MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

33
8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 1/33  II. ANALIZA CROMATOGRAFIC 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.  Fig. II.1. Elementele unei cromatograme  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.

Transcript of MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

Page 1: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 1/33

  II. ANALIZA CROMATOGRAFIC

Analiza chimica cromatografica include mai multe metode de separare si totodatade analiza a componentilor amestecului din proba. Separarea precede analiza si serealizeaza prin repetarea, de un numar mare de ori, a echilibrului de distributie întredoua faze. Una dintre faze este imobila si poarta denumirea de faza stationara (aflata deregula într-un tub numit coloana) iar cealalta -faza mobila - aflata în miscare, sedeplaseaza 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) prininterstitiile fazei stationare, adeseori poroase, poate provoca migrarea, cu viteze diferite,a celor n componenti ai amestecului de separat de-a lungul coloanei. Amestecul supussepararii 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 componentiiprobei migreaza apoi prin coloana cu viteze diferite. Acest lucru se datoreazainteractiunilor fizice specifice, dintre moleculele probei si faza stationara (desigur, nuorice molecula poate migra pe orice faza stationara). Efectul, este numit retentie siaceasta provoaca o asa-numita migrare diferentiata. Adica moleculele migreaza îngrupuri, în fiecare grup existând doar molecule de acelasi fel. Aceasta face posibilasesizarea componentilor, pe rând, la parasirea coloanei, de catre un instrument, îngrupurile respective - denumite uneori zone.

Instrumentul amintit este un analizor fizico-chimic, sensibil la mai multi (în modideal 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 fazamobila. În consecinta, dispozitivul, "marcheaza" trecerea fiecareia din substantele ceformeaza initial proba, similar cu o fotocelula care înregistreaza trecerea concurentilor lasosire în atletism.

  Fig. II.1. Elementele unei cromatograme

 În orice tip de cromatografie detectorul da un semnal proportional, uneori cuconcentratia, alteori cu masa componentului aflat în celula de masura, semnal ce poatefi înregistrat în functie de timp. Diagrama semnal, functie de timp sau de volumul deeluent 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 aportiunii orizontale a curbei, paralela cu axa timpului. Aceasta apare ori de câte ori îndetector nu apare nici un component, în afara eluentului evident.

Page 2: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 2/33

Oricare pic are, în cazul ideal, forma distributiei normale Gauss. Sa consideramcea mai simpla cromatograma posibila: cazul introducerii unui singur component, într-ungaz, C, care contine urme de aer - aerul fiind un component inert. Aspectul acestei

cromatograme este cel prezentat în figura II.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 analizacalitativa 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) alprobei considerate si este datorat moleculelor care se distribuie pe parcursul migrariiprin coloana între faza mobila si cea stationara si care, în consecinta, ies mai târziu dincoloana.

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

3. Timpul de retentie, tR - o marime caracteristica pentru fiecare componental amestecului separat de coloana - reprezinta timpul scurs de la injectarea probei siaparitia maximului de concentratie în detector. De exemplu, în cazul prezentat anterior 

 în fig. 1, acesta este distanta de la axa ordonatelor (începutul cromatogramei) pâna laverticala prin vârful picului C. Acest timp, pentru un component si o coloana (plus conditiiexperimentale) date este constant, indiferent daca componentul respectiv este singur 

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

VR = tR·Fe

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

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 lacoloana la detector.

Page 3: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 3/33

II.1. CLASIFICAREA TEHNICILOR CROMATOGRAFICE

S-au realizat numeroase variante ale metodei cromatografice, diferind unele dealtele 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 cadrulcareia 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 functiede 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 fazastationara solida, poroasa, formata din materiale specifice - schimbatorii de ioni -substante cu o retea solida afânata, de natura organica sau anorganica. Cele mairaspândite sunt rasinile schimbatoare de ioni.

3. Cromatografia de excluziune sterica se desfasoara pe faze stationareporoase dar cu porozitatea selectionata astfel încât sa corespunda dimensiunilor moleculelor supuse separarii. O parte dintre molecule intra prin pori, iar altele suntexcluse 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 denatura apoasa sau organica a fazei mobile.

4. Cromatografia lichid-lichid (LLC), în care faza stationara este o fazalichida, nemiscibila cu cea mobila si imobilizata pe un suport solid, într-o coloana. Aicisuportul solid este inert fata de componentele din proba. Acesta tehnica este cea mairaspândita devenind aproape sinonima cu cromatografia de lichide.

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

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

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

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

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

1. Cromatografia gaz-lichid în care faza stationara este un lichid nevolatilimobilizat pe un suport solid. Aici suportul poate fi unul granular, poros, situat într-o

Page 4: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 4/33

coloana în asa-numita cromatografie de gaze conventionala sau chiar pe peretiicoloanei, 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 modificaselectivitatea. Faza stationara o constituie tot silicagelul sau alumina, respectiv “sitelemoleculare” (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.)

II.2. CROMATOGRAFIA DE GAZE

Prin cromatografie de gaze pot fi anlizate toate amestecurile de lichide gaze

sau solide care pot fi trecute sau exist în stare gazoas i care nu se descompun la înclzire în alte specii chimice. Modul cel mai uzual de analiz  este acela în careamestecurile supuse analizei sînt în stare lichid  din care sînt aduse în stare gazoasprin evaporare .Singura restrictie pentru folosirea analizei cromatografice gazoase estela substanele la care temperatura de vaporizare este mai mare decît temperatura dedescompunere a substantelor de analizat rezultind ali compui decît cei supuianalizei. In aceste cazuri Înainte de introducerea probei în cromatograf se pot realizaniste derivati (compusi noi), volatili, utilizând anumite reactii chimice specifice, procedeudenumit derivatizare. Uurinta cu care se pune la punct o analiza noua, sensibilitatea sa,posibilitatea de automatizare precum si largile posibilitati de aplicare sunt avantajeleprincipale 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. La cromatografia cu gaze proba este evaporat  la intrarea în coloanacromatografic  fie direct la captul acestei fie într-un dispozitiv special plasat tot laintrarea în coloan. Separarea de-a lungul coloanei (eluia) are loc cu ajutorul unui gazpurttor care spre deosebire de cromatografia de lichide nu interacioneaz  cu fazamobil  , singurul lui scop fiind acela de agent de transport a speciilor chimice dinamestec prin coloan. Începuturile Cromatografiei de gaze sînt legate de coloane cuumplutur   în care se transfera amestecul de substane gazoase dup ce în prealabilerau evaporate spontan într-un injector înclzit. La ora actual  este folosit  înexclusivitate numai cromatografia de gaze cu coloane f   umplutur   la care sedeosebesc dou tipuri:

- cromatografia de gaze pe faze staionare solide (cromatografie de absorbie)

- cromatografia de gaze pe faze staionare lichide (cromatografie de repartiie)La cromatografia de gaze pe faze staionare solide retenia speciilor deanalizat din amestec este realizat  pe baz de absorbie fizic pe peretele interior alcoloanelor cromatografice ce au diametre interioare de zecimi de milimetrii i lungimiapreciabile de ordinul zecilor de metrii. Din cauza unor absorbii ireversibile, care ducla rîndul lor reproductibiliti slabe, aceast  tehnic  este folosit  rar i numai lasubstane cu puine molecule în structur .

Cromatografia de gaze pe faze staionare lichide se bazeaz  pe repartiiasubstanei de analizat între faza mobil  gazoas  i o faza lichid  imobilizat  peperetele interior al coloanei cromatografice. Acest tip de cromatografie de gaze estefolosit  la ora actual aproape în exclusivitate. Relaiile matematice care o descriu sîntvalabile cu mici modificri i la cromatografia de lichide, aceste modificri sînt dictate

Page 5: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 5/33

de faptul c gazele sînt compresibile i ca atare proprietile i comportarea reologicsînt influenate de presiune i de temperatur . Din acest motiv la cromatografia degaze este folosit în locul timpului de retenie t r   volumul de retenie Vr  care ine cont de

debitul mediu Q  al fazei mobile exprimat în ml/min, debit ce depinde de presiune ide temperatur  :

  Vr = tr . Q

Spre deosebire de cromatografia de lichide viteza fazei mobile are o influen  mareasupra lirii de band  ( vezi i cap. – Cromatografia de lichide) influena difuzieilongitudinale fiind important  dtorit  coeficientului de difuzie mai ridicat cu 3-4 ordinede mrime la gaze fa de cel al lichidelor.

II.2.1. Aparate folosite în gazcromatografia de gaze

Un gazcromatograf respect  schema bloc din figura avînd particulariti specificepentru analiza unei faze gazoase schema lui de principiu arat ca în figura II.2.

 Fig.II.2.  Schema de principiu a unui gazcromatograf. 1-butelie de gaz purttor, 2-reductor de

presiune, 3 - manometru de înalt presiune, 3- manometru de joas presiune, 5- regulator de presiune i debit, 6- sering  de injecie pentru substane de analizat în stare iniiallichid, 7-dispozitiv de evaporare rapid  , 8-cuptor termostatat de înclzire, 9- coloancromatografic  tubular , 10- detector, 11- amplificator electronic, 12- sistem electronic deachiziie prelucrare i afiare date, 13 – calculator, 14- imprimant

II.2.1.1. Alimentarea cu gaz purttor 

Gazul purttor trebuie s fie inert din punct de vedere chimic. Din acest punct devedere intr   în discuie gazele inerte, hidrogenul, azotul i bioxidul de carbon. Naturagazului utilizat depinde de tipul de detector folosit , iar acesta depinde la rîndul lui de

Page 6: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 6/33

mai muli factori dar în principal de clasa de substane analizate. Gazele purttoare de înalt puritate sînt preluate de regul din butelii speciale de înalt presiune prevzute cureductoare de presiune ce asigur  presiuni de intrare cuprinse între 1,5 i 3 ata, dar pot

fi produse i pe loc cu generatoare speciale ( hidrogen, azot). Pe traseul gazului purttor se gsete un debitmetru electronic precum i o sit  molecular   pentru reinereavaporilor de ap i a eventualelor impuriti solide de dimensiuni mici.

II.2.1.2. Sistemul de injecie

Caracteristicile sistemului de injecie asigur  în mare parte calitatea analizelor cromatografice, fiind responsabile de lirea de band a peak-urilor. Un sistem

Fig.II.3. Fazele de injecie ale amestecului lichid de analizat

performant de injecie trebuie s asigure injecia în timp scurt a unor cantiti extrem demici de subsatan  de analizat numai aa sînt asigurate peak-uri înguste la baz.Extragerea probei se face dintr-un minirecpient cilindric de sticl  aezat pe suportulmobil a autosamplerului prin intermediul unei microseringi speciale acionat automat.Acul seringii perforeaz un dop de cauciuc siliconic sau i absoarbe o cantitate binedefinit de prob, figura II.3. , dup care se ridic automat , se deplaseaz i injecteazproba printr-un “semptum” prevzut cu un dop de cauciuc siliconic într-un dispozitiv deevaporare rapid  situat la intrarea în coloan. Este foarte important ca evaporarea sse produc practic instantaneu astfel încît amestecul fazei purttoare cu substana de

analizat s  se produc  chiar la baza coloanei cromatografice. Volumul unei probeanalizate pentru coloane analitice normale variaz  de la cî iva l la cca 30 l, lacoloane capilare volumul probei este mult mai mic de cîtiva nl fiind necesar  folosireaunui sistem de splitare ( divizare), figura II.4., a volumului probei , sistem care asigur preluarea pentru analiz numai a unui volum extrem de mic restul fiind purjat în mediu.Aceste sisteme de splitare sînt în principiu divizri de debit cu tuburi de tip “T”,existente atît pe traseul gazului purttor cît i pe cel al amestecului gazos, pe ale croriramuri se creaz rezistene hidraulice bine controlate astfel încît s poat fi purjat ceamai mare parte din substana de analizat, pe coloan ajungînd numai o parte infim deamestec i gaz purttor aa cum de altfel este necesar. Manipularea a unor cantiti

Page 7: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 7/33

Fig. II.4.  Dou procedee de splitatare a volumului probei la cromatograful de gaze2- tub de evaporare cu dop de vata de sticl  sau de cuar   , 4 corpul

dispozitivului de injecie , 5- ventil cu 3 ci, 6- ventil cu ace cu debitreglabil

mici de prob, aa cum este cazul la gazcromatografie, pe cale manual  duce la eroriimportante motiv pentru care pentru dozare i injecie sînt recomandate dispozitive de tipautosampler.

II.2.1.3. Coloane cromatografice

Termenul de coloan  cromatografic  este oarecum impropriu pentrucromatografia de gaze, el provine inc  din timpul în care se foloseau coloane cuumplutur   de lungimi rezonabile care încpeau în gazcromatograf sau care eraumontate în poziie vertical  lîng  aparat avînd o termostatare concentric. Diametrulinterior al coloanelor cu umplutur  pentru gazcromatografie este de 4,6 mm, 3,18 mm

sau la aa numitele coloane “micro” <1mm. Acest tip de coloane este astzi extrem derar folosit din cauza faptului c au o capacitate de separare redus  i o rezoluie slab.Astzi sînt folosite cu precdere coloane capilare care se prezint sub forma unor tuburi metalice de cupru , oel inoxidabil sau din sticl cele din urm fiind trase într-unfilm de poliamid sau de aluminiu pentru a le mri rezistena mecanic la incovoiere.“Coloanele capilare ” sînt goale, au diametre interioare submilimetrice i lungimi de zecide metrii putînd depi i o sut de metri. Coloanele capilare au capacitate de separarei rezoluie mare în schimb din cauza cantitilor extrem de mici de substan analizatau au o limit  de detecie sczut i un timp de analiz  mai ridicat. Din cauzavolumului extrem de mic necesar într-o coloan capilar  , de ordinul l, ale amesteculuigazos de analizat înainte de intrarea în coloana cromatografic se folosete “splitarea”

Page 8: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 8/33

(divizarea) probei ,prin aceast operaie numai o mic parte a acesteia, la limita dozriivolumice, este admis  în colan  cealalt  parte fiind purjat  în atmosfer . Aceastcantitate emic de substan analizat este motivul limitei de detecie mai sczute. Atît

coloanele cu umplutur  cît i cele capilare pot funciona în regim de cromatografie deabsorbie (gaz- solid) sau în regim de cromatografie de repartiie (gaz - lichid).  La folosirea coloanelor cu umplutur  pentru cromatografia de absorbie umpluturaeste format  dintr-un absorbant foarte fin, figura, iar la cromatografia de repartiieumplutura este format  dintr-un material poros figura II.5, a crui suprafa  esteimpregnat cu o faz lichid staionar .

Fig.II.5.  Tipuri de coloane utilizate în gazcromatografie. a- coloane cu umplutur   pentru

cromatografia de absorbie, 1-perete coloan, 2-umplutur  poroas  . b-coloane cuumplutur  pentru cromatografia de repartiie, 1-perete coloan, 2faz staionar  lichiddepus pe umplutur , 3-umplutur . c-coloan capilar  cu film lichid subire, 1-peretecoloan, 2-film lichid , d-coloan  capilar  cu strat subire impregnat cu lichid, 1-peretecoloan, 2- f ilm lichid, 3-strat granular subire.

La folosirea coloanelor capilare se deosebesc coloane cu film i capilare cu strat.La coloanele capilare cu film, figura, faza staionar  ader  sub forma unui film subirede peretele interior neted al coloanei capilare iar la coloanele capilare cu strat, figura,faza stationar  este aplicat sub forma unui strat subire de diatomee impregnat cu fazalichid staionar . În cadrul cromatografiei de gaze sînt valabile tot relaiile stabilite laceromatografia de lichide cu condiia ca influena temperaturii i a presiunii s  fieredus  la maxim. În acest scop procesul de sparare în coloan  trebuie s  fie izotermiar trecerea amestecului în faz gazoas cît mai rapid posibil.Pentru alegerea corect  a unei coloane pentru gazcromatografie este nevoie s sein cont de urmtoarele:

- proprietile negative ale unei coloane ( cost, timp de analiz, absorbierezidual) sînt propor ionale cu lungimea crescînd deci cu creterea acesteia

- singura proprietate pozitiv  a coloanei i anume capacitatea ei de separarecrete abia cu ptratul lungimii coloanei, acesta fiind i motivul folosirii unor coloane de lungime medie de 20 -30 m în locul unor lungimi ce pot depi 100m. Afar   de aceasta la coloane scurte scade timpul de analiz  i absorbiarezidual  deoarece ea este propor ional cu lungimea drumului parcurs de fazamobil în mediul absorbant

Page 9: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 9/33

- Atunci cînd se solicit  o separare avansat  se vor folosi coloane de lungimemare cu recomandarea ca drept gaz purttor s  se foloseasc  hidrogenuldeoarece se reduc sensibil timpii de analiz. Trebuie avut în vedere c  aici

crete timpul de analiz- Reducerea timpului analiz  prin mrirea presiunii iniiale a gayului purttor 

duce la reducerea capacitii de separare a coloanei capilare

II.2.1.4. Cuptoare de termostatare

Temperatura coloanei este un parametru esenial pentru gazcromatografiedeoarece ea provoac practic gradientul de presiune ce transport gazul prin coloan.Creterea Temperaturii duce la creterea exponenial a presiunii amestecului gazoscare la rîndul ei duce la creterea vitezei de migrare reducînd sensibil timpul de

retenie. În general se consider   c  o cretere atemperaturii cu cca 300

C duce lareducerea la jumtate a timpului de retenie. În realitate nu intereseaz viteza absolutde migrare ci viteza relativ  de migrare vr  ca fiind raportul dintre viteza medie vma

liniar  a substanei analizate raportat  la viteza medie vmg  a gazului purttor:

mg

ma

v

vv r  

valoarea vitezei relative de migrare se situeaz între 0 i 1, ceea ce înseamn vc  lavaloarea zero nu are loc nici o migrare, temperatura fiind prea mic, iar la valoarea 1nu are loc nici o separare deoarece amestecul de de analizat traverseaz coloana cu

aceei vitez  cu gazul purttor nefiind reinui difereniat în timp diferiii componeni.Care valoare intermediar   între zero i 1 este optim  depinde în mare parte dedificultatea separ rii. Temperatura optim  a coloanei depinde de temperatura defierbere i de gradul de separare. Pentru amestecuri a cror temperatur  de evaporarese situeaz  într-un domeniu destul de apropiat se poate spune cu o apreciere relativbun  c  o temperatur   egal  sau ceva mai mare decît temperatura medie deevaporare a probei duce la un timp de eluie apreciat de cca 4-30 minute ceea cereprezint  valori acceptabile. Dac  se folosete acest raionament se apeleaz  laregimul de lucru izoterm (temperatura coloanei constant). In cadrul lucrului în regimizoterm valoarea temperaturii trebuie meninut constant în limitele ±0,1 0C motiv pentrucare coloana se gsete într-un cuptor termostatat . În cazul unor probe cu un intervalmare de fierbere este de dorit s  fie folosit un program de temperatur   în cadrul

ruia temperatura este crescut fie în mod continuu fie în trepte . La injec ie proba sesete la temperatura cea mai sczut  optim  pentru componentele volatile dar necorespunztoare pentru componentele cu temperatur  de vaporizare mare. În timpulanalizei temperatura este crescut progresiv pîn  cînd se obine în final temperaturacorespunztoare componentelor volatile. În cadrul programelor de temperatur   nutrebuie depit îns  temperatura care duce la valorii mai mari de 1 a vitezei relativede migrare vr 

Page 10: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 10/33

II.2.1.5. Detectoare pentru gazcromatografie

II.2.1.5.1. Caracteristic ile detectoarelor 

La ieirea din coloana gascromatografice exist condiii optime de msurare pentrumulte tipuri de detectoare deoarece aici ies pe rînd substane gazoase pure cu o diluieideal realizat cu un gaz inert. Pentru identificri calitative este indicat  folosirea despectrometre la ieirea gazcromatografelor. Cele mai utilizate combinaii sînt:gazcromatograf- spectrometru de mas ( GC-MS) sau gazcromatograf- spectrometru îninfrarou cu transformat  Fourier (GC-FTIR). Pentru analiza cantitativ  a probelor (probe a cror compoziie calitativ este deja cunoscut) s-au impus cîteva detectoareutilizate la ora actual la scar  mare acestea se clasific  dup principiul lor fizic în:

- Detectoare sensibile la variaie de concentraie

- Detectoare sensibile la variaie de debit masicLa detectoarele sensibile la variaie de concentraie semnalul electric al

detectorului este propor ional cu concentraia momentan  a substanei (i) din volumuldin imediata vecintate a detectorului. La un detector sensibil la variaie de debit masicsemnalul electric al detectorului este propor ional cu debitul masic (Mi), adic cu masade substan ce trece în unitatea de timp prin dreptul detectorului. Detectoare sensibilela variaia de concentraie sînt influenate de debitul de gaz purttor motiv pentru caredebitul de gaz purttor trebuie reglat automat în vederea meninerii constante a valoriilui. Influena debitului de gaz purttor nu se manifest  la detectoarele sensibile lavariaie de debit masic.

Sensibilitatea S  a detectorului reprezint  nivelul de conversie a mrimiifizice neelectrice într-o mrime electric propor ional. La detectoarele sensibile la

  Fig.II.6. Componente duntoare ale semnalului electric al detectoarelor 

variaie de concentraie sensibilitatea detectorului este dat  de raportul dintresemnalul electric Ei  i concentraia substanei  i  din gazul purttor, iar la detectoaresensibile la variaie de debit masic sensibilitatea este dat de raportul dintre semnalulelectric Ei i debitul masic Mi - mas în unitate de timp). Prin înregistrarea semnaluluielectric al detectorului (potentialul electric E-mV sau curentul electric I-mA) în funcie de

Page 11: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 11/33

timp se obine cromatograma. Un detector nu d  numai un semnal electric util ciconine i componente duntoare sau parazite precum: abateri, zgomot de fond ,drift (plaj  de varia ie) ,  figura II.6., care pot duce la erori importante de msurare.

Abaterile periodice î i au originea în reglrile periodice automate ale temperaturii idebitului gazului pe cînd oscilaii neperiodice trebuie puse mai ales pe seama coloanelor de separare inclzite incomplet sau murdare. Zgomotul de fond are frecven ridicateste specific fiecrui detector i electronicii sale aferente i se manifest mai ales atuncicînd amplificarea electronic  a semnalului este mare. Componentele parazite dinsemnalul electric se determin în felul urmtor: din semnalul înregistrat al detectorului înfuncie de timp se alege întimplîtor un interval de 15 minute si se traseaz  pe ambelei ale liniei de baz a semnalului dou  linii paralele în aa fel încît aceste linii sating tangenial intr-un interval de cca 10 minute peak-urile (virfurile) a cele mai mari.Drift-ul  , figura , este definit ca fiind înclinaia celor dou  linii paralele fa de abscis.

 Abaterile sînt definite ca distana între cele dou  linii. Pentru stabilirea mrimiizgomotului de fond  se alege intervalul de un minut care prezin cel mai mare zgomot.

Nivelul zgomotului de fond se determin  prin mrimea distanei între cele dou  liniiparalele ce unesc vîrfurile semnalului de zgomot.

Limita de detectare Ld reprezint  o msur  a concentraiei mg/l sau a debituluimasic g/s celor mai mici a substanelor analizate înc  detectabile de un senzor cromatografic: Pentru descrierea capacitii unui senzor folosit în cromatografie sefolosete exclusiv limita de detectabilitate i nu sensibilitatea lui. Limita de detectabilitatese determin  din raportul dintre nivelul tuturor semnalelor parazite praportat lasensibilitate S:

Ld =p/S

Numai atunci cînd diferena E între valoarea mrimii msurate i valoarea medie aunei analize oarbe este de trei ori mai mare decît abaterea standard (s) a tuturor semnalelor parazite p  se poate susine cu o siguran  de 99% c  c un punct desurare oarecare P de pe cromatogram reprezint  un punct a semnalului util i nu acomponentelor parazite ale semnalului. La acest raionament se iau în calcul numaiabaterile pozitive ale Peak-urilor de la valoarea medie ( jumtatea semnalului deeroare). Acest concept teoretic , dealtfel perfect valabil, este modificat în practicacromatografic  în sensul c  se iau în considerare atît abaterile pozitive cît i celenegative , msur torea f cîndu-se ” vîrf – vîrf”. Din aceste msur tori ar rezulta prin

 împire un factor  f  , (f = 1,5 (în loc de 3) pentru distana punctului de msurare P  dela valoarea median  a semnalului de abatere . de regul pentru calculul limitei dedetectabilitate Ld se fololosete un factor f =1,2 – 2:

  Ld = (1,5...2) semnal de abatere /Si

  Ld = (5...10) semnal de abatere /Si

 În conformitate cu alte standarde sînt folosite i alte valori pentru factorul  f,   de exIUPAC recomand f = 3.

Page 12: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 12/33

Limita de determinare real  Ldet   reclam  valori mai mari pentru (f) decît încadrul limitei de detectare, astfel valoarea acestuia trebuie s  fie cuprins  între 5-10corespunztor cu sigurana statistic cerut pentru rezultatul msur torilor.

Constanta de timp ( )  , figura II.7. a unui detector cromatografic, inclusiv aelectronicii aferente, reprezint  timpul care trece din momentul iniierii msur toriipîn în momentul în care este indicat 63,2% a întregului semnal. Dup  (5) se obin99,3 % a întregului semnal

Fig.II.7. Influena consatantei de timp   asupra timpul de r spuns t

Selectivitatea unui detector Si,j descrie sensibilitile diferite pentru doumateriale diferite  i  i  j. Selectivitatea Si,j  este indicat  ca fiind raportul sensibilitiidetectorului pentru cele dou  substane:

  Sij= Si/S j

Dac  sensibilitatea pentru substana  j  se apropie de valoarea unu detectorul estespecific pentru substana i, (Si = )

Domeniul liniar    al unui detector, figuraII.8, reprezint  domeniul undesensibilitatea Si este constant . În partea de jos domeniul liniar este limitat prin limita

Fig.II.8. Domeniul liniar (a) i domeniul dinamic (b) al unui detector folosit în cromatografie

Page 13: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 13/33

de detectabilitate Ld. În partea de sus prin o abatere tolerat de 5% de la dreapta idealde liniaritate. Pentru exemplificare grafic  a domeniului liniar se reprezint  în

coordonate dublu logaritmice suprafaa peak-ului  Ai sau a semnalului detectorului Ei înfuncie de cantitatea mi  a probei, concentraia Ci , respectiv fa de debitul masic Qmii,figura II.8.a, Intr-un alt tip de reprezentare folosit  se reprezint  sensibilitatea Si  înfuncie de cantitatea de prob folosit mi, în funcie de concentraia Ci  sau în funcie dedebitul masic Qmii, figura II.8.b. Valoric domeniul liniar se exprim  prin raportul dintrelimita superioar   a domeniului liniar i limita de detectabilitate, este obligatorie iindicarea naturii substanei analizate i. Domeniul dinamic al detectorului  este plasat încontinuarea domeniului liniar i reprezint domeniul în care o modificare a concentraieisau a debitului masic mai provoac  o modificare sensibil i posibil de calibrat asemnalului detectorului, figura II.8.a,b.

II.2.1.5.2. Detectorul de ionizare cu flac ( FID)

  Detectorul de ionizare cu flac, figura II.9, este un detector folosit pentrusubstane organice ( hidrai de carbon) ce are aplicaia de baz  la cromatografele degaze deoarece îmbin  o sensibilitate ridicat cu robusteea. Un detector de ionizarecu flac este de cca 1000 ori mai sensibil decît un detector de conductivitate termic.Alte domenii de aplicare ale acestui detector sînt la supravegherea apelor privindprezena de hidrocarburi volatile precum i la supravegherea polurii atmosferei i aaerului din spaii interioare cu hidrocarburi gazoase. Principiul detectorului se bazeazpe msurarea conductivitii electrice unei flri de hidrogen plasat  între doielectrozi. Substanele de analizat sînt transportate în flac  cu un gaz purttor undesînt ionizate termic datorit aportului de cldur   din flac. În felul acesta în cîmpulelectric dintre cei doi electrozi apare un curent ionic msurabil care este înregistrat în

funcie de timp de ctre înregistrator sub form  unor vîrfuri (Peak-uri) cu aplicaii înanaliza chimic  calitativ. Intensitatea semnalului electric al detectorului (înimeamaxim al Peak-ului) este liniar  i propor ional  cu coninutul de hidrocarbur   într-undomeniu foarte larg de concentraie , cu aplicaii în analiz cantitativ. Din acest motivconcentraia unei hidrocarburi poate fi determinat  direct din semnal f   a se folosicurbe de etalonare. Unele substane organice ( de ex. acidul formic, acetaldehida) audetectabilitate slab  . Alte substane precum: gazele nobile, H2  , N2, NO2  , CO, CO2  ,H2O , CS2 , NH3 , 02 , CCl4 sau alte legturi de halogen , halogenuri de siliciu

Page 14: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 14/33

Fig.II.9. Schema de principiu a detectorului gazcromatografic de tip FID. 1-areztor, 2-flac dehidrogen, 3,4- electrozi colectori de electroni, 5 – amplificator electronic, 6- sistemelectronic de prelucrare i afiare

Sistemul cromatospectrometric prezentat in figura II.10 permite determinareaconcomitent  a compoziiei calitative i cantitative moleculare precum i a celeicalitative i cantitative atomice din amestecuri complexe de gaze. În acest scop estefolosit un gazcromatograf echipat cu detector FID dispozitivat cu o structur spectrometric  modular   format dintr-o sond, compus  la rîndul ei dintr-o lentilcolimatoare, o fibr  optic, un spectrometru miniatural compact echipat cu reea dedifracie fix , detector Diode- Aray, soft pentru prelucrare informaii spectrale de emisieatomic  precum i un sistem de procesare, afiare i tiprire spectre. Sonda semonteaz perpendicular pe direcia de ardere a flrii de hidrogen i valorific  emisiaspectral  a atomilor elementelor chimice excitate în flacra de hidrogen la cca 3.0000

C. Informaia spectral  ajunge prin lentila colimatoare i fibra optic  pe reeaua dedifracie a unui spectrometru miniatural, iar dup difracie, pe un detector Diode-Arraycare împreun  cu microprocesorul spectrometrului furnizeaz  spectrograma deemisie atomic  a speciilor chimice elementare (elemente chimice) prezente inamestecul de gaze analizat.

Fig.II.10. Sistem combinat cromatospectrometric. 1-gazcromatograf, 2- detector de ionizare, 3-sistem de adaptare pentru sonda optic, 4-flac de hidrogen, 5-lentil colimatoare dinsticl de cuar , 6- fibr  optic  de transmisie, 7-spectrometru cu reea de difracie idetector Diode- Array, 8- sistem de procesare afiare i tiprire spectre

II.2.1.5.3. Detectorul pentru compui de azot i fos for (NPD)

Detectorul pentru azot i fosfor este un detector modificat de tip FID care conine osurs  alcalin  de silicat sub forma unei perle din sticl  sau ceramic  dopat  cuelemente alcaline, precum K,Rb,Cs, ce elibereaz uor electroni. Perla alcalin este

Page 15: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 15/33

fixat pe o sîrm de platin între flacra de hidrogen i electrozii colectori de electroniai detectorului, figura fiind înclzit atît pe cale electric prin sîrma de platin pus subtensiune cît i prin flacra de hidrogen, în jurul ei formîndu-se un nor termic plasmatic

care prin norul de electroni emii are totdeauna sarcina negativ  fa  de sarcinapozitiv a electrozilor colectori .Detectorul NPD poate fi folosit în dou moduri:

- ca detector de fosfor (P)- ca detector de azot (NP)

 în cazul utilizrii lui ca detector de fosfor, figura II.11 a , flacra de hidrogen arde ca ladetectorul FID deasupra arztorului cu deosebirea c  arztorul este legat la pmînt,figura, deoarece electronii rezultai din arderea unor componente ce conin atomi decarbon , electroni ce constituie semnalul electric la un detector FID , sînt respini înacest caz de potenialul negativ al perlei scurgîndu-se la mas, în schimb electroniice iau natere pe suprafaa perlei alcaline , al cror numr este propor ional cuconcentraia de fosfor, ajung nestingherii la electrozii colectori formînd semnalul

electric al detectorului. În ce privete mecanismul propriuzis de reacie trebuie ar tat cla început se formeaz în flac  oxizi de fosfor cu un numr impar de electroni , prinfixarea a electronului impar se formeaz  în prima faz  anionii diferiilor acizi fosforicicare în flac sînt oxidai în flac cu radicali OH la acizi neutrii de fosfor ,

  a)   b)

  Fig.  II.11.  Schema de principiu a detectorului pentru: a- fosfor (P), b- azot i fosfor (N-P).1-arztor, 2- flac de hidrogen, 3,4 electrozi colectori de electroni, 5-perl alcalin,6-plasm, 7- amplificator electronic, 8-sistem electronic de prelucrare i afiare

ocazie cu care electronul fixat este eliberat i se constituie în semnalul electric al

detectorului. La folosirea detectorului pentru compui de azot mecanismul esteasemtor ca la fosfor deoarece i i azotul are un numr impar de electroni careduce la formarea de oxizi numai c  acetia se descompun prea repede i nureacioneaz cu perla alcalin . Dac în schimb se scade regimul termic de înclzire alperlei se formeaz  radicali cian care dau reacie alcalin specific  . Pentru a reduceregimul termic se micoreaz debitul de hidrogen la un nivel de cca 1-3 l/min i cel deaer la cca 100 l/min, condiii în care flacra de hidrogen se stinge iar aportul slab dehidrogen existent , ca urmare a reducerii debitului acestuia, duce la aprinderea lui în

 jurul perlei sub forma unui nor plasmatic slab . Radicalii cian formai prin piroliztermic  fixeaz  un electron iar anionii CN-  formai reacioneaz  cu hidrogenulrespectiv cu radicali OHo cu formare de compui neutrii de tip CO2, H2O, N2  cu

Page 16: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 16/33

eliberarea unui electron ce se constituie , aa cum s-a mai ar tat, în semnaluldetectorului .

Detectorul azot - fosfor este un detector selectiv putînd fi folosit în principiu

pentru toate elementele care au un numr impar de electroni , inclusiv pentru compuivolatili de bor i arsen , utilizarea lui de baz este totui cea pentru compui fosfor iazot în regimul de lucru N-P, figura II.11 b. În regimul de lucru numai pentru fosfor (regimul P) detectorul este selectiv pentru compui de fosfor dar are sensibilitatea mairedus ca în regimul de lucru N-P. Un mod de lucru numai pentru azot (regim de lucrude tip N) nu este posibil fiind indicate alturi de compui de azot totdeauna i compuide fosfor , bineîneles dac acetia sînt prezeni în amestecul de subsatane analizate

II.2.1.5.4. Detectorul de conductiv itate termic

Detectorul de conductivitate termic  este unul din cele mai vechi detectoarefolosite în cromatografie. El se bazeaz pe msurarea continu  a conductivitii termicea amestecului de gaze compus dintr-un gaz purttor i amestecul gazos de analizat,figura. Conductivitatea termic  este o mrime fizic  specific  naturii i concentraieisubstanelor. Amestecuri de gaze de compoziii i concentraii diferite ce scald cei patrurezistori înclzii ai punii Wheatstone modific  propor ional cu natura i cuconcentraiilor substanelor rezistena acestor rezistori ducînd la apariia unei tensiunide dezechilibru a punii.

  Fig.II.12.  Schema de principiu a unui analizor de gaze bazat pe principiul punii

Wheatstone. 1- amplificator electronic, 2- sistem electronic de achiziie , prelucrare iafiare, R1,R2, R3, R4 - rezistori din platin înclzii electric

Detectorul de conductivitate termic  , figura II.12, este format dintr-un bloc metaliccompact bine termostatat în care se gsesc patru celule de gaz identice prevzute cufilamente de platin sau de wolfram , sub form de sîrm, legate electric într-o puntede tip Wheatstone. În detector se realizeaz o msurare comparativ de compensaie.

 În acest scop prin dou celule, situate pe dou laturi opuse ale braelor punii, trecegazul purttor pur, iar prin celelalte dou brae ale punii trece gazul purttor în amesteccu gazele pentru analizat. Toate filamentele sînt parcurse de un curent electric careprovoac înclzirea acestora prin efect Joule-Lenz. Temperatura sîrmelor i prin aceastai rezistena lor electric  depinde de conductivitatea termic  a gazelor ce trec prin

Page 17: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 17/33

celule. Modificri ale compoziiei gazelor provoac  prin conductivitile lor termicespecifice modificri corespunztoare de temperatur   i prin aceast  modificri alerezistenei electrice a filamentelor de sîrm. Diferenele de temperatur   a filamentelor 

 în celulele de msurare i în celulele de referin  duc la un dezechilibru electricsurabil al punii Wheatstone. Timpul la care se produce acest dezechilibru estepropor ional cu natura substanei care traverseaz la acel moment dou brae opuseale punii , iar valoarea dezechilibrului este propor ional  cu concentraia aceleisubstane din amestecul de gaze. Detectorul de conductivitate termic este un detector universal, utilizabil la aproape toate substanele, singurele îngr diri sînt la substaneputernic corozive care distrug filamentele, dar are o sensibilitate destul de sczut.

II.2.1.5.5. Detectorul cu capcan de electroni (ECD)

Detectorul cu capcan de electroni (ECD engl. Electron Capture Detector), esteun detector specific pentru gazcromatografie folosit în analiza substanelor sulfuroase,substanelor cu azot i a substanelor halogenate ( ex. PCB, Lindan, etc). Aplicaiile debaz sînt în analiza urmelor i în chimia mediului. Detectorul este format dintr-o camer de ionizare ce conine un catod i un anod i un flux continuu de gaz. Pentru ionizaresînt folosite radiaii (ß) emise de o surs radioactiv sub forma unei folii foarte subiri alizotopului Ni63, sursa de radiaii constituie totodat i catodul, figura II.13.Descompunerea radiaiei (ß) duce la emisia de electroni primari care se ciocnesc cumoleculele (N2) ale gazului purttor i ca urmare iau natere ioni N2  încrcai pozitiv ielectroni secundari liberi. Prin aplicarea unei tensiuni între cei doi electrozi apare uncîmp electric prin care electronii secundari liberi se deplaseaz spre anod unde producun curent electric de cî iva nanoamperi numit curent de ionizare de baz. Dac  înamestecul de gaze este un gaz cu afinitate mare fa  de electroni atunci aceastsubstan  colecteaz  o mare parte din electronii liberi ceea ce duce la micorareacurentului de ionizare de baz. Aceast  micorare afecteaz  propor ional curentul debaz i reprezint  semnalul util al detectorului. Detectorul cu capcan  de electronireacioneaz  la substane cu afinitate de electroni cum sînt de exemplu substanehalogenate precum i anumite pesticide. Sistemul clasic cu msurarea curentului deionizare de baz, descris mai sus, are dezavantajul unui domeniu liniar redus, motivpentru care  în aparate moderne se folosete alt sistem de lucru. Astfel se aplic unimpuls de tensiune cu frecven  variabil  . În momentul în care exist  semnalul detensiune (0,5 pîn  la 1s), electronii care nu au reacionat cu substanele amesteculuide gaze din gazul purttor sînt colectai de anod. Timpii de pulsare a semnalului electricse aleg aa de scur i pentru ca ionii grei, rezultai ca urmare a absorbiei de electroni, nu poat ajunge la anod. Frecvena semnalelor electrice aplicate nu este constant cimodificat continuu în sensul asigur rii unei intensiti de curent constante. Dac  îndetector intr   prin amestecul de gaze un numr mare de molecule electrofile pentrucompensarea scderii sub limit  a curentului (ca urmare a scderii numrului deelectroni) se mrete frecvena curentului. La acest mod de lucru semnalul util aldetectorului nu-l mai reprezint micorarea curentului de ionizare de baz ci modificareafrecvenei tensiunii aplicate în scopul meninerii constante a intensitii curentului ,frecvena semnalului fiind propor ional  cu concentraia moleculelor captoare deelectroni. Prin timpul de pauz  între semnale se asigur   în limite largi un numr deelectroni liberi constant , ceea ce însemn c i la concentraii mari ale substanei deanalizat sînt suficieni electroni la dispoziie pentru ionizare. Numrul de electoni se

Page 18: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 18/33

adapteaz  concentraiei substanei de analizat prin acesta extinzîndu-se sensibil idomeniul liniar .

Fig.II.13.  Schema de principiu a detectorului gazcromatografic de tip ECD. 1Camera de ionizare, 2- folie de izotop Ni63, 3- amplificator electronic, 4-sistem electronic de prelucrare i afiare

  Tab.II.1. Sensibilitatea aproximativ pentru diferite clase de compui organici

Gruparea chimic Sensibilitatea relativ

Hidrocarburi 1

eteri, esteri 10

Alcoli alifatici, cetone, amine 100

Legturi mono-Cl- i mono-F-, mono-Br-, legturi di-Cl i di-F 1000

Aldehide i legturi tri-Cl 10

Legturi mono-J-, di-Br-   i legturi nitro 10

Legturi di-J-, tri-Br-, legturi poly-Cl i poly-F 10

Valorile din tabel 1 sînt valori aproximative dar corecte din punct de vedere alierarhizrii. Sensibilitatea variaz  destul de mult chiar în cadrul aceleiai gruprichimice deoarece ea depinde de structura legturilor .

II.2.1.5.6. Detectorul de emisie atomica

Detectorul de emisie atomic  (AED -  Atomic Emission Detector), figura II.14,reprezint o realizare relativ recent  fiind legat în principal de evoluia detectorului detip Diode- Array. Eluatul ce psete colana cromatografic  este introdus într-oplasm  termic  de heliu generat  într-un cuptor cu microunde . Energia înalt  aplasmei atomizeaz  toate elementele din prob provocînd emisie atomic  specific  aacestora . Prin decompunerea radiaiei rezultate cu o reea de difracie rezult

Page 19: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 19/33

spectrul atomic al probei care este preluat de un detector Diode – Array. Mareleavantaj al acestui tip de detector este analiza multipl  fiind posibil detectarea maimultor elemente în acelai timp. Profitînd de prezena unei plasme de înalt  energie

deja existent  la spectrometrele clasice cu plasm  cuplat  inductiv (ICP-MS), la oraactual  se realizeaz combinaii deosebit de performante între cromatografe HPLC ispectrometrele cu plasm  cuplate inductiv (HPLC-ICP-MS) i gazcromatografe ispectrometre cu plasm  cuplate inductiv (GC -ICP-MS). Aceste combinaii sîntavantajoase ca pre de cost deoarece un cromatograf clasic beneficiaz de o plasmtermic deosebit de performant  generat de un alt aparat , respectic un spectroscopcu plasm cuplat inductiv (ICP) prezent poate chiar în acelai laborator.

Fig.II.14. Schema de principiu a detectorului de emisie atomic. 1-camer  cu plasm  termicdat de microunde, 2- plasm  termic, 3-oglind plan de reflexie, 4- retea de difracie, 5-detector Diode-Array, 6-amplificator electronic, 7- sistem electronic de achiziie , prelucrarei afiare

II.2.1.5.7. Detectorul cu fotoion izare

Folosirea detectorului cu fotoionizare, figura II.15, în cromatografia de gaze sedatoreaz  atît selectivitii cît i sensibilitii sale ridicate la detectarea hidrocarburilor 

Fig.II.15.  Schema de principiu a detectorului cu fotoionizare. 1-camer   de ionizare cu radiaiiultraviolete, 2,3- electrozi, 4- lamp  de ultraviolete, 5- amplificator electronic, 6- sistemelectronic de prelucrare i afiare

Page 20: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 20/33

aromatice sau a speciilor organice cu heteroatomi . Acest tip de detector utilizezionizarea cu radiaii ultraviolete a compuilor ce psesc coloana cromatograficdup urmtorul model:

eR R  

Doi electrozi colecteaz electronii rezultai ca urmare a ionizrii, electroni ce formeazde fapt semnalul electric al detectorului. Nivelul acestui semnal este propor ional cugradul de ionizare , iar acesta la rîndul lui este propor ional cu concentraia specieieianlizate ce se gsete în acel moment în camera de ionizare.

II.3. CROMATOGRAFIA DE LICHIDE DE INALTA PERFORMANTA(HPLC)

Cromatografia de lichide de înalt  performan  ( engl. HPLC - HighPerformance Liquid Chromatography ) cunoscut în literatur  i sub denumireade cromatografie de înalt  presiune (High Pressure Liquid Chromatography)este metoda cromatografic  cea performant i este folosit  în separarea iidentificarea calitativ i cantitativ  a substanelor din amestecuri lichide.Separ ri i analize de substane imposibul de realizat prin alte metode pot firealizate uor prin HPLC. Pe de alt  parte la aceast  tehnic  pot fi f cute imulte greeli. Acesta este motivul pentru care este nevoie de o experien

practic  bogat dar i de cunostiine stiinifice fundamentale. Avînd în vedere catît în cromatografia de gaze (GC) cît i in cromatografia de lichide HPLC stareade agregare iniial  a probelor este cea lichid  trebuie luat  decizia asuprametodei cromatografice folosite pentru acel amestec. In acest scop trebuie avute

 în vedere urmtoarele:- la cromatografia de gaze proba trebuie adus  în stare gazoas  prin

 înclzire f   ca aceast  operaie s  duc  la distrugere integritiimoleculare a speciei anlizate , in practic  numai cca 20 % din speciilemoleculare îndeplinesc aceast condiie [LINDSAY

- la cromatografia de gaze detectorii au universalitate mai mare i au limitede detecie mai bune decît la cromatografia de lichide

- comportarea speciilor moleculare polare sau ionizabile au o comportarecromatografic necorespunztoare în gazcromatografie ca urmare analizalor trebuie f cut in cromatografie lichid

- în cromatografia de gaze exist  numai o singur   faz  staionar   carepoate interaciona cu moleculele probei , faza solid  sau faza lichid, cuaceasta faz poate absorbi proba gazoas în orice raport

- în HPLC atît faza staionar  cît i cea mobil pot interaciona mai selectiv cuproba . Multitudinea acestor interaciuni selective face cromatografia HPLCmultilateral  fa  de cromatografia de gaze cu ea putînt fi rezolvateprobleme de separare avansat deosebit de complexe.

Page 21: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 21/33

- În situaiile în care ambele metode pot fi aplicate decizia este pentrugazcromatografie aceste analize au sensibilitate mai mare i sînt mairapide, iar dac  este vorba de determinri curente la anumite clase decompui trebuie avut in vdere c un gazcromatograf este sensibil mai ieftindecît un cromatograf pentru HPLC.

La cromatografia HPLC faza mobil  purttoare denumit  "Eluent" împreun  cu substanele lichide de analizat este pompat  cu ajutorul uneipompe printr-o coloan  cromatografic de separare ce conine faza staionar .

 În mod obinuit înaintea coloanei de separare propriu zise se cupleaz o pre -coloan  de separare pentru reinerea impuritilor, coloan  care este sensibilmai ieftin  decît coloana de baz. O coloan  de separare într-un cromatograf HPLC are lungimea cuprins  între 5 i 30 cm iar debitul de faz  mobil  estecuprins între 1-5 ml/min.

La ora actual exist urmtoarele metode de cromatografie de lichide :- cromatografie prin absorbie- cromatografie prin repartiie- cromatografie prin schimb ionic- cromatografie de excludere cromatografie prin gel

La cromatografia schimbtoare de ioni  faza stationar  este este o r inschimbtoare de ioni iar gradul de separare este dat de intensitateainteraciunilor intre ionii probei i grupele schimbtoare de ioni din r in  . Incromatografia de excludere  ca faz staionar  este folosit un gel cu pori maricare poate separa moleculele dup  mrime i form  , la acest tip decromatografie moleculele mari traverseaz  cel mai rapid sistemul cromatografic.Cromatografia cu lichide supracritice

  Dac  în timpul separarii cromatografice compoziia substanei de analizatmîne constant  tehnica de cromatografic  este denumit elu ie izocratic.Dac  compoziia fazei analizate este schimbat  în timpul procesului deseparare dup  o modalitate prestabilit, tehnica poart denumirea de elu ie degradient .Cea din urm  tehnic  este folosit  atunci cînd domeniul timpilor deretenie a moleculelor din prob  este atît de mare încît acetes nu pot fi eluate

 într-un timp rezonabil cu un solvent pur sau cu un amestec de solveni.Detectorii folosii în HPLC lînt detectori selectivi, ceea ce înseamn c ei

nu r spund la toate moleculele existente înt-un amestec ci numai la anumitemolecule sau clase de compui. In cromatografia de lichide înc nu exist undetector universal i de inalt  sensibilitate aa cum este de exemplu detectorulde ionizare cu flac  FID din cadrul cromatografiei de lichide, în schimbdetectoarele din cromatografia de lichide acoper  un numr mult mai mare desubstane decît cele din cromatografia de gaze. Unele molecule de probe sîntgreu de detectat în HPLC i trebuiesc aduse dup  psirea coloaneicromatografice într-o form  detectabil  tehnic  denumit derivatizare dup

Page 22: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 22/33

coloan. Ca i la alte cromatografii în condiii tehnice date pentru analizacalitativ  este definitoriu timpul necesar unei molecule din prob  pentru atraversa sistemul cromatografic i a ajunge la detector, timp denumit timp de

reten ie. Dat fiind numrul extrem de mare de substane organice unelesubstane au timpi de retenie identici situaie în care peak-urile se suprapunputînd da natere la erori importante de interpretare. Pentru înlturarea acestuineajuns cele mai importante detectoare pentru HPLC sînt spectrometrele. Totmai des ieirile din coloanele cromatografice se cupleaz  la spectrometreclasice cel mai des folosit fiind spectrometrul de mas (MS) situaia clasic fiindcea LC-MS sau LC-MS-MS. Aceste combinaii de aparate au sisteme deperformante de prelucrarea datelor ce permit identificarea automat  princompararea electronic  a spectrului oricrei specii moleculare, în momentulsosirii ei din coloana cromatografic la spectrometru, cu spectrele etalon dinbibliotec  electronic de spectre.

II.3.1. Aparatura folosit în cromatografia HPLC

Cromatografele de lichide de înalt  performan  sînt formate dint-unsistem de vase cu solveni, o pomp  de înalt  presiune , o coloan

cromatografic  , unul sau mai muli detectori , i un sistem de prelucrare adatelor , ele mai sînt completate cu elemente de reglare automat a debitului , apresiunii i a temperaturii. In figura II.16 este reprezentat schema de principiu aunui cromatograf de lichide.

Fig. II.16. Schema de principiu a unui cromatograf de lichide. 1- butelie, 2-ventil înaltpresiune, 3-manometru înalt presiune, 4-reductor de presiune, 5- manometru de joaspresiune, 6- sistem distribuitor i dozare heliu, 7,8- recipiente cu solvent, 9- distribuitor,10,11-filtru, 12-sistem de injecie prob, 13-purj, 14-pomp  de înalt  presiune , 15-precoloan, 16-filtru, 17-distribuitor, 18-coloana cromatografic, 19-incint  de

Page 23: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 23/33

termostatare coloan, 20-detector, 21- amplificator electronic, 22-sistem de achiziie iprelucrare date, 23-sistem de calcul, 24-imprimant

Trebuie avut în vedere c în HPLC se folosesc solveni organici puternicisau soluâii tampon care pot ataca chimic orice component ce se gsete întraseul lor de la recipientele de stocare pin  la detector , ca atare toatematerialele folosite pe acest traseu trebuie s  prezinte o rezisten  chimiccorespunztoare. O alt  recomandare este aceea ca volumul mort , denumit ivolum extracolumnar, între introducerea probei i traversarea detectorului s  fiemeninut cît mai mic posibil prin aceasta evitîndu-se o lire de band  (vezi icap). Reducerea volumului mort se realizeaz  în primul rînd prin msuriconstructive ale furnizorului de cromatograf i prin de alegerea corespunztoarea coloanei cromatografice. In continuare vor fi descrise pe rînd elementelecomponente ale unui cromatograf de tip HPLC

Semnalul este înregistrat fie cu un înregistrator, fie direct în memoria unui calculator. Înesenta, un cromatograf analitic HPLC are schema bloc din figura II.17. unde nu s-a maiprezentat colectorul de fractiuni, interesant doar din punct de vedere preparativ. Sepoate observa asemanarea cu GC singura deosebire majora constituind-o sursa deeluent – pompa.

Solvent   Pompa   Injector  Coloana  Detector   Înregistrator 

  Fig. II.17. Schema bloc a unui cromatograf HPLC

II. 3.1.1. Detectori utilizati in cromatografia de lichide de înalta performanta(HPLC)

Tehnica HPLC s-a dezvoltat o data cu perfectionarea detectorilor. Detectorii încromatografie sunt instrumente analitice specializate, situate la iesirea eluentului dintr-ocoloana si care pot înregistra continuu substantele separate de catre aceasta. Decidetectorii 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 volumulde proba este de ordinul microlitrilor (8-10µl), volumul detectorilor trebuie sa fie de volumapropiat pentru a se putea sesiza în mod continuu picul cromatografic.

 În calitate de instrumente se poate utiliza, în principiu, oricare dispozitiv deanaliza chimica cunoscut, pentru probe lichide, precum si orice combinatii deinstrumente fizice. De exemplu, în ultimul timp, combinatia dintre un detector refractometric si unul bazat pe difuzia luminii este extrem de eficace în analizapolimerilor în amestec cu monomeri sau oligomeri dintr-un material. Exista chiar 

Page 24: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 24/33

Page 25: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 25/33

constituie un semnal dat de o singura substan a sau de un amestec (ceea ce secunoate sub numele de stabilirea puritii picului).

Principiul de functionare al detectotrului Uv este porezentat  în figura II.19.

Detectorul este format dintr-o celula cilindrica (5) cu capacitate de 1µl-10µl care esteintersectata de coloana cu eluent. Razele UV (1) sunt aranjate astfel incit sa treac princelula cu proba de analizat (5) si apoi sa cada pe fotoelement (6). Semnalul de lafotoelement ajunge la amplificator (7) (acesta mrete intensitatea semnalului) si apoi lasistemul de achiziie, prelucrare si afiare a datelor obinute (8); rezultatul este ocromatograma (9) ale crui picuri va oferi informaii calitativa si cantitative despresubstanele din soluia analizata.

Fig. II.19. Principiul de funcionare al detectorului de UV. 1- raze UV, 2- substana ce vine dela coloana cromatografica,3- substana ce pleac, 4- geam de cuar , 5- tub capilar prin care circula substana de analizat, 6- detector (fotomultiplicator), 7-amplificator,8- sistem de achiziie, prelucrare si afiare a datelor, 9-cromatograma,10- cuva detectorului

II. 2.1.2. Detector i refractometric i

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, unfascicul luminos (mono sau policomponent) trece printr-o celula cu doua compartimenteunul continând doar eluentul pur iar celalalt faza mobila care paraseste coloana , figura

II.20

2   3

5

7

8

9

10

I

t

Page 26: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 26/33

Fig.II.20.  Principiul de functionare al unui detector refractometric. 1- radiatia luminoasa, 2-amestec de substante, 3- solvent pur,4- perete sticla, 5- detector refractometric, 6-fotoelement, 7- amplificator, 8- surub reglator, 9- sistem înregistrator, 10-cromatograma, C- cuva refractometrica, M- sistem ce regleaza detectorul in funcie deunghiul sub care cad razele

Radiatia luminoasa (1) trece prin solventul pur, apoi prin peretele de sticla cesepara cele 2 incinte, prin amestecul de substante. Ajunge sub un anumit unghi pedetector, o parte se reflecta pe fotoelementul 6’ iar o parte se refracta pe fotoelementul6. Semnalul este amplificat. Daca cele doua tensiuni primite de la cei 2 detectori suntdiferite, motorul primete un semnal de corecie, in scopul egalizrii tensiunilor, astfel

are loc compensarea modificrii indicilor de refracie. In urma deplasarii urubului 8 ,sistemul înregistrator 9 va înregistra datele sub forma unei cromatograme.Diferentadintre indicii de refractie pentru solutiile aflate în cele doua compartimente vor fi practicnule, atâta timp cât din coloana iese doar eluentul pur, dar diferita în momentul în care îneluent mai apare un component separat - antrenat de catre eluent din coloana. Înmomentul iesirii unui component are loc o deplasare a pozitiei fascicolului emergent dindetector - deplasare care este proportionala cu concentratia si sesizata de catredetector.

 În cazul acestui tip de detector sunt posibile si picuri negative, ceea ce facenecesara aducerea liniei de baza la jumatatea scalei lucru care, pe lânga sensibilitatearelativ 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.

II. 2.1.3. Detector ii electroch imici

 Detectori electrochimici sunt folositi cu precadere pentru identificare calitativa sicantitativa la amestecuri de electroliti precum si la substante care se pot oxida respectivreduce. Intru-cat marea majoritate a substantelor se pot oxida sau reduce si intru-catdetctorii si logistica electronica de interpretare a datelor au devenit foarte performantemomentan HPLC cu detectori electrochimici a devenit cea mai importanta metodaanaliza si identificare a substantelor.

M1

2

3

4

5 6

6’

9   7

10

8

CI

t

Page 27: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 27/33

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;

II. 2.1.3.1. Detectorii conductometr ici

Detectorii conductometrici sunt folositi in special pentru solutiile ionice undesubstantele disociaza complet. Acest tip de detectori se utilizeaza cu precadere încromatografia pe schimbatori de ioni si sunt sensibili la ioni anorganici sau organiciinclusiv acizi organici. Sunt asadar detectori specifici. Sunt suficient de sensibili (500pg-1ng). Detectorii conductometrici msoar  conductivitatea fazei mobile. Este constituit dindoi electrozi situai in coloana cu eluent si o rezistenta situata intre cei doi. Rezistentaeste msurata cu ajutorul circuitului electric la care este legata.

Principiul de functionare al unui detector conductometric este prezentat în figuraII.21. Celula conductometrica este etansa, iar cei doi electrozi sunt fixati si dimensionatidin fabrica. Substanta de analizat(4) vine de la coloana cromatografica si intra in celulaconductometrica(2). Cand se modifica concentratia primei substante (H=kC) se modificaconductivitatea celor doi electrozi (3). Aceasta schimbare este amplificata si prinsa subforma unui pic in cromatograma (8). Astfel se realizeaza analiza cantitativa probei. Adoua substanta va modifica conductivitatea electrolilor dupa un anumit timp cea ce ducela masurarea timpului de retentie (analiza calitativa) si la aparitia unui nou pic incromaograma.

Este necesar un generator de inalta frecventa pentru a nu se instala un transfer deioni intre cei doi electrozi ceea ce ar duce la denaturarea analizei. Se alimenteaza cu5kH.

Fig.II.21.  Principiul de functionare al detectorului conductometric. 1- generator de inaltafrecventa, 2- celula conductometrica, 3- electrozi de platina, 4- sustanta de analizatce vine de la coloana cromatografica, 5- substanta iese din celula conductometrica,6- amplificator, 7- sistem de achiziie, prelucrare si afiare a datelor, 8-cromatograma in coordonate conductivitate si timp

8

1 2

3

4

67

H5

Page 28: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 28/33

II. 2.1.3.2. Detectori i amperometrici sau coulometric i

Principiul de functionare: celula electrochimica, figura II.22. , 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 dereferinta se aplica o tensiune functie de potential ceea ce duce la aparitia pe curbacinetica a curbelor de reducere, care sunt pozitive, si a curbelor de oxidare, care suntnegative , figura II.23. 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 reprezintainceputul oxidarii unui element iar E4 sfarsitul oxidarii acelui element.

Fig.II.22.  Principiul de functionare al detectorului electrochimic amperometric. 1- substantelece vin de la coloana cromatografica, 2- electrodul de lucru, 3- electrodul auxiliar 4-celula electrochimica,5- tub capilar prin care circula substana de analizat, 6-electrodul de referinta, 7- substanta iese din tubul capilar, 8- amplificator, 9- sistemde achiziie, prelucrare si afiare a datelor,10- cromatograma in coordonateintensitatea cinetica si timp

  Fig.II.23. Diagrama curbei cinetice si cromatograma obtinuta

10

1

2

3 4

5

6

7

8

9

t

i

E3E4E5E60

E0 E1 E2 E(mv)

-i

+it

I

Page 29: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 29/33

Pentru a se putea efectua masurarile trebuie sa se cunoasca diagramapotentialelor. Picurile pe cromatograma apar sub forma unui potential de semiunda (seduc tangente la curbele de reducere si oxidare iar la mijlocul distantei dintre liniile ce se

duc din capatul tangentei pe ordonata cromatogramei se afla varful picului).

II. 2.1.4. Detectorii de fluorescenta

Detectorii de fluorescenta se bazeaz  pe msurarea intensitii fluorescenteipentru substanele ce prezint  acest fenomen. Fluorescenta este un fenomen careapare la unele substane când sunt iradiate cu ultraviolete. Acele substane emit radiaiipe o lungime de unda mai mare decât a radiatei incidente. Daca emisia de radiaii areloc in acelai timp cu emisia de radiaie ultravioleta incidenta fenomenul se numetefluorescenta. Putini compui prezint  fluorescenta iar cei ce nu prezint  pot fitransformai in derivai ai lor ce au aceasta proprietate.

 Fluorescenta s-a ar tat a fi foarte folositoare ca proces de detecie iar cu detectorii

bazai pe fluorescenta s-au obinut unele dintre cele mai înalte sensibilitati dincromatografie de lichide. Tehnicile de detecie bazate pe fluorescenta confer   o bunasensibilitate probelor concentrate si o sensibilitate mult mai mica atunci când se folosescinstrumente de genul senzorilor de temperata, presiune etc..Din aceasta cauza luminade fluorescenta este msurata pe un fundal întunecat( sau la zgomot de fond redus).

 Pentru ca intensitatea fluorescentei sa poat  fi msurata instrumental, raportuldintre cantitatea de radiaie remisa si cantitatea de radiaie UV incidenta trebuie sa aibvalori cuprinse intre 0.1-1. Sistemul optic al celor mai multi detectori de fluorescenta estearanjat astfel incat lumina fluorescenta sa cada sub un anumit unghi( de 90º), figuraII.24., pe raza incidenta.Acest lucru micsoreaza cantitatea de lumina incidenta care ar interactiona cu semnalul. In aceste circumstante semnalul este masurat pe un fundalaproape negru (pentru a mai reduce din luminozitatea fundalului se foloseste un filtru).

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

Fig.II.24.  Principiul de funcionare al detectorului de fluorescenta.1- sursa de radiaie, 2- fanta,3- filtru, 4- lentila, 5- substana ce vine de la coloana. 6- substana de analizat, 7-cuva cu perei de cuar , 8- unghi de 90 grade,9- substana ce iese din cuva, 10-lentila, 11- filtru, 12- fanta, 13- detector de fluorescenta, 14- amplificator, 15- sistemde preluare, prelucrare si afiare a datelor, 16- cromatograma.

1

2

3

4

5

67

8

9 10   11   12

13

14

15

t

I 16

Page 30: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 30/33

Principiul de funcionare: Radiaia emisa de sursa (1) dup trecerea prin filtru estefocalizata de lentila (4) apoi cade sub un unghi de 90º pe radiaia incidenta. Luminafluorescenta emisa este focalizata de lentila (10), trece prin filtrul (11) si ajunge la

detectorul de fluorescenta care ii msoar  intensitatea. Semnalul este apoi amplificat sipreluat de sistemul de prelucrare si afiare a datelor(15). Datele obinute sunt afiatesub forma unei cromatograme (16).

II. 2.1.5.Detectoare Diode Array

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

 Principiul de utilizare. Detectorul este utilizat cu lampa de deuteriu si xenon careemit 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 undaacoperite. Doda Array poate contin sute de diode iar semnalul de la fiecare dioda estepreluat si amplificat de catre amplicator (8) ca la sfarsit sa ajunga la sistem de preluare,prelucrare si afiare a datelor (9) care de obicei este un calculator care stocheaza datelepe hard disc. La sfarsitul analizei informatile oferite de fotodiode sunt afisate pe ocromatograma. Sunt oferite intensitatile substantelor din amestec (analiza cantitativa) sitimpii lor de retentie (analiza calitativa).

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

Schema principiului de functionare este prezentat in figura II.25

Fig.II.25.  Principiul de funcionare al detectorului sir de fotodiode. 1- radiaii ultraviolete, 2-substana ce vine de la coloana cromatografica,3- substana ce pleac  la tratamentchimic, 4- fereastr  cuart, 5- tub capilar prin care circula substana de analizat, 6-reea de difracie, 7- dioda Array, 8- amplificator, 9- sistem de preluare,achiziie siafiare a datelor, 10- cromatograma (in care se preiau concomitent toate lungimile deunda)

1

2 3

4 5

6

7

89

10

I

t

Page 31: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 31/33

II. 2.1.6. Alti detectori

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 spectrometriade masa si FT-IR, care au permis determinari calitative uneori imposibil de realizat prinalte variante de detectie în lipsa etaloanelor cunoscute.

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

Tab. II.2. Alti detectori utilizati în LC

Detectori LC Limita dedetectie

Caracteristici Disponibilitatecomerciala

Fluorimetrici 1-10pg Este necesara uneori derivatizarea

Sensibilitate 10-10M

Da

Electrochimici(Amperometrici)

10pg = 1ng Sensibilitate 10-10MCompusi oxidabili sau reductibili

Da

Bazati peSpectrometriade Masa (MS)

100pg -1ng

Necesare coloane capilareNecesara pulverizareaPret 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 ionselectivi

10ng Doar pentru ioni sau compusiionizabili

Nu

Fotoionizare 1pg- 1ng - Nu

II. 3.2. Elect roforeza capilara

Electroforeza este o metoda cromatografica de analiza la care separareacomponentilor 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 electroforezafara medii stabilizante figura II.26. a si b. In fig. II.26. a este reprezentata forma initiala amontajului, inainte de alimentarea cu tensiune, cand substantele sunt amestecate. Candsistemul este alimentat cu tensiune electrica componentele se separa in functie degradientul lor de potential, fig. II.26.b.

Page 32: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 32/33

  Fig.II.26. Scema de principiu a electroforezei fara medii stabilizante

Electroforeza capilara (EC) este folosita pentru separarea speciilor ionice datoritaincarcaturii lor electrice si a fortelor de atractie si respingere. Se deosebeste de HPLCdoar prin faptul ca separarea pe componenti se face sub inalta tensiune electrica pecand la HPLC se face cu o pompa de inalta presiune. Exista si combinatii intreelectroforeza capilara si HPLC (ce nu se poate detecta cu HPLC intra in sistemul dedetectare al eletroforezei capilare).

Fig.II.27.  Principiul electroforezei capilare.1- anod, 2- solutie tampon, 3- celula electroforetica,4- catod, 5- fotodetector (in UV, Dioda Array etc), 6- tub capilar, 7-sursa de radiatie,8-fanta, 9- Amplificator, 10- sistem de preluare,achiziie si afiare a datelor, 11-cromatograma electoforetica

Principiul de functionare , figura II.27, este relativ simplu. La aplicarea tensiuniielectrice U, ionii substantelor din amestec vor incepe sa migreze prin tubul capilar infunctie de potentialele lor specifice. Astfel se realizeaza separarea ompusilor dinamestecul de analizat. Deplasarea lor e bidirectionala (de la stanga la dreapta si de ladreapta la stanga). In deplasarea lor prin tubul capilar, la un moment dat ionii substantei

+ +

- _ 

Solutietampon

C

B+C

A+B+C

A

A+B

A

C

B+CB

a  b

electrozi

I

t

+

12

34

5

6

7

89

10

11

 _ 

Page 33: MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

8/16/2019 MONITORIZARE PRIN CROMATOGRAFIE.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/monitorizare-prin-cromatografiepdf 33/33

vor fi detectati cu ajutorul unui sistem de detectie ce vor transmite semnalul la unamplificator. Dupa amplificarea semnalul ajunge la sistemul de preluare, achizi ie siafiare a datelor care ne va oferi informatiile in ceea ce priveste substantele din

amestecul analizat sub forma unei cromatograme electroforetice. Fiecare substanta estecaracterizata de timpul propriu de retentie (analiza canlitativa) iar inaltimea piculuicorespunzator ofera informatii despre cantitatea de substanta existenta.

Avantaje ale electroforezei capilare sint:- separarea componentilor dintr-un amestec este mai avansata ca la HPLC i creste cu

cit tensiune electrica aplicata este mai mare- pretul este mult mai mic decat cel de achizitie a unui HPLC;- fiabilitate mai buna decit la HPLC