GC GC/MS. Chiaravalle, FEBBRAIO 2010

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1 GC GC/MS Chiaravalle, FEBBRAIO 2010

2 GAS-CROMATOGRAFO

3 GAS di TRASPORTO (carrier): Gas inerte (azoto,elio..): trasporta componenti della miscela lungo la colonna cromatografica INIETTORE: - Assicura l istantanea l vaporizzazione del campione - Vista la ridotta quantità di campione da iniettare, si utilizzano spesso particolari tecniche di iniezione (split..) che consentono di far r entrare in colonna solo una parte del liquido iniettato.

4 COLONNA: - IMPACCATA: diametro interno 2-4mm, 2 lunghezza 1-4m 1 colonna di acciaio o di vetro riempita di materiale inerte (supporto per la fase stazionaria) sul quale è distribuita una pellicola sottile di liquido (fase stazionaria) continuamente attraversata da un gas (fase mobile) detto gas di trasporto. - CAPILLARE: diametro interno 0,1-0,8mm, 0,8mm, lunghezza m 100m Ormai di uso comune: eluizione molto rapida migliore risoluzione E molto più lunga dell impaccata ed il diametro è molto minore quindi contiene una quantità molto minore di fase stazionaria, per cui la quantità di campione da iniettare è molto più piccola e viene eluita prima. Le colonne sono posizionate all interno di un FORNO. RIVELATORE: Dispositivo in grado di rivelare la presenza di una sostanza estranea nel gas di trasporto a valle della colonna. Si dividono in UNIVERSALI e SELETTIVI

5 Rivelatore a Ionizzazione di Fiamma: FID UNIVERSALE ma DISTRUTTIVO: le sostanze eluite contenute nel gas di trasporto vengono bruciate in una microfiamma di idrogeno e aria che si estende fra due elettrodi tra i quali è applicata una differenza di potenziale di 300 V. Quando un componente della miscela raggiunge la fiamma, viene subito ionizzato con conseguente aumento dell intensit intensità di corrente rivelato con un segnale più intenso.

6 Rivelatore a cattura di elettroni ECD (Electron Capture Detector) - SELETTIVO E NON DISTRUTTIVO : si basa sulla rilevazione di segnali elettrici in seguito al passaggio di gas ionizzato tra i due elettrodi. -Il rivelatore è costituito da un catodo (attualmente si usa il 63 Ni attaccato a una lamina d oro) d e un anodo (ha una forma tubolare e funge da tubo di ingresso del gas). Il gas di trasporto che esce dalla colonna gascromatografica e attraversa la camera viene ionizzato dai β - emessi dal nichel. Si generano ioni che migrano verso i rispettivi elettrodi creando una corrente di fondo che andrà a rappresentare il valore della linea di fondo Se nel gas di trasporto è presente una sostanza elettronaffine si formano molecole neutre che fanno calare la corrente di base

7 SCELTA della COLONNA: TECNICA OPERATIVA Miscele con sostanze di polarità analoga ma con punti di ebollizione abbastanza diversi: fase stazionaria APOLARE (non è necessario che la fase stazionaria sia particolarmente selettiva) i composti usciranno in base alla loro volatilità decrescente. Miscele con sostanze di polarità diversa ma con punti di ebollizione abbastanza vicini : fasi stazionarie POLARI o APOLARI. (Con fasi polari sarà il componente polare a venir maggiormente trattenuto e l altro l uscirà per primo; con fase apolare avverrà l inverso). Miscele contenenti contemporaneamente sostanze non polari e sostanze non polari, ma polarizzabili (es. miscela esano-benzene): fase stazionaria MOLTO POLARE. (la fase polarizza i composti aromatici, come il benzene, b stabilendo legami dipolo-dipolo indotto, mentre non trattengono ad esempio l esano che è assolutamente apolare e non polarizzabile, per cui sarà l esano ad uscire per primo).

8 SCELTA della TEMPERATURA della colonna: Come primo approccio, la temperatura della colonna può essere decisa d sulla base della media dei punti di ebollizione dei componenti la miscela. Impostazione Temperatura: 1) ISOTERMA: temperatura costante durante la corsa cromatografica 2) PROGRAMMATA: la temperatura varia durante la corsa cromatografica

9 SCELTA della TEMPERATURA della camera di iniezione: deve essere in grado di vaporizzare l intera l miscela di composti quindi deve essere superiore alla temperatura di ebollizione del composto più altobollente. SCELTA del RIVELATORE: dipende dalla natura del campione, dei suoi componenti e dalle esigenze e analitiche. La scelta più importante riguarda le caratteristiche di universalità o di selettività: : in pratica si tratta di decidere se interessano tutti i componenti o solo particolari classi di composti.

10 TRATTAMENTO del CAMPIONE: -DERIVATIZZAZIONE: modificazione chimica del campione che permette e di ottenere derivati più volatili - DISIDRATAZIONE: quando si lavora con fasi stazionarie particolarmente rmente sensibili all umidit umidità e/o si usano rivelatori (ECD) che ne risentono negativamente - Cromatografia in SPAZIO di TESTA: consigliabile quando si devono analizzare tracce di composti volatili in campioni solidi o in una u grande massa di solvente.

11 GC/MS

12 SPETTROMETRO di MASSA RIVELATORE ideale x GC Analizza in tempo reale i singoli picchi in uscita dalla colonna effettuando sia un analisi qualitativa che quantitativa Mediante il confronto dello spettro ottenuto con uno dei numerosi spettri memorizzati nella banca dati Il campione viene portato in fase gassosa, quindi le molecole sono frammentate x bombardamento di elettroni, gli ioni ottenuti, accelerati da un campo elettrico posto in un campo magnetico, percorrono traiettorie diverse secondo il rapporto m/z (si separano tra loro). Lo spettro ottenuto consente la ricostruzione della formula della molecola (dall identificazione dei frammenti in base alla loro massa atomica)

13 Lo spettro di massa Abbondanza relativa m/z Spettro semplificato del pentano CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

14 Schema di uno spettrometro di massa Computer Segnale Sistema di introduzione Sorgente di ioni Analizzatore di massa Rivelatore Campione (gassoso) Ioni Ioni torr Campione Sistema di vuoto

15 Componenti di uno spettrometro di massa Sistema di introduzione del campione Consente di trasferire il campione dal suo stato originario (solido, liquido o gassoso) ad una forma adatta alla ionizzazione Sistema di ionizzazione E il dispositivo in cui si formano gli ioni gassosi degli analiti o di loro frammenti Analizzatore di massa E un dispositivo che separa gli ioni gassosi in base al loro rapporto m/z,, nello spazio (ossia deviandoli su diverse traiettorie) o nel tempo (ossia facendo loro percorrere la stessa traiettoria in tempi diversi)

16 Componenti di uno spettrometro di massa Rivelatore E un dispositivo che consente di misurare la quantità di ioni che emergono dall analizzatore analizzatore di massa, convertendone l energia cinetica in corrente elettrica. Sistema di vuoto Deve avere un efficienza sufficiente a ridurre la pressione del campione in ingresso da 1 atm a quella richiesta nell analizzatore.

18 Meccanismo di ionizzazione per EI Un fascio di elettroni viene generato da un filamento riscaldato ed accelerato da una d.d.p. di ~70 ev. Il fascio di elettroni urta il fascio di molecole del campione a 90. I prodotti primari della collisione sono ioni positivi a carica unitaria (ioni( molecolari, M + ), che si formano per repulsione elettrostatica: M + e - M + + 2e - M + (ione radicale) è uno ione instabile (ha un numero dispari di elettroni) e può dare reazioni di decomposizione che danno origine agli ioni frammento. Gli ioni generati vengono attirati con una piccola d.d.p. verso la zona di accelerazione, dove sono soggetti ad un potenziale di V per raggiungere le loro velocità finali prima di entrare nell analizzatore di massa.

19 Sorgente ionica ad impatto elettronico Fenditura di prima accelerazione Flusso di molecole in ingresso Riscaldatore e catodo Fenditura di focalizzazione Fenditura di prima accelerazione Riflettore All analizzatore di massa Anodo Regione di ionizzazione Vuoto Regione di accelerazione degli ioni (ddp = V)

21 Analizzatore di massa Fa sìs che al rivelatore arrivino ioni in un ristretto intervallo di massa. m Determina in gran parte il potere risolvente dello spettrometro di massa Caratteristiche di un analizzatore di massa 1. Intervallo di m/z : indica i valori minimo e massimo di m/z degli ioni che l analizzatore è in grado di selezionare 2. Potere risolutivo: : indica la capacità di un analizzatore di distinguere due ioni con rapporti m/z simili tra loro 3. Efficienza di trasmissione: : percentuale degli ioni selezionati che raggiungono il rivelatore dopo avere attraversato l analizzatorel

22 TRAPPOLA IONICA Gli ioni si formano, vengono intrappolati e quindi analizzati nello stesso luogo, ma in tempi diversi come e e composta 3 elettrodi, separati da due isolanti in quarzo: - due sono praticamente uguali (end-cap) - uno ha la forma di un anello (ring electrode)

23 Traiettorie ioniche nella trappola a quadrupolo Moto degli ioni in direzione z Moto degli ioni in direzione r tempo Gli ioni vengono intrappolati forzandoli su traiettorie chiuse stabili all interno della trappola. Quando la traiettoria di uno ione diventa instabile, questo esce dalla trappola e viene rivelato.

25 Rivelatori di ioni Moltiplicatori di elettroni A dinodi separati A dinodo continuo Fascio di ioni Moltiplicatore a dinodi separati Fenditura Elettroni All amplificatore kV Moltiplicatore a dinodo continuo Cascata di elettroni Superficie conduttrice a resistenza variabile Collegamento a terra attraverso l amplificatore

26 Informazioni analitiche ricavabili dalla MS Informazioni qualitative Struttura di un composto Composizione di una miscela Purezza di un picco cromatografico Informazioni quantitative Concentrazione dei componenti di una miscela

27 GRAZIE PER L ATTENZIONEL