9.2.1 Practica cromatografiei gazelor
Echipamentul comun de cromatografie gazoasă constă dintr-un sistem de gaz purtător, injector, coloană gaz cromatografică, detector și prelucrare date unitate. Gazul purtător este în general un gaz permanent cu capacitate de adsorbție scăzută sau neglijabilă, adică hidrogen, heliu sau azot. Natura gazului purtător poate influența caracteristicile de separare a sistemului GC și poate modifica sensibilitatea detecției. Deoarece stabilitatea și reproductibilitatea debitului gazului purtător este o condiție prealabilă pentru o analiză cu succes a cromatografiei gazelor, acestea influențează considerabil atât eficacitatea separării, cât și cuantificarea rezultatelor. Injectoarele livrează eșantionul în capul coloanei GC. Injectoarele pot fi clasificate în două grupe majore: vaporizare și injectoare pe coloană. Injectoarele de vaporizare utilizează temperaturi ridicate (100-300oC) pentru a vaporiza rapid o probă lichidă. De obicei, se utilizează o seringă pentru a introduce proba în injectorul termostatat. În acest caz, proba se vaporizează rapid, se amestecă cu gazul purtător și este transportată în coloană. Injectoarele de pe coloană depun eșantionul direct în coloană fără a se baza pe vaporizarea eșantionului și transportul său ulterior în coloană. Separarea compușilor volatili ai probei injectate se efectuează în coloana GC.
Coloanele pentru cromatografia gazoasă pot fi împărțite în două grupuri distincte; coloane ambalate și capilare de diferite dimensiuni (Spangler, 2001). O coloană ambalată este o coloană rigidă din metal sau sticlă umplută cu particule mici care sunt adesea acoperite cu un strat subțire dintr-un polimer cu greutate moleculară ridicată. Cele mai frecvente suporturi solide sunt pământurile diatomee, fluorocarburi, negru de fum grafitizat și margele de sticlă. Aproximativ 90% din toate suporturile sunt diferite tipuri de pământ de diatomee. Faza lichidă staționară a coloanelor GC trebuie să respecte următoarele cerințe: presiune de vapori scăzută, stabilitate chimică ridicată și vâscozitate relativ scăzută la temperatura de analiză; selectivitatea pentru componentele probei care fac obiectul anchetei; capacitate bună de umectare atât pentru suprafața suportului inert, fie pentru peretele posibil inert al coloanei. Lungimea unei coloane împachetate este limitată la aproximativ 3 m din cauza presiunilor ridicate care sunt necesare pentru a menține debitele de gaz purtător la viteze necesare pentru performanțe optime. Coloanele împachetate au mai multe avantaje față de coloanele capilare. Coloanele împachetate au o capacitate de probă de 10 până la 1.000 de ori mai mare decât coloanele capilare. Acest lucru face coloanele ambalate superioare pentru analiți în care trebuie analizate cantități mari de eșantion. Cu toate acestea, coloanele împachetate au cu 25-50% mai puține plăci teoretice pe metru decât coloanele capilare. Împreună cu lungimile mai mici ale coloanelor împachetate (1-3 m față de 10-60 m pentru coloanele capilare), numărul total de plăci teoretice este substanțial mai mic decât cel al coloanelor capilare.
Un capilar (numit și deschis coloană tubulară) este un tub de sticlă sau siliciu topit cu diametru intern foarte mic (în general între 0,20–0,53 mm). Suprafața interioară a unei coloane capilare este acoperită cu un strat subțire de fază staționară, astfel încât este încă posibil ca moleculele dizolvate să intre în contact cu pereții interiori ai tubului. Majoritatea fazelor staționare ale coloanei capilare sunt reticulate și legate covalent de suprafața de silice condensată. Cantitatea de fază staționară dintr-o coloană capilară este notată prin grosimea filmului, care este de obicei 0,1-5 μm. Retenția compusului este proporțională cu grosimea filmului în coloanele capilare, retenția crește pe măsură ce grosimea filmului crește și scade pe măsură ce grosimea filmului scade. Avantajul coloanelor capilare este capacitatea lor de separare foarte mare. Acest lucru permite rezoluția vârfurilor în eșantioane complexe care nu sunt separate în mod adecvat de coloane împachetate. Datorită performanțelor de separare mai bune, coloanele capilare au fost utilizate mai des în cromatografia de gaze decât coloanele împachetate. Eficacitatea analizelor GC poate fi îmbunătățită în mod semnificativ prin utilizarea unei tehnici de comutare a coloanei (Samuel și Davis, 2002).
Pentru a realiza o separare eficientă și fiabilă, coloana cromatografică gazoasă trebuie termostată la o temperatură constantă (modul de separare izotermă) sau poate fi modificat conform unui program de temperatură predeterminat (gradient de temperatură). Aplicarea unui gradient de temperatură crește foarte mult eficacitatea separării (Davis și colab., 2000). Deoarece temperatura coloanei este unul dintre cei mai decisivi parametri în analiza GC, reglarea exactă este de o importanță capitală. Detectoarele interacționează cu moleculele de substanță dizolvată când ies din coloană. Această interacțiune este convertită într-un semnal electric care este trimis către un dispozitiv de înregistrare sau stocare a datelor. Apoi se creează o cromatogramă care reprezintă un grafic al intensității semnalului în raport cu timpul scurs.Caracteristicile principale ale detectoarelor sunt cea mai mică cantitate dintr-un compus detectabil (sensibilitate) și care compus în aceeași cantitate produce cel mai puternic răspuns al detectorului (selectivitate).
Multe detectoare diferite (ionizare cu flacără = FID , azot-fosfor = NPD, flacără fotometrică = FPD, captare electronică = ECD, conductivitate termică = TCD, emisie atomică = DEA, conductivitate electrolitică = ELCD, chemiluminiscență etc.) au fost dezvoltate pentru detectarea și cuantificarea sensibilă și selectivă a eșantionului componente. FID folosește un flux de hidrogen amestecat cu gazul purtător. Amestecul este aprins, analiții sunt arși și ionii formați în timpul procesului de ardere sunt colectați într-un electrod cilindric la o înaltă tensiune aplicată între jetul flăcării și electrod. Curentul rezultat este amplificat și detectat. NPD este similar cu FID în designul său. Conține margele de rubidiu sau cesiu în interiorul unei serpentine de încălzire, aproape de jetul de hidrogen. Moleculele de azot și fosfor parțial arse se adsorb pe suprafața mărgelei reducând emisia de electroni care mărește curentul. FPD detectează în mod special compușii de sulf și fosfor. Analitele sunt arse în flacără. Datorită excitației din flacără, lumina este emisă la 392 (sulf) și 526 (fosfor) nm. Un filtru selectează lungimile de undă care ajung la un tub fotomultiplicator.
ECD folosește o sursă de raze β cu energie redusă pentru producerea de electroni și ioni. Moleculele de captare a electronilor (compuși halogenați) care intră în detector scad curentul de electroni care poate fi amplificat și înregistrat. TCD răspunde la schimbările de conductivitate termică și căldură specifică folosind un filament sub curent plasat în fluxul de gaz purtător. Modificările în conductivitatea termică și / sau căldura specifică a gazului curent cauzate de analiți modifică potențialul din filament. AED este potrivit pentru detectarea unor atomi sau grupuri de atomi selectați, ELCD poate fi utilizat special pentru detectarea analiților care conțin Cl, N sau S. Un detector de chemiluminiscență este utilizat în principal pentru detectarea compușilor de sulf. În ultimele decenii, metodele GC combinate cu diverse sisteme de detectare a spectrometrului de masă (MS) au găsit o aplicare tot mai mare în analizele GC. specii încărcate suplimentar. Aceste specii pot fi separate, iar abundența lor relativă (spectrul lor de masă) este caracteristic analitului original. Un spectrometru de masă trebuie să genereze specii ionice, apoi să le separe și să le detecteze. Generarea de ioni poate fi realizată prin tehnici de impact electronic (EI) și ionizare chimică (CI). În metoda EI, fragmentarea și încărcarea analiților se realizează prin producerea coliziunilor între ei și electronii generați dintr-un filament fierbinte.
Tehnica CI folosește un gaz reactiv, cum ar fi amoniacul sau metanul ionizat de un fascicul de electroni. Gazul ionizat reacționează cu analiții formând complexe ion-molecule relativ stabile. Deoarece complexele care apar cel mai frecvent sunt aducte simple, cum ar fi + sau +, masa moleculară a analiților poate fi calculată cu ușurință. Alte instrumente GC portabile cu cratimă au fost, de asemenea, dezvoltate pentru aplicații de teren (Arnold și colab., 2000). Tendințele actuale în instrumentarea și metodologiile GC au fost recent revizuite de Yashin și Yashin, (2001).