2 CH 2 O] n Denumirea comercială: OV-275 Polietilenglicol (Denumirea comercială: Carbovax 20M) Aldehide, esteri, eteri, fenoli derivatizaţi * Structura este următoarea: [98] H 3 C 153
10.5. Parametri şi tipuri de eluţie în GC Alegerea fazei staţionare în cromatografia de gaze pe coloane capilare depinde de natura analiţilor din probă. Numărul analiţilor care pot fi separaţi pe astfel de coloane poate atinge ordinul sutelor. Pentru fazele staţionare mediu polare şi polare separarea între analiţii din probă se face pe baza interacţiilor moleculelor cu grupările polare din faza staţionară. Analiţii care participă la interacţii mai puternice cu faza staţionară vor elua mai târziu din coloană decât analiţii care interacţionează mai slab. Pentru fazele staţionare nepolare sau slab polare separarea este practic dată de diferenţa punctelor de fierbere ale analiţilor. Aceasta poate rezulta şi din prezentarea teoretică a procesului GC utilizând faze staţionare lichide. Factorul de capacitate al unui analit i, notat cu k i, este corelat cu constanta de partiţie a analitului între cele două faze prin relaţia cunoscută: V k' s i = Ki (10.1) Vm, în care expresia constantei de partiţie este dată de raportul: [i] s ni,s V K m i = = (10.2) [i] m ni,m Vs, în care n i,s şi n i,m reprezintă numărul de moli din analitul i din faza staţionară, având volumul V s, respectiv din faza mobilă având volumul notat cu V m. Legea gazelor ideale poate fi scrisă pentru fiecare analit i din faza mobilă astfel: sau: pi Vm = ni, m T (10.3) pi = [i] m T (10.4) fiind constanta gazelor, iar T - temperatura absolută din coloană. Legea lui Henry exprimă relaţia între p i şi presiunea de vapori a analitului i în stare pură (p i 0 ) astfel: 0 pi = x i,s γi,s pi (10.5), în care γ i, s este coeficientul de activitate al analitului i în faza staţionară la diluţie infinită, iar x i,s este fracţia molară a analitului i din faza staţionară şi poate fi scrisă într-o formă aproximativă astfel: n i,s n i,s x i,s = (10.6) n i,s + n s n s, deoarece numărul de moli de fază staţionară (n s ) este mult mai mare decât numărul de 154
moli de analit i din faza staţionară (n i,s ). De aici rezultă relaţia între p i şi p i 0 : n i,s 0 pi = γi,s pi n s (10.7) Concentraţia de analit i din faza mobilă devine: 0 pi n i,s γi,s pi [i] m = = T n s T (10.8) Constanta de partiţie din 10.2 poate fi rescrisă astfel: [i] s n s T K i = 0 n i,s γi,s pi n s T = 0 Vs γi,s pi (10.9) Introducând expresia K i în relaţia 10.1 se va obţine următoarea dependenţă a factorului de capacitate pentru analitul i: n s T k' i = 0 Vm γi,s pi (10.10) Conform acestei relaţii trei parametrii influenţează retenţia în cromatografia de gaze utilizând faze staţionare de tip lichid: T, p 0 i şi γ i, s. Pentru o coloană dată n s şi V m sunt aproximativ constante. Natura fazei staţionare se regăseşte în coeficientul de activitate al analitului, notat cu γ, care depinde de tipul de fază staţionară cu care analitul i interacţionează şi de temperatură. Presiunea de vapori a analitului pur depinde de natura acestuia şi de temperatură. Astfel că pentru o temperatură dată analiţii se vor separa în funcţie de p 0 i, dacă coeficienţii de activitate ai acestora nu diferă foarte mult (în special când faza staţionară este nepolară). In cazul fazelor staţionare polare apar interacţii specifice analiţilor, iar coeficientul de activitate γ poate diferi foarte mult de la analit la analit, influenţând ordinea de eluţie. Aşadar, dependenţa de temperatură nu este cea explicită din rel 10.10 (asta ar însemna că factorul de capacitate să crească odată cu creşterea temperaturii, ceea ce practic nu se observă), ci implicită, prin coeficientul de activitate γ i, s, dar mai ales prin dependenţa presiunii de vapori de temperatură. Ecuaţia generală care redă dependenţa presiunii de vapori a substanţelor pure de temperatură este una empirică (dedusă din ecuaţia Clausius-Clapeyron), de forma: [43] 0 1 c ln p a b ln i i = i i (10.11) T T, în care parametrii empirici a i, b i şi c i sunt determinaţi experimentali. Introducând expresia lui p i 0 în relaţia generală a factorului de capacitate k i de mai sus, va rezulta că dependenţa acestuia de temperatură este o funcţie invers proporţională, ceea ce este în 155
acord cu rezultatele experimentale, care arată că prin creşterea temperaturii din coloană k scade. egimul de temperatură aplicat în separarea GC poate fi la temperatură constantă (izotermică) sau cu modificarea temperaturii pe parcursul separării cromatografice (gradient de temperatură). Cel mai utilizat gradient pentru temperaturii este cel linear (viteza de creştere a temperaturii este constantă în timp), aplicat o dată sau chiar de mai multe ori pe parcursul unei separări, pentru diverse viteze de modificare a temperaturii (ΔT/Δt). Gradientul de temperatură se aplică în special atunci când în amestecul probei se găsesc analiţi cu diferenţe mari între punctele lor de fierbere. 10.6. Indici de retenţie în GC In cromatografia de gaze, pentru o serie omoloagă de compuşi organici, între factorul de capacitate (k n ) sau timpul de retenţie (t ) şi numărul atomilor de C din moleculă (n C ) există o relaţie empirică, de forma: lg k' n = α + β n C (10.12), în care α şi β sunt parametri de regresie lineară. Această relaţie depinde de condiţiile experimentale în care au loc separările, de dimensiunile coloanei cromatografice şi de natura fazei staţionare. Parametrii α şi β se stabilesc experimental, pentru clase de compuşi organici, studiaţi în acelaşi regim termic de eluţie cromatografică. Astfel că, parametrii empirici α şi β nu au aceleaşi valori pentru, de exemplu, seria alcanilor şi seria derivaţilor halogenaţi inferiori. Prin urmare, utilizarea acestei relaţii în scopuri calitative este limitată de condiţiile experimentale şi se poate aplica doar la o serie omoloagă de compuşi. In scopul utilizării datelor de retenţie pentru identificări de compuşi organici s-au propus diferite mărimi empirice, dintre care datorită simplităţii sale, indicele de retenţie propus de Kovats a fost cel mai acceptat. Indicele Kovats Acest indice de retenţie încearcă a elimina relativitatea parametrilor de retenţie prin introducerea unor referinţe, faţă de care să se compare timpul sau factorul de retenţie al unei separări cromatografice pentru un analit. In acest scop, Kovats a introdus două referinţe: alcanul cu acelaşi număr de atomic de carbon în moleculă (n) cu analitul i, care experimental va elua înaintea analitului i (k i > k n ), iar a doua referinţă va fi alcanul cu (n + z) atomi de C în moleculă, care va elua după analitul i (k i < k n+z ). Formula propusă de Kovats pentru stabilirea indicelui de retenţie pentru un analit i (notat cu I r,i ) este următoarea: lg k' i lg k' n Ir,i = 100 (z + n) lg k' n+ z lg k' n (10.13), în care k i este factorul de capacitate al unui analit notat cu i; k n si k n+z reprezintă factorul de capacitate corespunzător alcanului cu n atomi de C în moleculă, respectiv 156
(n+z) atomi de C în moleculă. Conform acestei definiţii, alcanii vor avea întotdeauna indici de ordinul sutelor: de ex. hexanul va avea I r egal cu 600, heptanul va avea I r = 700, s.a.m.d. De asemenea, termenii unei serii omoloage au valori pentru I r, pentru aceiaşi coloană cromatografică, care diferă între ei prin 100. Ţinând cont de relaţiile 9.11 şi 9.12, formula de calcul a indicelui Kovats poate fi modificată în funcţie de timpii de retenţie ajustaţi ai analitului i (t,i ), ai alcanului cu n atomi de C (t,n ) şi ai alcanului cu (n+z) atomi de C (t,n+z ): ' t,i lg ' t,n Ir,i = 100 (z + n) ' t,n+ z lg ' t,n (10.14) Indicele de retenţie Kovats nu depinde de unii parametri experimentali, precum: viteza fazei mobile, factorul constructiv al coloanei (raportul de volum al fazei staţionare/faza mobilă) sau lungimea coloanei. In schimb, I r,i depinde de natura fazei staţionare şi de temperatura coloanei cromatografice. Diferenţa valorilor I r pentru anumit compuşi-test, obţinută pe două faze staţionare diferite, poate fi utilizată ca un indicator al diferenţei de polaritate între cele două faze staţionare. Indicele ohrschneider/mceynolds Găsirea unei modalităţi de caracterizare a polarităţii unei faze staţionare este datorată contribuţiilor lui ohrschneider şi Mceynolds. Experimental, se înregistrează o diferenţă a indicelui de retenţie a unui analit cu grupări funcţionale polare pe o coloană nepolară, faţă de una polară. Astfel, un analit cu o grupare polară (hidroxil de exemplu) are o valoare a indicelui de retenţie pe o fază staţionară ca squalan (considerată ca cea mai nepolară), cu care interacţionează doar prin intermediul părţii hidrocarbonate din moleculă, şi altă valoare pe o faza staţionară polară, pentru care interacţiunea dipol-dipol este mult mai mare decât forţele de dispersie London care intervin în primul caz. De aceea, ohrschneider şi Mceynolds au propus ca măsură a polarităţii unei faze staţionare diferenţa indicilor de retenţie (Λ) al unor analiţi-test (în număr de 5), măsurat pentru faza staţionară polară şi squalan (cea mai nepolară, considerată ca referinţă): f.st.polara squalan Λ analit(i) = I r,analit(i) I r,analit(i) (10.15) 5 Λ = Λ i (10.16) i= 1 Se consideră că din punct de vedere practic, dacă diferenţa Λ pentru două faze staţionare este mai mică decât 200, atunci cele faze staţionare au aceiaşi polaritate. In tabelele 10.3 şi 10.4 sunt redate lista cu 5 analiţi-test de referinţă, precum şi valorile indicilor ohrschneider/mceynolds pentru câteva faze staţionare de tip 157
polisiloxanic sau polietilenglicol. Tabel 10.3. Lista a 5 analiţi-test utilizaţi pentru estimarea polarităţii unei faze staţionare. Analit-test Constanta Tip de interacţie ohrscheneider/ Mceynolds Dipol-dipol π-complex Legătura de H Benzen Λ 1 Nu Donor - 1-Butanol Λ 2 Da Da 2-Pentanonă Λ 3 Da Acceptor - 1-Nitropropan Λ 4 Da Acceptor - Piridină Λ 5 Da Donor - eprezentativ pentru Olefine, compuşi aromatici Alcooli, fenoli, acizi, amide Aldehide, cetone, esteri Nitro-, nitriloderivaţi Amine, compuşi aromatici Tabel 10.4. Valorile indicilor ohrschneider/mceynolds pentru cei 5 analiţi-test folosind faze staţionare de tip polisiloxanic şi polietilenglicol (PEG 20M). Faza staţionară Compoziţie Λ 1 Λ 2 Λ 3 Λ 4 Λ 5 Λ Squalan C 30H 62 0 0 0 0 0 0 Dimetil- 100% - 17 57 45 67 43 229 5% C 6H 5-32 72 65 98 67 334 Fenilmetil 50% C 6H 5-119 158 162 243 202 884 75% C 6H 5-178 204 208 305 208 1103 Cianopropilfenil 6% (CH 2) 3CN 50 115 107 164 103 539 dimetil 50% (CH 2) 3CN 227 373 336 489 398 1823 PEG 20M -(CH 2-CH 2-O) n- 322 536 368 572 510 2308 10.7. Componentele unui sistem GC Un cromatograf de gaze are trei componente principale: injectorul, camera de termostatare a coloanei cromatografice şi sistemul de detecţie (unul sau mai mulţi detectori). Acestora li se alătură sursa de gaz purtător pentru realizarea fazei mobile a separării prin GC. Injectorul permite plasarea probei în capătul coloanei, într-o zonă cât mai îngustă cu putinţă. Proba în GC poate fi gazoasă sau lichidă; atunci când proba este lichidă, componenţii probei trebuie să fie volatili şi stabili termic la temperatura injectorului, precum şi pe intervalul de temperatură în care se face separarea cromatografică (domeniul de temperatură obişnuit pentru separările GC este 20-400 C). O reprezentare schematică a unui sistem GC este redată în Fig. 10.2. 158
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Timp (min) 14 Cilindru cu gaz purtător Injector Cromatograf de gaze Detectori Controlor de debit D1 D2 Coloană Incintă termostată (cuptor) Absorbanta (mau) Fig. 10.2. eprezentarea schematică a structurii unui cromatograf de gaze + anexe. Faza mobilă în GC trebuie să fie inertă din punct de vedere chimic, de puritate înaltă (fără urme de apă sau oxigen), compatibilă cu tipul de detecţie aplicat şi convenabilă din punct de vedere al costului. Faza mobilă în GC mai este cunoscută şi ca gaz purtător, putând fi H 2, N 2, He sau Ar; gazul purtător poate fi produs de un generator de gaz (H 2 sau N 2 ), sau se găseşte stocat în cilindri metalici, de unde este adus cu un debit controlat de un reductor de presiune în sistemul cromatografic. Uneori debitul gazului purtător este prea mic faţă de volumul detectorului (în special când se folosesc coloane capilare), iar în acest caz se suplimentează necesarul cu un debit de aşa-numit make-up gas. Incinta termostatată (cuptorul) asigură regimul termic în coloana cromatografică. Temperatura fiind un parametru esenţial în separarea GC trebuie să fie uniformă pentru toată lungimea coloanei; fluctuaţii de temperatură influenţează procesul de retenţie cromatografică şi astfel exactitatea timpilor de retenţie ai analiţilor din probă, conducând în unele cazuri chiar la splitarea picurilor cromatografice. Instrumentele GC comercializate asigură ajustarea rapidă şi controlul temperaturii într-un interval de 50-450 C. Operarea în regim termic subambiental presupune utilizarea unui sistem criogenic de răcire, bazat pe N 2 sau CO 2 lichid. Sistemul de achiziţie şi prelucrare a datelor este utilizat şi pentru programarea unor parametrii ai separării (regimul de temperatura) sau parametrii sistemului de detecţie. Cromatograma poate fi văzută în timp real, iar gradul de prelucrare a acesteia depinde de complexitatea softului cu care este dotat calculatorul sistemului. 10.8. Sisteme de injecţie în GC Injectorul în GC este un subansamblu integrat sistemului cromatografic având rolul de a realiza transferul exact şi reproductibil, selectiv sau neselectiv, al probei luate în analiză, de la operatorul sistemului către coloana cromatografică, fără însă a induce perturbaţii majore în raport cu parametrii procesului de separare cromatografică. Injectorul este o interfaţă între operator şi sistemul cromatografic, care permite introducerea manuală sau automată a probei şi transferul acesteia către coloană. 159