GASCROMATOGRAFIA
INTRODUZIONE
La Gascromatografia è una tecnica analitica utile per separare
componenti o soluti di una miscela, sulla base delle quantità
relative di ogni soluto, distribuite fra un carrier gas ed una fase
stazionaria contigua.
La fase stazionaria può essere composta da un liquido o un solido.
I movimenti cinetici delle molecole fanno si che vi sia un continuo
scambio di molecole di soluto fra le due fasi.
Se un particolare soluto, si distribuisce prevalentemente nella fase
gassosa, le molecole passeranno la maggior parte del loro tempo
nel carrier e saranno trasportate lontano dagli altri soluti che
invece sono maggiormente trattenuti dalla fase stazionaria.
Per una data specie, il rapporto fra il tempo speso nella fase
mobile e quello speso nella fase stazionaria, è uguale al rapporto
delle concentrazioni in queste fasi, conosciuto come coefficiente
di ripartizione.
Le forze che permettono la migrazione del soluto sono dovute al
movimento del gas di trasporto, mentre le forze che tendono a
trattenere il soluto sono date dall’affinità per la fase stazionaria. La
combinazione di queste forze produce la separazione.
I detector gascromatografici, rilevano i vapori di soluto appena
essi emergono dalla colonna e interagiscono con esso.
Il detector converte questa interazione in segnale elettrico che
viene inviato ad un elaboratore (registratore, computer).
L’area o l’altezza di questo segnale viene riportata su un grafico
contro il tempo d’analisi (a partire dal momento in cui il campione
è stato iniettato), e viene generato un cromatogramma.
Alcuni detector sono sensibili a qualunque tipo di soluto che
eluisce dalla colonna, mentre altri rispondono solo a soluti con
strutture specifiche, particolari gruppi funzionali o particolari atomi.
I componenti basilari di un gascromatografo sono: il gas di
trasporto (carrier), l’iniettore, la camera termostatata (forno o
oven), la colonna, il rivelatore (detector) ed il registratore.
Rappresentazione schematica di un sistema gascromatografico.
CARRIER GAS
Il gas di trasporto deve essere chimicamente inerte. I gas più
comunemente usati sono l’Elio, l’Argon, l’Azoto e l’Idrogeno.
La scelta del carrier spesso può dipendere dal tipo di detector che
si deve usare.
INIETTORE
Il più comune metodo di introduzione del campione è quello che
prevede l’utilizzo di una microsiringa che, dopo aver forato un
setto di gomma, introduce il campione in una camera di
vaporizzazione (calda) posta in testa alla colonna.
La temperatura dell’iniettore è in genere 50°C più alta rispetto alla
temperatura di ebollizione del componente meno volatile presente
nella miscela da analizzare.
Per ottenere la migliore efficienza della colonna, bisogna iniettare
piccole quantità di campione. Nelle colonne attualmente utilizzate
vengono iniettati massimo 2 μL.
Grandi quantità di campione, iniettate lentamente, producono
scodamenti dei picchi cromatografici e perdita di risoluzione.
COLONNE CROMATOGRAFICHE
I moderni gascromatografi utilizzano colonne capillari. Sono
formate da lunghi tubicini (capillari) di silice fusa con diametro
interno di pochi decimi di millimetro.
Nelle colonne capillari, la fase stazionaria è generalmente
supportata dalle pareti interne del tubicino capillare; lo spessore
del film liquido è generalmente compreso tra 0.1 μm e 1 μm.
La fase stazionaria liquida deve avere particolari caratteristiche:
bassa volatilità, stabilità termica, inerzia chimica e capacità di
interagire con i soluti per dare una buona separazione.
Diversi tipi di colonne capillari
OVEN
Per poter ottenere risultati precisi e ripetibili, la temperatura del
forno deve poter essere controllata con la precisione del decimo
di grado.
Per una determinata analisi la temperatura ottimale della colonna
dipende dal punto di ebollizione del campione.
Se abbiamo una miscela di composti aventi punti di ebollizione
molto differenti tra loro, allora dobbiamo usare una programmata
termica.
La temperatura della colonna verrà aumentata continuamente o
per steps man mano che la separazione procede.
DETECTORS
Ci sono molti detector che possono essere usati in
gascromatografia. Detector differenti avranno diversa selettività.
Detector non selettivi rispondono a tutti i composti organici, i
detector selettivi rispondono a categorie di composti aventi
proprietà chimico-fisiche simili.
Le caratteristiche principali per valutare la risposta di un detector
sono: sensibilità, selettività e range dinamico. Nella pratica sono
utili anche la stabilità e la ripetibilità.
Detector ad ionizzazione di fiamma (FID)
Detector Azoto-Fosforo (NPD)
Trasformazione ed acquisizione dati
CROMATOGRAMMA
Il cromatogramma è la rappresentazione bidimensionale, in
funzione del tempo, della quantità di sostanza che eluisce dalla
colonna.
Il tempo intercorso tra l’inizio dell’esperimento e la rivelazione di
una sostanza, viene definito tempo di ritenzione.
Il tempo di ritenzione è perciò il tempo che ogni soluto passa
all’interno della colonna.
Esso è la somma del tempo speso dal soluto all’interno della fase
stazionaria e di quello passato nella fase mobile.
Il tempo di ritenzione di una sostanza non trattenuta dalla fase
stazionaria viene definito tempo morto.
La ritenzione di un composto può essere rappresentata anche dal
fattore di ritenzione k definito dall’equazione k = (tR-tM)/tM = t’R/tM
Siccome tutte le sostanze passano lo stesso tempo nella fase
mobile, il fattore di ritenzione è una misura della ritenzione nella
fase stazionaria.
Se un soluto possiede un fattore di ritenzione k = 6, esso sarà
ritenuto il doppio del tempo rispetto ad uno con k = 3.
Il fattore di separazione (selettività) rappresenta la distanza fra i
massimi di due picchi (adiacenti). Viene rappresentato
dall’equazione  = k2/k1 dove k1 e k2 sono i fattori di ritenzione dei
picchi 1 e 2.
L’efficienza di una colonna cromatografica viene determinata per
mezzo del numero dei piatti teorici (N).
Una colonna con N grande è più efficiente di una con un numero
di piatti teorici più basso.
I piatti teorici sono una misura indiretta della larghezza di un
determinato picco ad uno specifico tempo di ritenzione.
Per poter paragonare colonne differenti è più utile utilizzare il
numero di piatti teorici per metro (N/m).
Un altro modo di esprimere l’efficienza di una colonna è quello di
calcolare l’altezza equivalente del piatto teorico.
H=L/N
Dove L è la lunghezza della colonna ed N il numero di piatti teorici.
Risoluzione
Tanto maggiore è la risoluzione, tanto
sovrapposizione tra due picchi adiacenti.
minore
sarà
la
Infatti la separazione altro non è che la distanza tra i massimi di
due picchi. Essa dipende anche dalla larghezza dei picchi.
Due picchi sono separati alla linea di base quando R  1.5; valori
di R < 1.5 indicano che vi è coeluizione tra I picchi.