CHIMICA ANALITICA - Università di Torino

Attività libera A.A.2015/2016
La Chimica Analitica applicata in campo erboristico
Metodi Strumentali
Dott.ssa Giacomino Agnese
0116705249
[email protected]
LA CHIMICA ANALITICA APPLICATA IN CAMPO ERBORISTICO:
METODI STRUMENTALI
Perché la chimica analitica
a Tecniche Erboristiche?
Per altri corsi
Per lo stage e per la prova finale
Per il futuro lavorativo
PROGRAMMA DEL CORSO
•
Concetti di base
•
Metodi spettroscopici di analisi
•
•
•
•
Spettroscopia atomica di assorbimento
Spettroscopia atomica di emissione
Laboratorio Torino
Laboratorio Torino
Metodi elettrochimici di analisi
•
Potenziometria
(Laboratorio Torino)
•
Conduttimetria
•
Voltammetria
(Laboratorio Torino)
Laboratorio Torino
Metodi cromatografici di analisi
•
Gascromatografia
Via Giuria n.5
CORSI IN CUI SI UTILIZZA LA CHIMICA ANALITICA
Analisi dei composti biologicamente attivi di origine vegetale
• Lezioni teoriche
• Laboratorio
Chimica degli alimenti
• Lezioni teoriche
• Laboratorio
STAGES E PROVA FINALE
Aziende che producono integratori alimentari
Aziende che producono cosmetici
Aziende che coltivano, confezionano e rivendono droghe vegetali
Aziende che trasformano alimenti o producono aromi
ARPA Piemonte
Università
FUTURO LAVORO
Aziende che producono integratori alimentari
Aziende che producono cosmetici
Aziende che coltivano, confezionano e rivendono droghe vegetali
Aziende che trasformano alimenti o producono aromi
Ma io aprirò un’erboristeria,
cosa me ne faccio della chimica
analitica?
Molti articoli su riviste di erboristeria descrivono studi e
parlano di analisi chimica
Posso capire un certificato di analisi allegato a un
prodotto, o chiedere spiegazioni ai venditori
Posso fare bella figura con i clienti
ANALISI CHIMICA STRUMENTALE
CONCETTI GENERALI
•
•
•
Si sfrutta una proprietà dell’analita
Principali proprietà sfruttate:
– ottiche
– elettriche
– termiche
Esecuzione di una misura strumentale
• Si introduce il campione (contenente l’analita) nello strumento
• Si fa in modo che l’analita dia luogo ad un segnale (es. assorbimento di
radiazioni, assorbimento di calore…) proporzionale alla sua
concentrazione.
• Un componente dello strumento (rivelatore, in inglese detector) converte il
segnale dell’analita in un segnale elettrico.
• Il segnale elettrico è misurato e amplificato da opportuni circuiti.
• Lo strumento è interfacciato a un computer (o a un registratore di segnali)
che visualizza il segnale (molto spesso sotto forma di un picco, la cui
altezza è proporzionale alla concentrazione di analita)
SPETTROSCOPIA OTTICA
Principio
• Raggruppa le tecniche di analisi basate sull’ assorbimento o emissione di
radiazioni elettromagnetiche
Scopo
Ottenere informazioni:
• qualitative (quali elementi o composti sono presenti in un campione?)
e
• quantitative (qual è la loro concentrazione?)
sugli analiti presenti in un campione
LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
Possono essere considerate come:
• onde che si muovono alla velocità della luce
• particelle (quanti) di energia chiamati fotoni.
Caratteristiche principali:
• Lunghezza d’onda : distanza tra due massimi o minimi di un’onda
• Frequenza : numero di cicli in un secondo (proporzionale all’energia: E = h)
• Lunghezza d’onda e frequenza sono inversamente proporzionali. Quindi:
piccola lunghezza d’onda  alta frequenza  alta energia
grande lunghezza d’onda  bassa frequenza  bassa energia
L = lunghezza d’onda 
LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Lo spettro elettromagnetico è l’insieme delle radiazioni elettromagnetiche esistenti in natura, che
hanno nomi diversi a seconda della lunghezza d’onda e frequenza.
Si va da:
Onde radio: grande lunghezza d’onda  bassa frequenza  bassa energia
Fino a:
Raggi cosmici: piccola lunghezza d’onda  alta frequenza  alta energia
Energia crescente da onde radio a raggi cosmici
Lunghezza d’onda crescente da raggi cosmici a onde radio
LA LUCE VISIBILE
•
•
•
La luce visibile (luce bianca) è l’insieme delle radiazioni con lunghezza d’onda da 380 a 780
nm: sono le lunghezze d’onda a cui l’occhio umano è sensibile
E’ la somma di componenti colorate (dal violetto al rosso passando per il blu, il verde, il
giallo ecc.), cioè radiazioni aventi lunghezze d’onda comprese nell’intervallo sopra indicato.
Perché un oggetto ci appare colorato? Perché assorbe solo ALCUNE componenti della luce
bianca e ne trasmette altre
LE RADIAZIONI ULTRAVIOLETTE
•
•
Sono radiazioni con lunghezza d’onda compresa tra 10 e 380 nm.
Hanno quindi lunghezza d’onda minore e frequenza ed energia maggiore rispetto alle
radiazioni visibili
ASSORBIMENTO ED EMISSIONE DI RADIAZIONI
•
Tutte le molecole e gli atomi sono caratterizzati da stati (livelli) energetici ben definiti.
Assorbimento di una radiazione
•
Un fotone viene assorbito se la sua energia è uguale alla differenza di energia tra uno stato
a energia più bassa e uno a energia più bassa più alti (stato eccitato) di un atomo o di un
composto.
•
L’energia del fotone è trasferita alla particella
M + h
M*
•
Dopo un breve periodo (10-6 – 10-9 s) la specie eccitata si rilassa al suo stato originario.
Emissione di una radiazione
•
Una specie chimica (atomo, ione, molecola) che riceve energia (ad esempio per
riscaldamento) passa a livelli energetici superiori: viene cioè eccitata.
•
La specie eccitata ritorna ad un livello energetico più basso emettendo radiazioni
elettromagnetiche (le radiazioni sono una forma di energia!).
SPETTRO DI ASSORBIMENTO
E’ un grafico che riporta l’entità dell’assorbimento in funzione della lunghezza d’onda.
Esempio di spettro:
Assorbimento (assorbanza)
•

SPETTRO DI EMISSIONE
•
E’ un grafico che riporta l’entità dell’emissione (potenza della radiazione
emessa) in funzione della lunghezza d’onda.
ASSORBIMENTO MOLECOLARE
•
•
•
In una molecola, ad ogni stato energetico elettronico sono associati stati vibrazionali
Le transizioni elettroniche sono accompagnate da transizioni vibrazionali (dallo stato
fondamentale a diversi livelli vibrazionali degli stati elettronici eccitati).
Avvengono quindi molte transizioni a lunghezza d’onda molto ravvicinata. Gli spettri hanno
l’aspetto di bande.
Tratto da Skoog, West,
“Fondamenti di Chimica
Analitica”, Ed. EDISES, Napoli
Esempio di spettro a bande
Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli
Diagramma dei livelli energetici e dell’assorbimento di
radiazioni da parte di una molecola
ASSORBIMENTO DA PARTE DI ATOMI
•Negli atomi allo stato gassoso non ci sono stati energetici vibrazionali.
•Poche frequenze sono attenuate dall’assorbimento. Si ha quindi uno spettro a righe.
Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli
a)
Spettro di assorbimento per vapori di sodio.
b)
Diagramma parziale dei livelli energetici per il sodio. Si
evidenziano le transizioni risultanti dall’assorbimento a 590, 330
e 285 nm
SPETTROSCOPIA ATOMICA – INTRODUZIONE - 1
Principio
• I componenti del campione sono portati in forma atomica (atomi o ioni singoli) in
fase gassosa
• Si valuta l'interazione tra gli analiti e la radiazione elettromagnetica.
Tecniche principali
• assorbimento atomico
• emissione atomica
• fluorescenza atomica (poco utilizzata)
SPETTROSCOPIA ATOMICA – INTRODUZIONE - 2
Spettroscopia (o spettrometria) di assorbimento atomico (AAS)
• Una radiazione monocromatica di lunghezza d'onda caratteristica dell'elemento
da determinare è fatta passare attraverso il vapore atomico.
• Parte della radiazione è assorbita dagli atomi dell'analita e la quantità non
assorbita viene misurata al fine di calcolare l’assorbanza e determinare la
concentrazione cercata.
ASSORBIMENTO ATOMICO
Monocromatore
Lampada
Fiamma
o Fornetto
Detector
Tratto da G. Saini, E. Mentasti, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. UTET
SPETTROSCOPIA ATOMICA – INTRODUZIONE - 3
Spettroscopia (o spettrometria) di emissione atomica (AES)
• Il campione viene riscaldato ad una temperatura che non soltanto produca la
dissociazione in atomi dei costituenti del campione, ma che inoltre ecciti una
frazione degli atomi
• Dagli stati eccitati, essi tendono a ritornare a stati con energia inferiore con
concomitante emissione di energia radiante.
• La radiazione emessa ad una opportuna lunghezza d'onda è utilizzata per
determinare la concentrazione dell'elemento da analizzare.
EMISSIONE ATOMICA
Monocromatore
Detector
Fiamma o
Plasma
Tratto da G. Saini, E. Mentasti, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. UTET
ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE
Schema
• Relazione tra chimica ed elettricità.
• Metodi elettroanalitici.
• Struttura delle celle elettrochimiche
• Funzionamento delle celle elettrochimiche
• Tipologie di cella elettrochimica
ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE
Relazione tra chimica ed elettricità
• Alla base delle relazione tra chimica ed elettricità ci sono le
reazioni di ossidoriduzione.
• Con una reazione di ossidoriduzione si trasferiscono elettroni da
una specie all’altra.
• Si può sfruttare la corrente, prodotta in seguito alla reazione di
ossidoriduzione, per compiere lavoro (pila).
• All’opposto si può applicare una ddp in una cella per far
avvenire una reazione di ossidoriduzione.
ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE 2
Metodi elettroanalitici
Sfruttano il legame tra chimica ed elettricità per la determinazione
qualitativa e quantitativa di analiti.
• Se gli elettroni scambiati vengono fatti fluire attraverso un
circuito esterno, si può avere informazioni di tipo chimico sul
sistema studiando il circuito:
• la quantità di elettroni che fluisce nel circuito (carica –
corrente) è proporzionale alla quantità di analita che
reagisce;
• la differenza di potenziale (ddp) che si misura è legata alla
concentrazione delle specie, alla loro natura chimica, e dà
informazioni sulla direzione della reazione (legge di
Nernst!).
Nota: non in tutti i metodi elettroanalitici si sfruttano reazioni di
ossidoriduzione!
CELLE ELETTROCHIMICHE
Le reazioni redox possono avvenire in due modi:
• mescolando direttamente l’ossidante e il riducente in un
contenitore;
• in una cella elettrochimica.
CARATTERISTICHE GENERALI DI UNA CELLA
ELETTROCHIMICA - 1
. Struttura
• E’ l’insieme di due semicelle.
• Semicella: conduttore (elettrodo) immerso in una soluzione
elettrolitica. Contiene una coppia redox. Due casi:
• elettrodo inerte in contatto con una coppia redox. Es.: elettrodo
di platino in contatto con la coppia Fe3+(aq)/Fe2+(aq) (in soluzione),
o con la coppia H2(g)/H+(aq)
• l’elettrodo è un componente della coppia redox. Es. lamina di
Cu immersa in una soluzione di Cu2+.
• Nella maggior parte dei casi le soluzioni che circondano i due
elettrodi sono differenti e devono essere separate per evitare
una reazione diretta tra i reagenti.
• Per limitare il mescolamento ma consentire un contatto tra le
soluzioni: giunzione liquida: ponte salino o setto poroso.
CARATTERISTICHE GENERALI DI UNA CELLA
ELETTROCHIMICA - 2
Semicella
CARATTERISTICHE GENERALI DI UNA CELLA
ELETTROCHIMICA - 3
Funzionamento
• Ad un elettrodo avviene la reazione di riduzione, all’altro avviene
la reazione di ossidazione.
• Per convenzione:
• elettrodo a cui avviene la riduzione: catodo.
• elettrodo a cui avviene l’ossidazione: anodo.
• Lo scambio di elettroni corrispondente alla reazione ha luogo
soltanto se si chiude il circuito, cioè se si collegano i due
elettrodi con un conduttore di elettroni (filo metallico).
• Trasporto di corrente nella cella:
• gli elettroni trasportano corrente attraverso gli elettrodi e il
conduttore esterno
• gli ioni trasportano corrente in soluzione.
CARATTERISTICHE GENERALI DI UNA CELLA
ELETTROCHIMICA - 6
Tipologie
• Celle galvaniche:
• la reazione globale di ossido-riduzione avviene
spontaneamente;
• la cella galvanica (pila) può essere utilizzata per produrre
energia elettrica
• Celle elettrolitiche:
• si applica d.d.p. tra i due elettrodi (  si fornisce energia);
• avviene una reazione redox non spontanea.
• Celle galvaniche: catodo positivo, anodo negativo
• Celle elettrolitiche: il contrario.
Catodo-riduzione
Anodo - ossidazione
CARATTERISTICHE GENERALI DI UNA CELLA
ELETTROCHIMICA - 7
Cella galvanica
+
Catodo-riduzione
Anodo - ossidazione
Tratto da Skoog, West, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. EDISES, Napoli
Cella elettrolitica
+
METODI ELETTROCHIMICI DI ANALISI
Metodi elettroanalitici
Sfruttano il legame tra chimica ed elettricità per la determinazione
qualitativa e quantitativa di analiti.
Si misurano grandezze elettriche (corrente, potenziale, carica,
resistenza…) che sono correlate a parametri chimici
• Metodi principali
• Potenziometria
• Voltammetria
• Conduttimetria
EQUAZIONE DI NERNST
Per la reazione redox generica:
mOss1 + pRid2
mRid1 + pOss2
p
m
RT a Rid1  a Oss2
E  E 
ln m
n
nF a Oss
1  a Rid 2
Il potenziale è legato alle attività delle specie che reagiscono
R è la costante universale dei gas, uguale a 8,314472 J K-1 mol-1
T è la temperatura assoluta in K
n è il numero di elettroni trasferiti nella semireazione
F è la costante di Faraday, uguale a 96485,309 C mol-1.
Promemoria!
POTENZIOMETRIA - 1
Principio
• Nel campione (in soluzione) si immergono due elettrodi.
• Si misura la differenza di potenziale tra i due elettrodi, detta
forza elettromotrice (f.e.m).
• La f.e.m. è correlata all’attività delle specie in soluzione.
• Il legame tra f.e.m. e attività è dato dall’equazione di Nernst (per
elettrodi classici) o da equazioni empiriche di forma analoga
(per elettrodi ionoselettivi)
POTENZIOMETRIA - 1
• Schema di una tipica cella per analisi potenziometriche:
El. di riferimento/ponte salino/soluzione da analizzare/el. indicatore
Tratto da D. Harris, “Quantitative Chemical Analysis”
Figura: esempio di elettrodo indicatore
POTENZIOMETRIA - 2
• Elettrodo di riferimento: semicella con potenziale elettrodico costante.
• Elettrodo indicatore: assume un potenziale che dipende dall’attività
dell’analita.
Ecella = Eind – Erif + Ej
• Ej = potenziale di giunzione (di solito trascurabile)
• Ogni variazione di potenziale è legata all’attività di
una sola specie.
• La concentrazione di analita è valutata a partire
da una retta di taratura.
• Strumento di misura: potenziometro.
• Misura la d.d.p. tra i due elettrodi senza
influenzarne lo stato di equilibrio.
Note
• la cella di misura è di tipo galvanico (avviene una reazione spontanea)
• la f.e.m. è misurata in condizioni di equilibrio (intensità di corrente nulla)
• il legame tra f.e.m. e concentrazione è dato dalla legge di Nernst (per elettrodi
classici) o da leggi empiriche di forma analoga (per elettrodi ionoselettivi)
ELETTRODI
• Definizione: è l’interfaccia tra un conduttore ionico ed un conduttore
elettronico, cioè il “luogo dei punti” in cui la conduzione passa da ionica ad
elettronica.
Elettrodi ionoselettivi
• Gli elettrodi più usati a scopi analitici sono gli elettrodi ionoselettivi (ISE)
• La parte “caratteristica” dell’ISE è una membrana, alla quale si lega
in modo selettivo l’analita.
• Un lato della membrana è a contatto con una soluzione a attività nota
dell’analita, l’altro lato è a contatto con la soluzione
• La d.d.p. all’interfaccia della membrana è legata alla concentrazione
dell’analita
• Equazione generale per la risposta di un ISE:
E = K +( 2,303RT/zF)log ai
Nota: l’equazione è valida in assenza di interferenze da parte di altri ioni. Altrimenti, in
presenza di un interferente j, si ha: E = K +( 2,303RT/zF)log (ai + kijajzi/zj)
ELETTRODO PER LA MISURA DEL pH
• L’ISE più utilizzato è quello per la misura del pH
(detto elettrodo a vetro o elettrodo a membrana di vetro)
Struttura
• Membrana a scambio ionico (a base di silicati) che separa una
soluzione a concentrazione nota in H+ (= soluzione interna) dalla
soluzione del campione (= soluzione esterna).
• Grandezza di interesse:
Eb = differenza tra i potenziali alle due superfici
della membrana
Soluz. 2
(interna)
(H+ nota)
Eb= E1 – E2.
• Eb dipende dalla concentrazione di H+ in soluzione
E2
E1
Campione
(soluzione 1)
Vetro
2
Vetro
1
ELETTRODI COMBINATI
• Invece di avere elettrodo indicatore e elettrodo di riferimento, per la misura
del pH si possono utilizzare elettrodi combinati che contengono l’elettrodo
a vetro e quello di riferimento (“esterno”) in un unico corpo.
L’elettrodo
combinato è il
tipo di elettrodo a
vetro più
utilizzato!
ISE - APPLICAZIONI
• Applicazioni degli ISE:
pH
anioni (fluoruri, solfuri, nitrati...)
cationi (sodio, calcio, rame, argento...)
gas (es. CO2)
sostanze organiche.
• Per ogni analita esiste un ISE con una membrana "selettiva" per l'analita stesso.
• Ci possono però essere interferenze, per cui un ISE selettivo per un certo ione
risente dell’interferenza di altri ioni (esempio: l’elettrodo per NH4+ risente
dell’interferenza di K+, quello per i NO3- risente dell’interferenza di Cl-)
• Applicazioni in campo biomedico: determinazione di Na, Ca, K, Cl in liquidi
corporei, di F in denti e scheletro.
• Altri campi di applicazione: ambiente, alimenti e bevande, agricoltura, industria
(galvaniche, cartiere...).
Potenziometria per misurare pH terreni → diffusione delle piante
Lupini spontanei, eriche, rododendri, mirtillo = reazione acida
Sulla, liquirizia e altre leguminose = reazione moderatamente basica
tipica dei terreni calcarei.
CONDUTTIMETRIA
• Principio: elettroliti in soluzione di solventi sufficientemente
polari conducono la corrente.
• La conduttanza di una soluzione
concentrazione degli ioni presenti.
Conduttanza
è
legata
al
tipo
e
1

R
R = resistenza della soluzione
 espressa in ohm-1 (Siemens). Dipende dalla temperatura, dalla
concentrazione e dal tipo di elettrolita.
• La conduttanza di una soluzione è la somma dei contributi di
tutti gli ioni presenti.
• La conduttimetria perciò non permette di distinguere le singole
specie in soluzione.
Applicazione principale
Purezza dell’acqua deionizzata
CROMATOGRAFIA - 1
Principio
• I componenti di una miscela sono separati
Promemoria!
• Dopo la separazione, i componenti raggiungono un rivelatore
che dà luogo ad un segnale proporzionale alla loro
concentrazione.
• Essi vengono identificate sulla base del tempo impiegato a
raggiungere il rivelatore (tempo di ritenzione)
CROMATOGRAFIA - 2
• Cosa si ottiene? Un CROMATOGRAMMA
• Cromatogramma: diagramma che riporta il segnale del
rivelatore in funzione del tempo
Promemoria!
CROMATOGRAFIA - 3
• Tempo di ritenzione: tempo tra l’iniezione di un campione e la
comparsa del picco del soluto al rivelatore
• Tempo morto: tempo richiesto ad una specie NON trattenuta per
raggiungere il rivelatore
• Analisi qualitativa: dai tempi di ritenzione
• Analisi quantitativa: dall’altezza o area del picco
Promemoria!
CROMATOGRAFIA - 4
Classificazione
Promemoria!
CROMATOGRAFIA
SU COLONNA
LIQUIDA
(LC)
GAS CROMATOGRAFIA
(GC)
A FLUIDO
SUPERCRITICO
(SFC)
PLANARE
GASCROMATOGRAFIA
• Fase stazionaria: liquido o solido (in colonna)
• Fase mobile: gas
Principio
• I soluti sono volatilizzati e iniettati in testa alla colonna
• L’iniettore e la colonna sono ad alta temperatura
• Il gas fluisce attraverso la colonna
• I soluti si ripartiscono tra la F.S. (che tende a trattenerli) e la
F.M. (quando volatilizzano in seguito all’alta temperatura)
• La fase mobile non ha interazioni specifiche con i soluti ma ha
solo effetto di trascinamento
La separazione dipende da:
• Affinità dei soluti per la F.S.
• Volatilità dei soluti
CLASSIFICAZIONE
a. Cromatografia gas- liquido (GLC)
• Fase stazionaria: liquido
• Fase mobile: gas
Separazione: i soluti si sciolgono nel liquido - il gas li trascina
b. Cromatografia gas- solido (GSC)
• Fase stazionaria: solido
• Fase mobile: gas
Separazione: i soluti si adsorbono sulla F.S. - il gas li trascina
• La tecnica più usata è la GLC.
GC - STRUMENTAZIONE
GC - COMPONENTI DELLA STRUMENTAZIONE
• Bombola di gas
• Regolatore di pressione
• Regolatore di flusso
• Partitore di flusso: una parte della FM va direttamente al
rivelatore (segnale di zero)
• Iniettore: per introdurre il campione. Può essere una siringa che
fora un setto in gomma siliconica, ma esistono anche altre
modalità di iniezione (qui non trattate)
• Colonna: avviene la separazione dei componenti del campione.
E’ inserita in un forno
• Rivelatore (detector)
• Sistema di acquisizione ed elaborazione del segnale (computer)
COLONNE PER GLC - 1
• Colonne impaccate
Supporto solido inerte + liquido impregnante
• Esempi di supporto solido:
- terra di diatomee (a base di silicati) opportunamente trattata.
Esempio di nome commerciale: Chromosorb P
- polimeri organici vari.
Esempi di nome commerciale: Chromosorb T, Porapak
• Liquidi: divisi in 4 classi a seconda della polarità
Esempi: idrocarburi a lunga catena (es. squalano, C-30), siliconi
(nomi commerciali diversi a seconda delle ditte produttrici: DB,
SPB, DOW, OV, SE…)
COLONNE PER GLC - 2
• Caratteristiche del liquido:
- bassa volatilità (non deve essere trascinato via dalla fase mobile)
- loading = percentuale di liquido = 0.5 - 30 %
• Struttura delle colonne
- vetro, acciaio, rame
- lunghezza: 3 m
- diametro: 1/4, 1/8 di pollice (~ 3 - 6 mm)
- dimensione delle particelle: 75 - 150 m
COLONNE PER GLC - 3
• Colonne capillari (open tubular)
La fase liquida riveste direttamente le pareti interne della colonna
• Struttura delle colonne
- vetro o silice, ricoperte di materiale plastico
- lunghezza: 10 - 30 m (avvolte in matasse)
- diametro: 0,25 - 0,75 mm
• Vantaggi rispetto alle colonne impaccate:
- tempi più brevi
- risoluzione migliore
FASE MOBILE PER GC
• Tipi di gas: elio, azoto, idrogeno
• Ruolo: trascinamento dei soluti (carrier). Non dà reazioni chimiche
SEPARAZIONE IN GC
Fattori che influenzano la separazione.
• Fase stazionaria (conta soprattutto la polarità)
• Dimensioni della colonna (lunghezza, diametro)
• Grado di loading (per colonne impaccate) o spessore del film (per colonne
capillari)
• Temperatura. Aumento di temperatura  diminuzione di tR
• Velocità di flusso
APPLICAZIONI
• Sono numerosissime
• Requisiti degli analiti (quasi sempre organici):
• volatili
• termostabili
GC - RIVELATORI
• Il rivelatore (detector) fornisce un segnale di intensità proporzionale alla
concentrazione di analita.
• Proprietà dei soluti sfruttate per la rivelazione:
• conducibilità termica
• formazione di ioni ed elettroni  corrente
• elettronegatività
• emissione di radiazioni
• Il gas-cromatografo può essere interfacciato ad altri strumenti
utilizzati come rivelatori (spettrometro di massa o IR).
• Si uniscono le capacità separative della GC con le capacità
identificative di altre tecniche.
Approfondimento
GC - ESEMPI DI APPLICAZIONI
Fonte: Supelco
CROMATOGRAFIA GAS-SOLIDO (GSC)
• Fase stazionaria: solido
Esempi: silice, allumina, carbone attivo
• Meccanismo di trattenimento: adsorbimento
• Altra fase stazionaria: setacci molecolari = silicati con canali di
diametro 4 – 20 A
• I soluti sono separati in base alle dimensioni: quelli di piccole
dimensioni penetrano nei canali e sono rallentati.
• Applicazioni: soluti a basso peso molecolare (ossigeno, azoto, CO2…)
CH4
H2
O2
Separazione di una miscela
di gas mediante GSC
N2
CO
0
5
10
minuti
15
Tratto da G. Saini, E. Mentasti, “Fondamenti di Chimica Analitica”, Ed. UTET
• La GSC è molto meno utilizzata della GLC
GC - MS
Principio
Gli analiti sono:
• Separati in un gascromatografo
• Rivelati in uno spettrometro di massa
Funzionamento
• Tra GC e MS c’è un’interfaccia  passaggio da alta P (nel GC)
al vuoto (in MS)
• Nello spettrometro di massa i soluti
sono ionizzati e
frammentati. Ogni soluto ha una modalità di frammentazione
caratteristica
• Un componente (analizzatore di massa) separa i vari frammenti,
che raggiungono il rivelatore a tempi diversi
• Tramite un rivelatore i frammenti danno luogo ad un segnale di
intensità proporzionale alla loro abbondanza relativa.
Campione
Bombola
gas carrier
Iniettore
Colonna
capillare
Dispositivi di riscaldamento
Spettrom.
di massa
Elaboraz.
segnali
Stampa
cromatogramma
e risultati
GC - MS
• Analisi quantitativa:
cromatogramma).
dall’intensità
del
segnale
del
rivelatore
(riportata
nel
Cromatogramma: ad ogni specie separata in colonna corrisponde un picco. L’area del
picco è proporzionale alla quantità di analita.
Nota
Si misura la corrente ionica totale in funzione del tempo di eluizione. La corrente ionica totale è la somma delle
correnti generate dai vari frammenti del soluto, con rapporto massa/carica diverso, che raggiungono il rivelatore
di ioni
• Analisi qualitativa: dallo spettro di massa (grafico abbondanza vs rapporto
massa/carica di ogni frammento)
Per confronto con una libreria di spettri (oppure registrando lo spettro di uno standard
puro) si identifica l’analita
• La tecnica GC-MS è un potentissimo metodo di indagine per l’analisi di miscele
complesse in quanto combina le capacità di separazione della GC con la capacità di
identificazione e caratterizzazione della struttura della MS
• Applicazioni: come la GC, cioè molecole organiche di varia natura (idrocarburi
aromatici, composti alifatici e aromatici alogenati, fenoli, amine…) volatili e
termostabili
Approfondimento
GC - MS - ESEMPI DI APPLICAZIONE
Approfondimento
GC - MS - ESEMPI DI APPLICAZIONE
APPLICAZIONI DI INTERESSE DELLE TECNICHE
GC E GC-MS
Determinazione di componenti volatili in piante medicinali e preparati.
Esempi. Determinazione di:
•
flavonoidi, terpeni e sesquiterpeni nella propolis;
•
barbaloina e aloenina in cosmetici contenenti aloe;
•
composti volatili nel mirtillo;
•
residui di pesticidi in camomilla, te, menta e verbena;
•
camazulene in camomilla;
•
composizione degli oli essenziali di menta, rosmarino, lavanda,
bergamotto, salvia;
•
sviluppo del contenuto di canfora e altri componenti nell’olio
essenziale di rosmarino e di lavanda (studio del momento migliore per il
raccolto);
•
composizione dell’olio essenziale di timo (studio della variabilità
genetica);
•
oli essenziali di camomilla, menta, salvia (studio del trasferimento di
componenti nei tessuti.