UNIVERSITATEA ŞTEFAN CEL MARE SUCEAVAFACULTATEA DE INGINERIE ALIMENTARĂ

-PROIECT-

STUDENTI: ÎNDRUMĂTOR: Ionela Lacramioara PRESCURE Prof. univ. dr. ing. Gheorg GUTT Luminita LOGHINAnul: II CEPA Grupa: 1b

- 2007 –

INTRODUCERE

Analiza chimica cromatografica include mai multe metode de separare si totodata de analiza a componentilor amestecului din proba. Separarea precede analiza si se realizeaza prin repetarea, de un numar mare de ori, a echilibrului de distributie între doua faze. Una dintre faze este imobila si poarta denumirea de faza stationara (aflata de regula într-un tub numit coloana) iar cealalta -faza mobila - aflata în miscare, se deplaseaza prin golurile primei faze.

Separarea se petrece în coloana cromatografica, piesa cheie a întregii metode. Faza mobila, denumita si eluent -scurgându-se continuu (deci cu viteza constanta) prin interstitiile fazei stationare, adeseori poroase, poate provoca migrarea, cu viteze diferite, a celor n componenti ai amestecului de separat de-a lungul coloanei. Amestecul supus separarii se introduce sub forma de solutie la începutul coloanei, folosindu-se un dispozitiv de introducere a probei (de exemplu o microseringa), si se afla initial fixat într-o zona îngusta de la începutul coloanei. Spalati de eluent, o parte din componentii probei migreaza apoi prin coloana cu viteze diferite. Acest lucru se datoreaza interactiunilor fizice specifice, dintre moleculele probei si faza stationara (desigur, nu orice molecula poate migra pe orice faza stationara). Efectul, este numit retentie si aceasta provoaca o asa-numita migrare diferentiata. Adica moleculele migreaza în grupuri, în fiecare grup existând doar molecule de acelasi fel. Aceasta face posibila sesizarea componentilor, pe rând, la parasirea coloanei, de catre un instrument, în grupurile respective - denumite uneori zone.

Instrumentul amintit este un analizor fizico-chimic, sensibil la mai multi (în mod ideal la oricare) dintre componenti ce ies din coloana si care este plasat în eluent, imediat dupa iesirea din coloana. Acest analizor, denumit detector este capabil sa dea un semnal proportional cu masa sau cu concentratia solutiei de component în faza mobila. În consecinta, dispozitivul, "marcheaza" trecerea fiecareia din substantele ce formeaza initial proba, similar cu o fotocelula care înregistreaza trecerea concurentilor la sosire în atletism. Reprezentarea grafica a semnalului detectorului în functie de timp poarta numele de cromatograma.

CROMATOGRAMA

-elemente si marimi fundamentale-

În orice tip de cromatografie detectorul da un semnal proportional, uneori cu concentratia, alteori cu masa componentului aflat în celula de masura, semnal ce poate fi înregistrat în functie de timp. Diagrama semnal, functie de timp sau de volumul de eluent se numeste cromatograma. Pe cromatograma distingem o serie de maxime, numite picuri (peak = vârf în l. engleza), care se produc deasupra liniei de baza sau a portiunii orizontale a curbei, paralela cu axa timpului. Aceasta apare ori de câte ori în detector nu apare nici un component, în afara eluentului evident.

Fig. 1. Elementele unei cromatograme

Oricare pic are, în cazul ideal, forma distributiei normale Gauss. Sa consideram cea mai simpla cromatograma posibila: cazul introducerii unui singur component, într-un gaz, C, care contine urme de aer - aerul fiind un component inert. Aspectul acestei cromatograme este cel prezentat în fig. 1. Pe axa absciselor s-a considerat timpul (sau volumul) de eluent scurs, cu debit cunoscut, de la introducerea (injectarea) probei, iar pe cea a ordonatelor, semnalul detectorului - în unitati arbitrare.

Distingem urmatoarele elemente de baza ale unei cromatograme:1. Picurile cromatografice . În cazul prezentat în fig. 1, cele doua

semnale sau vârfuri sunt denumite picuri. Acestea sunt semnalele valorificabile în analiza calitativa si cantitativa în toate metodele cromatografice. Primul pic, mai mic, corespunde unui component inert (aerul de exemplu în CG) - care nu este retinut de loc - iar cel de-al doilea, notat cu C, corespunde componentului (unic în cazul de fata) al probei considerate si este datorat moleculelor care se distribuie pe parcursul migrarii prin coloana între faza mobila si cea stationara si care, în consecinta, ies mai târziu din coloana.

2. Timpul mort , tM - este timpul în care un component, complet neretinut de catre faza stationara, parcurge coloana si tuburile de legatura pâna la detector. Acesta nu poate fi zero. În cazul CG timpul mort, de exmplu, este egal cu timpul de retentie al aerului: tM = tR (R = Retentie). Deci, cu alte cuvinte, reprezinta timpul scurs de la injectarea (introducerea) probei în coloana si aparitia maximului de concentratie în detector, pentru componentul neretinut.

3. Timpul de retentie , tR - o marime caracteristica pentru fiecare component al amestecului separat de coloana - reprezinta timpul scurs de la injectarea probei si aparitia maximului de concentratie în detector. De exemplu, în cazul prezentat anterior în fig. 1, acesta este distanta de la axa ordonatelor (începutul cromatogramei) pâna la verticala prin vârful picului C. Acest timp, pentru un component si o coloana (plus conditii experimentale) date este constant, indiferent daca componentul respectiv este singur sau în amestec.

4. Volumul de retentie , VR este volumul de eluent corespunzator timpului de retentie (legat de timpul tR prin intermediul debitului eluentului, Fe):

VR = tR·Fe (1) .

5. Timpul de retentie ajustat , tR'- introdus în cromatografie pentru a se putea compara timpii masurati pe coloane diferite, în cazul aceluia si component - este dat de diferenta:

tR' =tR - tM (2)6. Corespunzator exista si un volum de retentie ajustat,

VR' = VR – VM unde VM este volumul mort; acest volum mort este legat de debitul eluentului coloanei, Fe, prin produsul:

VM = tM·Fe,si reprezinta volumul golurilor din coloana plus volumul tuburilor de legatura de la coloana la detector.

CLASIFICAREA TEHNICILOR CROMATOGRAFICE

S-au realizat numeroase variante ale metodei cromatografice, diferind unele

de altele în primul rând prin natura fazei mobile, dar si a celei stationare. Astfel se distinge:

a. cromatografia de lichide (LC) când faza mobila este un lichid in cadrul careia se distinge:

-cromatografia de lichide pe coloana deschisa;-cromatografia de lichide pe coloana inchisa;

b. cromatografia de gaze (GC) când faza mobila este un gaz;c. cromatografia cu fluide supracritice la care faza mobila este un

lichid aflat peste temperatura critica.

A. În cadrul cromatografiei in lichide ( LC) se disting mai multe variante, în functie de mecanismele de separare:

1. Cromatografia de adsorbtie utilizata pentru separarea substantelor organice cu molecule de dimensiuni mici si medii pe adsorbanti, ca silicagel si alumina, folosindu-se, ca faze mobile, diferite amestecuri de solventi organici.

2. Cromatografia ionica (de schimb ionic), care se petrece pe o faza stationara solida, poroasa, formata din materiale specifice - schimbatorii de ioni - substante cu o retea solida afânata, de natura organica sau anorganica. Cele mai raspândite sunt rasinile schimbatoare de ioni.

3. Cromatografia de excluziune sterica se desfasoara pe faze stationare poroase dar cu porozitatea selectionata astfel încât sa corespunda dimensiunilor moleculelor supuse separarii. O parte dintre molecule intra prin pori, iar altele sunt excluse deplasându-se practic neretinute odata cu faza mobila. Tehnica se mai întâlneste si sub denumirea de filtrare prin geluri sau permeatie prin geluri în functie de natura apoasa sau organica a fazei mobile.

4. Cromatografia lichid-lichid (LLC), în care faza stationara este o faza lichida, nemiscibila cu cea mobila si imobilizata pe un suport solid, într-o coloana. Aici suportul solid este inert fata de componentele din proba. Acesta

tehnica este cea mai raspândita devenind aproape sinonima cu cromatografia de lichide.

5. Cromatografia pe coloana deschisa sau cromatografia planara (PC) faza mobila circula printr-un material poros dispus într-un plan si formând un strat relativ subtire, dar de compozitie asemanatoare cu cele mentionate la cromatografia pe coloana. Se disting:

Cromatogafia pe hârtie, tehnica în care faza stationara este o hârtie poroasa din celuloza (initial o hârtie de filtru) care este irigata de solvent prin forte capilare.

Cromatografia pe strat subtire (TLC), în care faza stationara pulverulenta este fixata de suportul plan (sticla, aluminiu, material plastic) cu un liant, formând un strat subtire (0.1- 0.5mm) de asemenea irigata prin capilaritate.

Cromatografia pe strat subtire de înalta performanta (HPTLC), în care faza stationara are granulatie extrem de fina ridicându-se astfel eficienta separarilor dar si viteza acestora.

B. În mod analog, în cazul cromatografiei de gaze (sau mai pretentios cromatografiei în faza gazoasa), denumita prescurtat GC se disting urmatoarele tehnici:

1. Cromatografia gaz-lichid în care faza stationara este un lichid nevolatil imobilizat pe un suport solid. Aici suportul poate fi unul granular, poros, situat într-o coloana în asa-numita cromatografie de gaze conventionala sau chiar pe peretii coloanei, confectionata de dimensiuni capilare, în cromatografia pe coloana capilara.

2. Cromatografia gaz-solid este analoga cu cromatografia de adsorbtie si la cea de excluziune sterica cu deosebirea ca schimbarea gazului nu modifica selectivitatea. Faza stationara o constituie tot silicagelul sau alumina, respectiv “sitele moleculare” (niste silicati naturali sau sintetici) respectiv granulele de carbon poros. Metoda este extrem de importanta pentru separarea gazelor permanente (CO, CO2, O2, N2, gaze nobile etc.)

I.CROMATOGRAFIA DE GAZE (GC)

1.1.Generalitati

Aceasta tehnica cromatografica este printre cele mai raspândite si totodata aplicata pe scara larga în analizele chimice. Compusii amestecului supus separarii nu trebuie sa fie neaparat gaze, ci pot sa fie si lichide sau chiar solide volatile. Substantele de analizat se introduc în coloana de separare, la o temperatura potrivita, prin intermediul unui dispozitiv de introducere a probei. Singura restrictie este temperatura de vaporizare care uneori poate fi mai mare decât temperatura de descompunere a substantelor de analizat. Se mai pot

realiza, înainte de introducerea probei în cromatograf, niste derivati (compusi noi), volatili, utilizând anumite reactii chimice specifice, procedeu denumit derivatizare.

Usurinta cu care se pune la punct o analiza noua, sensibilitatea sa, posibilitatea de automatizare precum si largile posibilitati de aplicare sunt avantajele principale ale acestei metode.

Printre domeniile în care GC si-a cucerit un loc de prim rang sunt: petrochimia, industria farmaceutica, protectia mediului, analiza aromelor, igiena si criminalistica.

1.2.Cromatograful de gaze

Instrumentul care realizeaza separarile si totodata analiza în GC poarta numele de cromatograf de gaze.

Functionarea acestuia se poate întelege urmarind schema din fig. 2.

Fig. 2. Schema de principiu a unui cromatograf de gaze 1- butelie cu gaz purtator- asigura transportul si dilutia amestecului de analizat2- reducator de presiune3- cuptor de incalzire4- coloana cromatograficaS- seringa de injectieV- ventilatorR- rezistor pentru incalzirea cuptoruluiD- detectorC- cromatograma

Schita prezinta concis doar componentele principale. Astfel gazul purtator (eluentul), de exemplu hidrogenul sau heliul, paraseste cilindrul sub presiune, 1, în care acesta se gaseste initial si patrunde în coloana, la o presiune de intrare, cu ceva peste cea atmosferica (1-3atm), prin intermediul unui reductor 2. Apoi gazul se ramifica (optional) prin doua conducte. O parte intra în coloana, în mod continuu iar cealalta ramura, direct în detector. Coloana 4, se afla într-o etuva - termostat, 3, izolata termic si prevazuta în exterior cu un dispozitiv pentru introducerea probei (care de regula include si o microseringa), notat S, etuva care mai este dotata în interior cu un ventilator V si cu un dispozitiv electric de încalzire - termostatare, R. În coloana cromatografica se produce separarea probei. Aceasta se introduce în coloana doar dupa ce instrumentul este în regim

de functionare continua si a fost adus la temperatura de lucru. Dupa ce paraseste coloana 4, gazul purtator intra, antrenând pe rând componentele separate, în celula de masura din detector de unde iese în atmosfera sau se colecteaza separat.

Faza mobila în aceasta tehnica este un gaz: hidrogenul, heliul, azotul sau argonul. Gazul nu trebuie sa contina urme de apa, oxigen sau dioxid de carbon care pot prejudicia fazele stationare. De aceea se mai intercaleaza filtre cu dublu rol: uscare, respectiv, reducerea oxigenului, dispozitive situate imediat dupa sursa de gaz. În cazuri exceptionale se pot utiliza si alti eluenti cum ar fi CO2, Ne etc. Spre deosebire de cromatografia cu eluenti lichizi, în GC natura gazului are o importanta minora asupra selectivitatii separarii deoarece gazul, practic, nu interactioneaza cu componentele probei sau cu suportul.

Introducerea probei se realizeaza cu asa-numitele seringi micrometrice (fig. 3), în cazul probelor care au volumele în domeniul 0.1-10µl. Pentru gaze se folosesc fie seringi ceva mai mari, de 0.5ml, fie niste dispozitive speciale numite ventile pentru introducerea probei.

Fig. 3. Aspectul unei seringi micrometrice folosite în GC Dispozitivele pentru injectie au rolul de a permite introducerea seringii si

totodata, de a provoca volatilizarea probei în curentul de gaz purtator cât mai aproape de intrarea în coloana.

1.3.Detectorii gaz cromatografici

Detectorii sunt instrumentele analitice propriu zise din gaz cromatografe, având rolul de a sesiza în mod continuu, rapid si cu o mare sensibilitate, componentele din proba supusa analizei. În corpul detectorului zonele cromatografice care ies separate din coloana, continând de preferinta moleculele unei singure substante, se transforma în semnale electrice (picuri). Pentru a se putea compara, ca performante, fiecare detector este caracterizat de niste marimifizice: specificitate, sensibilitate, zgomot de fond, drift, limita de detectie, constanta de timp, reactivitate, efect asupra probei si altele, comune multor metode analitice. De asemenea, unii detectori distrug proba iar altii o lasa nealterata, permitând separarea fizica a acesteia. În orice gaz cromatograf trebuie sa existe cel putin un detector universal care sa permita înregistrarea sigura a tuturor componentilor. În afara de acesta mai pot exista si alti detectori specifici, care maresc siguranta analizei componentilor de interes practic, deoarece raspund doar la anumite tipuri de molecule.

Marimi fizice caracteristice detectorilor:Zgomotul de fond apare din cauza ca urmarindu-se ca metoda sa fie cât

mai sensibila, lucreaza la limita unde interfera zgomotul electronic cu cel dat de detector. Zgomotul de fond consta în perturbatii minuscule ale liniei de baza

având cauze multiple iar driftul este devierea liniei de baza într-un timp dat (1 ora) exprimat în unitatile de masura uzuale ale semnalului înregistrat (mV, mA etc).

Domeniul dinamic liniar al detectorului reprezinta domeniul în care semnalul variaza liniar cu concentratia (sau alteori cu debitul masei de component) ce trece prin detector. Acesta se masoara de la limita de detectie pâna la nivelul superior de concentratie la care apar abateri de la liniaritate de peste 5%. Domeniul dinamic liniar se stabileste experimental prin construirea curbei de etalonare în urma injectiei unor cantitati crescatoare de component.

Exista mari diferente între metodele de detectie (tabelul 1) dar toate au domeniul liniar mai ridicat decât multe dintre metodele de analiza optice. Cei mai utilizati detectori sunt în practica curenta detectorii cu un domeniu liniar larg, anume: detectorul bazat pe conductibilitate termica (TCD), detectorul cu ionizare în flacara (FID), detectorul cu fotoionizare (PID) si cel cu captura de electroni (ECD). Se observa de asemenea ca cei patru detectori acopera împreuna un larg domeniu de concentratii motiv pentru care gaz cromatografele comerciale au în dotare cel putin doi din acesti detectori.

Tabelul 1. Limite de detectie si domeniul dinamic pentru principalii detectori utilizati în GC Detector Limita de

detectie(gmL-1)Domeniul dinamic liniar

TCD -conductivitate 10-7 104

FID - cu ionizare în flacara 10-12 107

ECD - cu captura de electroni 10-14 104

PID - bazati pe fotoionizare 10-12 105

NPD - cu emisie termo-ionica 10-14 105

FPD - flamfotometrici 10-11 104

Constanta de timp reprezinta viteza de raspuns a instrumentului din momentul intrarii componentului în detector. Mai riguros, acesta reprezintatimpul necesar raspunsului detectorului pentru a atinge 90% din valoarea limita finala. Acest parametru include si întârzierea datorata electronicii.

Reactivitatea include si posibilitatea retinerii de componente ale probei sau provenite din aceasta prin degradare, prin adsorbtie sau prin reactii chimice.

Efectul aspra probei poate fi distructiv sau nedistructiv. În ultimul caz proba separata poate fi izolata. De exemplu, FID este un detector distructiv pe când TCD este nedistructiv.

1.3.1.Detectorul bazat pe conductibilitate termica

Detectorul conductometric a ramas detectorul cel mai utilizat si în zilele noastre deoarece este simplu, nedistructiv, universal, are stabilitate buna precum si un domeniu larg de liniaritate (tabelul 1).

Functionarea sa se bazeaza pe diferenta dintre conductibilitatea termica dintre component si eluentul gazos. Astfel fiecare gaz este caracterizat printr-o conductibilitate termica constanta si diferita, de la un gaz la altul. Pentru detectie se utilizeaza de regula un montaj în punte Wheatstone (fig 4).

Fig. 4. Puntea WheatstonePuntea Wheatstone este un montaj specific de n rezistori montati intr-un

paralelogram si este folosit pentru masurarea tensiunilor foarte mici. Conditia de echilibru a puntii Wheatstone este ca produsul rezistentelor de pe laturile opuse ale paralelogramului sa fie egale intre ele. Atunci cand este indeplinita aceasta conditie tensiunea masurata pe diagonala are valoarea zero, cand nu este indeplinita aceasta conditie tensiunea pe diagonala are o valoare proportionala cu nivelul dezechilibrului celor patru rezistente.

Amestecul de gaze ce vine de la coloana cromatografica provoaca o variatie a cantitatii de caldura ce duce la modificarea temperaturii. Gazele au un anumit coeficient de transfer de caldura, ele preiau de la rezistori o anumita cantitate de caldura atunci cand se indreapta spre iesire. Daca aceasta cantitate de caldura iese provoaca o scadere a temperaturii rezistorilor; daca temperatura rezistorilor scade, scade si rezistanta. Prin masurarea diferentei de rezistenta aflam diferenta de masa respectiv cea de concentratie. Deoarece diferenta de rezistenta este foarte mica este nevoie de sistemul punte Wheatstone (4 celule conductometrice identice). La dezechilibrul produs de modificarea temperaturii apare o tensiune de dezechilibru ce duce la formarea unui pic( tensiunea este direct proportionala cu concentratia). Determinarea cantitativa este data de inaltimea picului iar determinarea calitativa de catre timpul de retentie.

Fig.5. Principiul de functionare al detectorului termoconductiv

R1, R2, R3, R4- rezistentele rezistorilor de platinaU- tensiunea aplicata1- amestec de gaze ce vine de la coloana cromatografica2- intrarea gazului purtator3- sistem de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor

Cea mai ridicata conductivitate termica dintre toate gazele o au hidrogenul si heliul. De aceea acest detector este preferat când gazul purtator este unul dintre acestea. TCD este de altfel singurul detector capabil sa analizeze gazele: N2, O2, CO, CO2 etc. motiv pentru care nu lipseste aproape din nici un gaz - cromatograf.

1.3.2.Detectorul bazat pe ionizare în flacara (FID)

Acesta este unul din cei mai folositi detectori, în special datorita sensibilitatii sale ridicate la compusii cu carbon, practic nelipsiti din orice tip de gaz-cromatograf dedicat analizei substantele organice (exceptie cele cu fosfor). Desi distruge proba, a fost detectorul care a consacrat definitiv cromatografia de gaze.

Functionarea sa are la baza modificarea conductibilitatii electrice a gazelor în prezenta unor particule încarcate (de regula molecule ionizate). Daca la presiunea si temperatura ambianta un gaz aflat între doi conductori este un izolator foarte bun, în momentul când între cei doi electrozi apar particule încarcate electric, în urma deplasarii acestora în câmpul electric creat, apare un curent electric. Ionizarea moleculelor probei este intensificata de prezenta unei flacari de hidrogen, care arde în aer într-o incinta, flacara ce atinge temperaturi ridicate (2000-2200°C). Schita simplificata este prezentata în fig. 6.

Amestecul de substante (1) si hidrogenul(2) folosit ca gaz de ardere sunt injectati prin partea inferioara a sistemul in arzator(4). Cu ajutorul aprinzatorului (5) se deschide flacara de hidrogen, hidrogenul injectat are rolul de a mentine aceasta flacara. Amestecul de gaze arde in flacara astfel instalandu-se starea lor

R3

R1

R4

R2

1

U

3

2

ionica. Daca cei doi electrozi(6,7) capteaza ionii rezultati din ardere si curentul este amplificat cu ajutorul unui amplificator(8) rezulta un pic ce da concentratia gazului. Tensiunea este proportionala cu concentratia gazului. Totalitatea informatilor inregistrate de catre sistem de achiziţie si prelucrare a datelor sunt afisate in cromatograma (10).

Fig. 6. Principiul de functionare al detectorului cu ionizare în flacara (FID) 1- amestecul de substante ce vine de la coloana cromatografica2- hidrogen3- aer4- arzator5- aprinzator6- electrod-detector7- electrod-detector8- amplificator9- sistem de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor10- cromatograma

Cele mai slabe semnale, care nu pot servi unei analize chimice, le dau substantele alcatuite din moleculele covalente simple: N2, O2, CO, CO2, H2O,

1

2

34

5

678

9

10

t

U

CS2, NH3, CCl4, SiCl4, oxizi de azot, He si alte gaze rare. De aceea gazul purtator în cromatografia de gaze este N2, He sau Ar, conditii în care detectorul da un semnal de baza minim, foarte stabil. Marimea neelectrica este transformata in marime electrica ce poate fi masurata.

1.3.3.Detectorul cu captura de electroni (ECD)

Acest detector este unul selectiv, adecvat pentru detectia compusilor halogenati (pesticide), având o liniaritate a raspunsului.

Principiul de functionare. Gazul purtator este în acest caz azotul. La patrunderea în detector, acesta este ionizat de catre o sursa ß-radioactiva. Gazul, trece apoi printre doi electrozi, între care se asigura o cadere de tensiune de o suta de volti (fig. 7), de regula între un electrod central, pozitiv si corpul electrodului - negativ. Fiecare particula ß- poate genera prin ciocniri între 100 si 1000 electroni termici. Electronii termici au o mobilitate ridicata si vor fi colectati de anod înainte de a se putea recombina cu ionii pozitivi de diazot. Semnalul de la detector este amplificat apoi ajunge la sistemul de prelucrare a

datelor ce le va afisa sub forma unei cromatograme. De aici rezulta sensibilitatea mare a metodei. Curatirea detectorului se face prin scoaterea electrodului pozitiv, pe care se depun o mica parte dintre moleculele organice ionizate.

Fig. 7. Schita de principiu a detectorului cu captura de electroni (ECD)

1.3.4.Detectorul bazat pe fotoionizare (PID )

Detectorul bazat pe fotoionizare (PID) este un detector deopotriva sensibil si specific pentru hidrocarburi aromatice si cu heteroatomi (P si S) în molecula.

Principiul de functionare. Dispozitivul (fig. 8) se bazeaza pe capacitatea razelor UV de a ioniza moleculele organice, care parasesc coloana o data cu gazul purtator. Ionii produsi sunt colectati pe doi electrozi, cel pozitiv fiind cel

demontabil (permitând astfel întretinerea periodica). Semnalul de la detector este amplificat apoi ajunge la sistemul de prelucrare a datelor ce le va afisa sub forma unei cromatograme. Deoarece fractiunea moleculelor ionizate este mica, PID se considera un detector nedistructiv si poate fi înseriat cu alti detectori.

Fig. 8. Principiul de functionare al detectorului cu fotoionizare (PID); radiatiile UV sunt furnizate de o lampa situata în contact cu camera de ionizare

1.3.5.Alti detectori

Mai exista si alti detectori, de exemplu detectorul fotometric în IR, detectorul cu flamfotometru destinat pentru detectia specifica a compusilor cu sulf si fosfor, detectorul bazat pe emisie atomica cu plasma cuplata inductiv sau detectorul cu ionizare termoionica (termoalcalina) - NPD - bazat tot pe o flacara, dar la care între flacara (cu hidrogen - aer) si arzator se introduce o pastila de sare alcalina, ceea ce provoaca o crestere a intensitatii semnalului de 100 de ori. Ultimul este un detector specific pentru azot si fosfor care este util, de exemplu, pentru analize de pesticide. Mai putin utilizati sunt detectorii cu absorbtie atomica sau cel cu chemiluminescenta. Dar cea mai spectaculoasa intrare în domeniul detectorilor a realizat-o recent spectrograful de masa, care preia direct efluentul coloanei si în urma unei ionizari, fragmentele intra în spectrograful de masa propriu zis. Acest lucru a devenit posibil datorita calculatoarelor, care au permis prelucrarea volumului urias de date care se obtin pe aceasta cale. Cuplajul denumit GC-MS este chiar mai sensibil decât detectorul bazat pe fotoionizare în UV (vezi tabelul 1)

II.CROMATOGRAFIA DE LICHIDE DE INALTA PERFORMANTA (HPLC)

2.1.Generalitati

Cromatografia de lichide de înalta performanta (HPLC) acopera azi, în proportie aproximativ 80%, analiza substantelor moleculare: organice, organo-metalice si anorganice inclusiv compusii foarte polari sau labili termic precum si compusii cu masa moleculara ridicata (naturali sau sintetici). De aceea, împreuna cu cromatografia de gaze constituie un punct de sprijin important în

analizele chimice moderne. Desi eficacitatea coloanelor nu o egaleaza înca pe cea din GC, prin faptul ca se poate modifica, pe lânga faza stationara, si faza mobila, cromatografia de lichide (LC) face posibile separari si analize uneori imposibil de realizat prin alte tehnici. Cuplajul cu spectrometria de masa a transformat, în ultimul timp, aceasta metoda în principalul mijloc de analiza a compusilor moleculari naturali sau sintetici, constituind unul din pilonii pe care se sprijina chimia sintetica actuala si pe care s-a dezvoltat biochimia si biotehnologia moderna.

Fig. 9. Prezentarea schematica a unui cromatograf de lichide (HPLC) modern

Metoda constituie o evolutie a unei metode mai vechi, cromatografia pe coloana clasica, care servea în primul rând la izolarea preparativa a compusilor naturali. Prin introducerea pompelor si în consecinta, lucrându-se la presiuni tot mai ridicate (200atm), dezvoltarea unor faze stationare performante, de dimensiuni tot mai mici (recent constituite din granule de faze stationare sferice, cu diametre 2-5µm), în coloane tot mai scurte (3-10cm) s-a ajuns, începând cu anul 1969, la configuratia actuala (fig. 9). Se poate observa ca din rezervoarele continând unul sau mai multi solventi pompa (sau pompele), alimenteaza coloana cu eluent (de regula un amestec de doi sau mai multi solventi). În

imediata vecinatate a coloanei se introduce proba, automat, prin intermediul unui ventil cu by pass. În coloana aflata într-o etuva termostat, are loc separarea propriu-zisa. Efluentul coloanei intra într-un detector de unde componentul, daca este separat complet, poate fi colectat si izolat, cu ajutorul unui colector de fractiuni. Semnalul este înregistrat fie cu un înregistrator, fie direct în memoria unui calculator. În esenta, un cromatograf analitic HPLC are structura din fig. 10 unde nu s-a mai prezentat colectorul de fractiuni, interesant doar din punct de vedere preparativ. Se poate observa asemanarea cu GC singura deosebire majora constituind-o sursa de eluent – pompa.

Solvent → Pompa → Injector → Coloana → Detector → Înregistrator Fig. 10. Schema bloc a unui cromatograf HPLC

2.2.Detectori utilizati in cromatografia de lichide de înalta performanta (HPLC)

Tehnica HPLC s-a dezvoltat o data cu perfectionarea detectorilor. Detectorii în cromatografie sunt instrumente analitice specializate, situate la

iesirea eluentului dintr-o coloana si care pot înregistra continuu substantele separate de catre aceasta. Deci detectorii constituie acea parte a instrumentatiei care permite sa se observe modul cum decurge separarea prin coloana fara a se vedea componentii propriu zisi ci doar semnalul lor.

Întrucât coloanele de separare performante au capacitati de încarcare mici, sistemul de detectie trebuie sa fie unul foarte sensibil. Totodata, pentru ca în LC volumul de proba este de ordinul microlitrilor (8-10µl), volumul detectorilor trebuie sa fie de volum apropiat pentru a se putea sesiza în mod continuu picul cromatografic.

În calitate de instrumente se poate utiliza, în principiu, oricare dispozitiv de analiza chimica cunoscut, pentru probe lichide, precum si orice combinatii de instrumente fizice. De exemplu, în ultimul timp, combinatia dintre un detector refractometric si unul bazat pe difuzia luminii este extrem de eficace în analiza polimerilor în amestec cu monomeri sau oligomeri dintr-un material. Exista chiar posibilitatea cresterii sensibilitatii detectiei printr-o reactie chimica în urma adaugarii, cu un debit controlat, a unui reactiv potrivit. Tehnica se numeste derivatizare si se poate practica chiar înainte de introducerea probei în coloana, dar si dupa iesirea din coloana a componentelor separate. Metoda a fost utilizata pâna în prezent în special legata de metodele spectrofotometrice (colorimetrice) sau fluorimetrice si mai ales pentru analiza unor amestecuri de compusi numerosi având aceleasi functiuni reactive (de exemplu aminoacizi).

Caracteristicile detectorilor sunt asemanatoare cu ale celorlalte instrumente analitice si oarecum similare cu cele descrise la metoda GC.

2.2.1.Detectori spectrofotometrici în UV-VIS

Acest grup de detectori sunt cei mai folositi detectori pâna în prezent, atât în LC, cât si în HPLC. Pentru a putea fi utilizati, compusii separati

cromatografic trebuie sa fie colorati - adica sa absoarba lumina pe domeniul de lungimi de unda al detectorului. Pe de alta parte, eluentul trebuie sa fie practic transparent pentru acelasi domeniu spectral.

Legea fizica pe baza careia functioneaza acesti detectori este legea Lambert-Beer (A=elC). Deci unitatile vor fi unitati de absorbanta, adimensionale. De aceea limita de detectie sau zgomotul de fond se prezinta în cazul acestor detectori în AUFS (prescurtare de la Absorbance Units Full Scale = unitati de absorbanta raportate la întreaga scala, l. engl.). Astfel în cadrul instrumentelor actuale sensibilitatea este de 0,001 AUFS cu zgomotul de fond de 1%.

Motivul principal al popularitatii acestor detectori este acela ca numeroasele substante organice, anume cele care contin legaturi duble (electroni p), respectiv au grefate functiuni organice cu electroni neparticipanti, absorb lumina în UV-VIS. Este vorba de toate hidrocarburile olefinice si aromatice precum si derivatii tuturor hidrocarburilor cu diferite functiuni organice (=C=O, =C=S, -N-O, -N=N-, -NH2). Între acestea se includ si numeroasele combinatii de interes biologic ca enzime, acizi nucleici etc.Un mare avantaj al acestor detectori este faptul ca sunt insensibili la micile variatii de debit si temperatura. Sensibilitatea

detectorului este direct proporţionala cu coeficientul de extincţie si cu lungimea celulei. Pentru a mari sensibilitatea detectorului ar trebui mărita lungimea celulei dar aceasta este restricţionata. Sensibilitatea este de ordinul 5x10-8g/ml. Cele mai moderne celule au diametre de 0,5-2mm si lungimi de 1-10mm.

Se pot distinge si în cazul acestei clase de detectori mai multe tipuri de detectori. 1. Detectorii monocromatici au fost primii utilizati, fiind mai ieftini deoarece lucreaza doar la o lungime de unda. Modelul cel mai raspândit se compune dintr-o sursa luminoasa cu deuteriu sau cu vapori de mercur, un monocromator care separa un domeniu îngust (de ex. linia 254nm a mercurului) si un detector. Schema bloc a unui astfel de detector este prezentata în fig. 12.

Sursa → Monocromator → Celula → ÎnregistratorFig. 12. Schema bloc a unui detector HPLC spectrofotometric

2. Detectorii policromatici mai frecvent utilizaţi în cromatografele HPLC moderne permit si selectarea lungimii de unda la care se lucrează, dar chiar pot înregistra electronic absorbanta celulei la mai multe lungimi de unda simultan. Acest mod de lucru da o mai mare siguranţa analizei, în sensul ca permite stabilirea purităţii, adică daca picul constituie un semnal dat de o singura substanţa sau de un amestec (ceea ce se cunoaşte sub numele de stabilirea purităţii picului)..

Principiul de functionare (fig.11). Detectorul de UV este format dintr-o celula cilindrica (5) cu capacitate de 1µl-10µl care este intersectata de coloana cu eluent. Razele UV (1) sunt aranjate astfel incit sa treacă prin celula cu proba de analizat (5) si apoi sa cada pe fotoelement (6). Semnalul de la fotoelement ajunge la amplificator (7) (acesta măreşte intensitatea semnalului) si apoi la sistemul de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor obţinute (8); rezultatul este o

cromatograma (9) ale cărui picuri va oferi informaţii calitativa si cantitative despre substanţele din soluţia analizata.

Fig. 11. Principiul de funcţionare al detectorului de UV

1- raze UV2- substanţa ce vine de la coloana cromatografica3- substanţa ce pleacă4- geam de cuarţ5- tub capilar prin care circula substanţa de analizat 6- detector (fotomultiplicator)7- amplificator8- sistem de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor9- cromatograma10- cuva detectorului

2.2.2.Detectori refractometrici

Detectorii refractometrici, au la baza legile refractiei luminii.Principiul de functionare al acestor detectori are la baza legea lui Fresnel -

de transmitere a luminii prin medii transparente având un indicele de refractie dat. Astfel, un fascicul luminos (mono sau policomponent) trece printr-o celula cu doua compartimente unul continând doar eluentul pur iar celalalt faza mobila care paraseste coloana (fig. 13).

1

2 3

4

5

6

7

8

9

10

I

t

Fig. 13. Principiul de functionare al unui detector refractometric 1- radiatia luminoasa2- amestec de substante3- solvent pur4- perete sticla5- detector refractometric6- fotoelement7- amplificator

8- surub reglator9- sistem înregistrator10- cromatogramaC- cuva refractometricaM- sistem ce regleaza detectorul in funcţie de unghiul sub care cad razele

Radiatia luminoasa (1) trece prin solventul pur, apoi prin peretele de sticla ce separa cele 2 incinte, prin amestecul de substante. Ajunge sub un anumit unghi pe detector, o parte se reflecta pe fotoelementul 6’ iar o parte se refracta pe fotoelementul 6. Semnalul este amplificat. Daca cele doua tensiuni primite de la cei 2 detectori sunt diferite, motorul primeşte un semnal de corecţie, in scopul egalizării tensiunilor, astfel are loc compensarea modificării indicilor de refracţie. In urma deplasarii şurubului 8 , sistemul înregistrator 9 va înregistra datele sub forma unei cromatograme.

Diferenta dintre indicii de refractie pentru solutiile aflate în cele doua compartimente vor fi practic nule, atâta timp cât din coloana iese doar eluentul pur, dar diferita în momentul în care în eluent mai apare un component separat - antrenat de catre eluent din coloana. În momentul iesirii unui component are loc o deplasare a pozitiei fascicolului emergent din detector - deplasare care este proportionala cu concentratia si sesizata de catre detector.

M1

2

3

4

5 6

6’9 7

10

8

CI

t

În cazul acestui tip de detector sunt posibile si picuri negative, ceea ce face necesara aducerea liniei de baza la jumatatea scalei lucru care, pe lânga sensibilitatea relativ coborâta (10-5mol·L-1), constituie un dezavantaj. Acest detector este universal, dar nu poate fi utilizat în cromatografia cu gradienti deoarece, în acest caz, compozitia eluentului la intrarea în coloana difera de cea de la iesire si se modifica continuu, neexistând o linie de baza. De asemenea fenomenul este foarte sensibil la temperatura (±0.0001°C) fiind necesara termostatarea, atât a detectorului cât si a coloanei.

2.2.3.Detectorii electrochimici

Detectori electrochimici sunt folositi cu precadere pentru identificare calitativa si cantitativa la amestecuri de electroliti precum si la substante care se pot oxida respectiv reduce. Intru-cat marea majoritate a substantelor se pot oxida sau reduce si intru-cat detctorii si logistica electronica de interpretare a datelor au devenit foarte performante momentan HPLC cu detectori electrochimici a devenit cea mai importanta metoda analiza si identificare a substantelor.

Exista doua tipuri de detectori electrochimici: Conductometrici- sunt folositi pentru detectia calitativa si cantitaiva la electoliti Coulometrici, amperometrici- sunt folositi pentru detectii in regim de oxido-

reducere la substantele organice;

a. Detectorii conductometrici

Detectorii conductometrici sunt folositi in special pentru solutiile ionice unde substantele disociaza complet. Acest tip de detectori se utilizeaza cu precadere în cromatografia pe schimbatori de ioni si sunt sensibili la ioni anorganici sau organici inclusiv acizi organici. Sunt asadar detectori specifici. Sunt suficient de sensibili (500pg-1ng). Detectorii conductometrici măsoară conductivitatea fazei mobile. Este constituit din doi electrozi situaţi in coloana cu eluent si o rezistenta situata intre cei doi. Rezistenta este măsurata cu ajutorul circuitului electric la care este legata.

Principiul de functionare (fig.14) : Celula conductometrica este etansa, iar cei doi electrozi sunt fixati si dimensionati din fabrica. Substanta de analizat(4) vine de la coloana cromatografica si intra in celula conductometrica(2). Cand se modifica concentratia primei substante (H=kC) se modifica conductivitatea celor doi electrozi (3). Aceasta schimbare este amplificata si prinsa sub forma unui pic in cromatograma (8). Astfel se realizeaza analiza cantitativa probei. A doua substanta va modifica conductivitatea electrolilor dupa un anumit timp cea ce duce la masurarea timpului de retentie (analiza calitativa) si la aparitia unui nou pic in cromaograma.

Este necesar un generator de inalta frecventa pentru a nu se instala un transfer de ioni intre cei doi electrozi ceea ce ar duce la denaturarea analizei. Se alimenteaza cu 5kH.

Fig.14. Principiul de functionare al detectorului conductometric1- generator de inalta frecventa2- celula conductometrica3- electrozi de platina4- sustanta de analizat ce vine de la coloana cromatografica5- substanta iese din celula conductometrica6- amplificator

7- sistem de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor8- cromatograma in coordonate conductivitate si timp

b.Detectorii amperometrici sau coulometrici

Principiul de functionare: celula electrochimica este formata din trei electrozi, unul de referinta, unul de lucru si unul auxiliar, aflati int-un tub capilar alimentat cu solutie de la coloana cromatografica. Intre electrodul de lucru si cel de referinta se aplica o tensiune functie de potential ceea ce duce la aparitia pe curba cinetica a curbelor de reducere, care sunt pozitive, si a curbelor de oxidare, care sunt negative (fig16), ale elementelor care se gasesc in solutia electrolitica complexa. Din E1 substantele incep sa se reduca, intensitatea de reducere creste cu potentialul. Daca se aplica potential negativ in partea stanga a lui E0, se observa ca E3 reprezinta inceputul oxidarii unui element iar E4 sfarsitul oxidarii acelui element.

Pentru a se putea efectua masurarile trebuie sa se cunoasca diagrama potentialelor. Picurile pe cromatograma apar sub forma unui potential de semiunda (se duc tangente la curbele de reducere si oxidare iar la mijlocul

8

1 2

3

4

67

H5

t

distantei dintre liniile ce se duc din capatul tangentei pe ordonata cromatogramei se afla varful picului).

Fig.15: Principiul de functionare al detectorului electrochimic amperometric 1- substantele ce vin de la coloana cromatografica2- electrodul de lucru3- electrodul auxiliar4- celula electrochimica5- tub capilar prin care circula substanţa de analizat 6- electrodul de referinta7- substanta iese din tubul capilar8- amplificator9- sistem de achiziţie, prelucrare si afişare a datelor10- cromatograma in coordonate intensitatea cinetica si timp

10

1

2

3 4

5

6

7

8

9

t

i

Fig.16. Diagrama curbei cinetice si cromatograma obtinuta

2.2.4. Detectorii de fluorescenta

Detectorii de fluorescenta se bazează pe măsurarea intensităţii fluorescentei pentru substanţele ce prezintă acest fenomen. Fluorescenta este un fenomen care apare la unele substanţe când sunt iradiate cu ultraviolete. Acele substanţe emit radiaţii pe o lungime de unda mai mare decât a radiatei incidente. Daca emisia de radiaţii are loc in acelaşi timp cu emisia de radiaţie ultravioleta incidenta fenomenul se numeşte fluorescenta. Putini compuşi prezintă fluorescenta iar cei ce nu prezintă pot fi transformaţi in derivaţi ai lor ce au aceasta proprietate.

Fluorescenta s-a arătat a fi foarte folositoare ca proces de detecţie iar cu detectorii bazaţi pe fluorescenta s-au obţinut unele dintre cele mai înalte sensibilitati din cromatografie de lichide. Tehnicile de detecţie bazate pe fluorescenta conferă o buna sensibilitate probelor concentrate si o sensibilitate mult mai mica atunci când se folosesc instrumente de genul senzorilor de temperata, presiune etc..Din aceasta cauza lumina de fluorescenta este măsurata pe un fundal întunecat( sau la zgomot de fond redus).

Pentru ca intensitatea fluorescentei sa poată fi măsurata instrumental, raportul dintre cantitatea de radiaţie remisa si cantitatea de radiaţie UV incidenta trebuie sa aibă valori cuprinse intre 0.1-1. Sistemul optic al celor mai multi detectori de fluorescenta este aranjat astfel incat lumina fluorescenta sa cada sub un anumit unghi( de 90º) pe raza incidenta.Acest lucru micsoreaza cantitatea de lumina incidenta care ar interactiona cu semnalul. In aceste circumstante

semnalul este masurat pe un fundal aproape negru (pentru a mai reduce din luminozitatea fundalului se foloseste un filtru).

E3E4E5E60

E0 E1 E2 E(mv)

-i

+it

I

Cel mai simplu detector este format dintr-o sursa de excitare si un senzor ce monitorizeaza semnalul pentru toate lungimile de unda (pentru anumite probe poate fi foarte sensibil si relativ ieftin).

Fig.14. Principiul de funcţionare al detectorului de fluorescenta1- sursa de radiaţie2- fanta3- filtru4- lentila5- substanţa ce vine de la coloana6- substanţa de analizat7-cuva cu pereţi de cuarţ8- unghi de 90 grade9- substanţa ce iese din cuva10- lentila11- filtru12- fanta13- detector de fluorescenta14- amplificator15- sistem de preluare, prelucrare si afişare a datelor16- cromatograma.

Principiul de funcţionare: Radiaţia emisa de sursa 1 după trecerea prin filtru este focalizata de lentila 4 apoi cade sub un unghi de 90º pe radiaţia incidenta. Lumina fluorescenta emisa este focalizata de lentila 10, trece prin filtrul 11 si ajunge la detectorul de fluorescenta care ii măsoară intensitatea. Semnalul este apoi amplificat si preluat de sistemul de prelucrare si afişare a datelor(15). Datele obţinute sunt afişate sub forma unei cromatograme (16).

2.2.5.Diode Array

1

2

3

4

5

67

8

9 10 11 12

13

14

15

t

I 16

Detectorul sir de fotodiode poate fi folosit in numeroase situatii, de exemplu determinarea puritatii unei solutii, separarea hidrocarburilor aromatice.

Principiul de utilizare. Detectorul este utilizat cu lampa de deuteriu si xenon care emit ultraviolete (1). Lumina de la lampa trece prin proba aflata in tubul capilar (5) iar lumina dispersata trece printr-o retea de difractie (6) apoi cade pe dioda Array (7). Rezolutia detectorului depinde de numarul diodelor si de numarul lungimilor de unda acoperite. Doda Array poate contin sute de diode iar semnalul de la fiecare dioda este preluat si amplificat de catre amplicator (8) ca la sfarsit sa ajunga la sistem de preluare, prelucrare si afişare a datelor (9) care de obicei este un calculator care stocheaza datele pe hard disc. La sfarsitul analizei informatile oferite de fotodiode sunt afisate pe o cromatograma. Sunt oferite intensitatile substantelor din amestec (analiza cantitativa) si timpii lor de retentie (analiza calitativa).

Sensitivitatea detectorului sir de fotodiode este de 1x10-7 g/ml iar domeniu dinamic liniar de 5x103.

Schema principiului de functionare este prezentat in figura 15.

Fig.15.Principiul de funcţionare al detectorului sir de fotodiode1- raze in ultraviolet2- substanţa ce vine de la coloana cromatografica3- substanţa ce pleacă la tratament chimic4- geam de cuarţ5- tub capilar prin care circula substanţa de analizat6- reţea de difracţie7- dioda Array8- amplificator9- sistem de preluare,achiziţie si afişare a datelor10- cromatograma (in care se preiau concomitent toate lungimile de unda)

2.2.6.Alti detectori

1

2 3

4 5

6

7

8

9

10

I

t

In practica analitica se mai întâlnesc si alti detectori prezentati schematic în tabelul 2. Dintre acestia o mentiune speciala trebuie facuta pentru cei bazati pe spectrometria de masa si FT-IR, care au permis determinari calitative uneori imposibil de realizat prin alte variante de detectie în lipsa etaloanelor cunoscute.

Acesti detectori permit ca, pe baza unei baze de date formata din spectre cunoscute, sa se obtina compusii cei mai apropiati (3 dintre acestia), din toate substantele chimice cunoscute, care ar putea fi prezenti în proba.

Tabelul 2. Alti detectori utilizati în LC

Detectori LC Limita de detectie

Caracteristici Disponibilitatecomerciala

Fluorimetrici 1-10pg Este necesara uneori derivatizareaSensibilitate 10-10M

Da

Electrochimici (Amperometrici)

10pg = 1ng

Sensibilitate 10-10M Compusi oxidabili sau reductibili

Da

Bazati pe Spectrometria de Masa (MS)

100pg - 1ng

Necesare coloane capilare Necesara pulverizarea Pret de cost ridicat

Da

FT-IR 1µg Pret de cost ridicat Da

Difuzia luminii 10µg Adecvati pentru macromolecule

Da

Activitate optica 1ng Pentru substante optic active NuElectrozi ion selectivi

10ng Doar pentru ioni sau compusi ionizabili

Nu

Fotoionizare 1pg- 1ng - Nu

3.Electroforeza capilara

Electroforeza este o metoda cromatografica de analiza la care separarea componentilor se face pe baza unui gradient de potential in curent continuu.

Electroforeza poate fi: fara medii stabilizante; cu medii stabilizante.

Mediile stabilizante pot fi: hartia electroforetica;

geluri speciale pe placi de sticla; structuri de pulberi depuse in tuburi.

Bazele electroforezei au fost puse de catre Tisellius ce a dezvoltat electroforeza fara medii stabilizante (fig16 a si b). In figura 16 a) este reprezentata forma initiala a montajului, inainte de alimentarea cu tensiune, cand substantele sunt amestecate. Cand sistemul este alimentat cu tensiune electrica componentele se separa in functie de gradientul lor de potential.

Fig 16. Scema de principiu a electroforezei fara medii stabilizante Electroforeza capilara (EC) este folosita pentru separarea speciilor

ionice datorita incarcaturii lor electrice si a fortelor de atractie si respingere. Se deosebeste de HPLC doar prin faptul ca separarea pe componenti se face sub inalta tensiune electrica pe cand la HPLC se face cu o pompa de inalta presiune. Exista si combinatii intre electroforeza capilara si HPLC (ce nu se poate detecta cu HPLC intra in sistemul de detectare al eletroforezei capilare).

Principiul de functionare (fig 17) este relativ simplu. La aplicarea tensiunii electrice U, ionii substantelor din amestec vor incepe sa migreze prin tubul capilar in functie de potentialele lor specifice. Astfel se realizeaza separarea ompusilor din amestecul de analizat. Deplasarea lor e bidirectionala (de la stanga la dreapta si de la dreapta la stanga). In deplasarea lor prin tubul capilar, la un moment dat ionii substantei vor fi detectati cu ajutorul unui sistem de detectie ce vor transmite semnalul la un amplificator. Dupa amplificarea semnalul ajunge la sistemul de preluare, achiziţie si afişare a datelor care ne va oferi informatiile in ceea ce priveste substantele din amestecul analizat sub forma unei cromatograme electroforetice. Fiecare substanta este caracterizata de timpul propriu de retentie (analiza canlitativa) iar inaltimea picului corespunzator ofera informatii despre cantitatea de substanta existenta.

+ +

-_

Solutie tampon

C

B+C

A+B+C

A

A+B

A

C

B+CB

ab

electrozi

Fig.17. Principiul electroforezei capilare1- anod2- solutie tampon3- celula electroforetica4- catod5- fotodetector (in uv, dioda array etc)6- tub capilar7- sursa de radiatie8- fanta9- amplificator10- sistem de preluare,achiziţie si afişare a datelor11- cromatograma electoforetica

Avantaje ale electroforezei capilare:- cu cat tensiune aplicata este mai mare cu atat separarea componentilor

dintr-un amestec este mai avansata;- pretul este mult mai mic decat cel de achizitie a unui HPLC;- fiabilitate mai buna.

CONCLUZII

I

t

+

12

34

5

6

7

89

10

11

_

Cromatografia de gaze este una din cele mai raspandite tehnici de analiza a amestecurilor chimice. Proba supusa analizei poate contine compusi in stare gazoasa, lichida sau chiar solida volatile. Singura restrictie a analizei este temperatura de vaporizare care uneori poate fi mai mare decât temperatura de descompunere a substantelor de analizat.

Principale avantaje ale acestei metode sunt:- usurinta cu care se pune la punct o analiza noua;- sensibilitatea sa;- posibilitatea de automatizare; - largile posibilitati de aplicare.

Fiecare detector este caracterizat de niste marimi fizice: specificitate, sensibilitate, zgomot de fond, drift, limita de detectie, constanta de timp, reactivitate, efect asupra probei si altele, comune multor metode analitice. De asemenea, unii detectori distrug proba iar altii o lasa nealterata, permitând separarea fizica a acesteia.

Detectorii folositi in gaz cromatografie se deosebesc sau se aseamana dupa mai multe criterii:

a. dupa proprietatea pe care se bazeaza functionarea lor (se observa din denumirea lor) :- detectorul conductometric(TCD) se bazeaza diferenta dintre conductibilitatea termica dintre component si eluentul gazos;- detectorul de ionizare in flacara(FID) se bazeaza pe modificarea conductibilitatii electrice a gazelor în prezenta unor particule încarcate ;- detectorul cu captura de electroni se bazeaza pe proprietatea substantelor de a elibera electroni termici ce pot fi captati de catre anod intr-un timp scurt;- detectorul bazat pe fotoionizare(PID) se bazeaza pe capacitatea razelor UV de a ioniza moleculele organice, care parasesc coloana o data cu gazul purtator .

b. dupa actiunea asupra probei (cei nedistructivi pot fi inseriati cu alti detectori):- TCD nu distruge proba;- FID distruge proba;- PID nu ditruge proba;

c. dupa amestecurile de substante pentru a caror identificare sunt folositi:- TCD este detector universal si singurul capabil sa analizeze gazele ca N2, O2,

CO, CO2etc;- FID este dedicat analizei substantelor organice;- ECD este unul selectiv adecvat pentru detectia compusilor halogenati;- PID este specific pentru hidrocarburile aromatice si cu heteroatomi in

molecula;d. dupa valorile caracteristice ale domeniului liniar dinamic si al

sensitivitatii- detectorii cu un domeniu liniar larg sunt: TCD, FID, PID si ECD.

Cromatografia de lichide de inalta performanta este folosita pentru analiza substantelor moleculare: organice, organo-metalice si anorganice inclusiv

compusii foarte polari sau labili termic precum si compusii cu masa moleculara ridicata. Aceasta metoda a facut posibile separari si analize uneori imposibil de realizat prin alte metode.

In cromatografia de lichide de inalta performanta detectorii sunt situati la iesirea eluentului din coloana cromatografica. Sistemul de detectie trebuie:

sa fie foarte senibili deoarece coloanele de separare au capacitati de incarcare mici;

volumul lor sa fie de ordinul micronilor apropiat de cel al probei care e de ordinul mirolitrilor (8-10µl) pentru a sesiza in mod continuu picul cromatografic.

Detectorii folositi in cromatografia de lichide de inalta performanta se deosebesc in primul rand prin principiul de functionare:

- detectori spectrofotometrici în UV-VIS au la baza legeaLambert-Beer;

- detectorii refractometrici au la baza legea lui Fresnel;- detectorii electrochimici au la baza proprietatea de

conductivitate a solutilor;- detectori de fluorescenta au la baza propritatea de fuorescenta a

substantelor.Un alt criteriu prin care se deosebesc sau se aseamana este cel referitor la

amestecurile de substante asupra careia se fac analizele:- detectori spectrofotometrici în UV-VIS sunt folositi in identificarea

hidrocarburilor liniare si aromatice si a derivatilor lor cu diferite functiuni organice;

- detectorii electrochimici sunt folositi pentru identificarea substantelor in amestecurilor de electroliti si la substantelor care se pot oxida respectiv reduce;

- detectorii de fluorescenta sunt folositi la identificarea substntelor care prezinta fluorescenta sau pot fi tranformati in derivati ce prezinta aceasta proprietate;

- diodele Array sunt folosite in multe cazuri de identificare.Un alt criteriu de comparatie intre detectori este cel al valorilor

caracteristice ale domeniului liniar dinamic si al sensitivitatii.Fiecare detector prezinta avantaje si dezavantaje iar pentru alegerea celui

mai potrivit detector necesar in identificarea subtantelor dintr-un amestec se vor tine cont de ele.

Detectori spectrofotometrici în UV-VIS:Avantaj: sunt insensibili la micile variatii de debit si temperatura;Dezavantaj: sensibilitatea este direct proportionala cu coeficientul de extinctie si cu lungimea celulei insa lungimea celulei este restrictionata.

Detectorii refractometrici:Dezavantaj:

- in cazul lor sunt posibile si picuri negative ceea ce face necesara aducerea liniei de baza la jumatatea scalei de lucru;

- sensibilitate relativ coborata;

- foarte sensibil la tenperatura, este necesara termastatarea detectorului si a coloanei.Avantaj: este universal dar nu poate fi utilizat in cromatografia cu gradienti.

Detectorii electrochimici:Avantaj:

- cea mai performanta metoda de analiza si idenficare a substantelor;- detectorii conductometrici sunt specifici;

Dezavantaj:la detectorii amperometrici trebuie cunoscuta diagrama potentialelor.Detectorii de fluorescenta:

Avantaj:- putini compusi prezinta fluorescenta dar cei ce nu prezinta pot fi

transformati in derivati ai lor ce au aceasta proprietate;- se obtin unele din cele mai inalte sensibilitati din cromaografia e lichide;- confera o buna sensibilitate probelor concentrate;

Dezavantaj:- sensibilitate mult mai mica cand se folosesc instrumente de genul

senzorilor de temperatura, presiune etc;- lumina de fluorescenta trebuie masurata pe fundal intunecat sau la zgomot

de fond redus.Diodele Array:

Avantaj: au numeroase aplicatii in analiza cantitativa si calitativa a amestecurilor de substante.

Ambele metode de analiza calitativa si cantitativa a substantelor dintr-un amestec sunt foarte importante si reprezinta realizari semnificative din domeniul tehnologiei. Din momentul in care s-au pus bazele acestor metode s-a incercat imbunatatirea lor in ceea ce priveste marimea aparatelor, performantele lor, inmultirea domeniilor de aplicabilitate etc. In ceea ce priveste detectorii se incearca marirea domeniului liniar propriu fiecarui detector si a sensibilitatii, miniaturizarea lor si imbunatatirea tuturor caracteristicilor. Se incearca perfectionarea detectorilor probabil pana in momentul in care se vor descoperi sisteme de detectie mai performante din multe puncte de vedere. Tehnologia avanseaza cu pasii extrem de rapizi.

BIBLIOGRAFIE

Curs de „Metode si tehnici de analiza instrumentala” al Prof. Univ. Dr. Ing. Georgh Gutt

http://lori.academicdirect.org/free/Cursuri_Laboratoare/MMFP_curs.pdf

www.library4science.com - The Crom-Ed Cromatography Seriesde Dr. R. P. W. Scott :

„Gas cromatography” „ Gas cromatography detectors” „Liquid cromatography” „Liquid cromatography detectors”