La gascromatografia

La gascromatografia è l’unica tecnica cromatografica che si avvale di strumentazioni avanzate ed è il metodo cromatografico più diffuso costituendo, tra l’altro, una metodologia tale da essere in grado, contemporaneamente di separare i componenti di una miscela gassosa oltre che di consentire un’analisi sia qualitativa che quantitativa.

La sostanza da analizzare viene introdotta mediante una micro siringa o altro opportuno sistema di campionamento nel caso di sostanze gassose in una camera di miscelamento e vaporizzazione dove un gas inerte (elio, argo, azoto) , che percorre la colonna fluisce in maniera costante la trasporta in una colonna riempita con il materiale della fase stazionaria.

Quest’ultima è costituita da un liquido a bassa tensione di vapore che impregna un supporto granulare inerte. Ogni componente della miscela gassosa si distribuisce diversamente, secondo le sue caratteristiche, fra la fase mobile e la fase stazionaria. Di conseguenza si avrà la separazione dei vari componenti che percorreranno la colonna in tempi diversi uscendone separatamente.

All’uscita della colonna è posto un rivelatore (detector) che segnala e rivela il passaggio delle varie sostanze producendo un segnale elettrico che viene amplificato e registrato per cui si ottiene direttamente il cromatogramma della miscela in esame.

cromatogramma

In un cromatogramma vengono riportati in ordinate le intensità del segnale elettrico e sull’asse delle ascisse il tempo impiegato dalle sostanze  a percorrere la colonna e giungere al rivelatore. I segnali relativi alle varie sostanze si presentano sotto forma di picchi aventi la forma tipica della gaussiana. Un cromatogramma può dunque costituire un mezzo valido sia per l’analisi qualitativa in quanto, a parità di condizioni, le varie sostanze presentano gli stessi tempi di percorrenza che risultano tabulati e quindi dal tempo impiegato si possono avere indizi sulla natura della sostanza, sia per l’analisi quantitativa dal momento che l’area sottostante il picco è proporzionale alla quantità di sostanza. Le grandezze utilizzabili per caratterizzare un picco sono indicate nella seguente tabella:

Denominazione

Definizione

Larghezza del picco

y: distanza tra le intersezioni delle tangenti al picco nel punto di flesso con la linea di base

Altezza del picco

h: distanza tra la linea di base ed il punto di massimo

Larghezza media del picco

y/2: larghezza del picco misurata a metà altezza (h/2)

Tempo di ritenzione

tr: tempo intercorrente tra l’istante di introduzione del campione e l’apparizione del massimo del picco

Tempo  di ritenzione modificato

t’r = tr – ta: tempo intercorrente fra l’apparizione del picco e il picco dell’aria, ovvero di una sostanza non trattenuta sufficientemente dalla colonna

Volume di ritenzione

Vr = trF: prodotto del tempo di ritenzione per la portata F del gas di trasporto

Volume di ritenzione modificato

V’r = Vr – Va : volume di ritenzione rispetto al volume di ritenzione dell’aria

Le colonne usate in gascromatografia possono essere distinte in due tipologie a seconda delle caratteristiche dimensionali della fase stazionaria:

  • Colonne a riempimento dove la fase stazionaria è costituita da un materiale poroso che riempie la colonna in maniera omogenea e uniforme
  • Colonne capillari di sezione molto sottile in cui la fase stazionaria liquida ricopre la parete interna del microtubo con un film molto sottile

Nel caso della cromatografia gas-solido la fase stazionaria è costituita da un materiale adsorbente o da setacci molecolari che consentono una separazione sulla base della dimensione molecolare rispetto alla dimensione dei canalicoli dei setacci stessi, mentre nel caso della cromatografia gas-liquido con colonna a riempimento, la fase stazionaria è costituita da un liquido di ripartizione trattenuto su un supporto inerte granuloso. La finzione del supporto è quella di sostenere la fase stazionaria senza interferire nel processo di ripartizione. Le caratteristiche del supporto devono essere quindi:

–          Elevata porosità

–          Elevata area superficiale

–          Inerzia chimica

–          Potere adsorbente nullo

Il tempo di ritenzione di una colonna gascromatografica è funzione dell’equilibrio termodinamico di ripartizione fra le due fasi oltre che dall’efficienza della colonna: quanto più i picchi sono stretti tanto più l’efficienza è elevata. L’efficienza di una colonna dipende dalla rapidità con cui si instaura l’equilibrio tra le due fasi ed è quindi un indice del processo cinetico di diffusione del gas nel liquido cioè di scambio di massa tra le due fasi stesse. Nel caso di colonne a riempimento è stata sviluppata una teoria atta a interpretare i fattori che influenzano l’altezza del piatto teorico (H.E.T.P.) e quindi dell’efficienza della colonna.

Van Deemter dimostrò che l’efficienza dipende dalla velocità del gas di trasporto e che in una colonna continua si ha:

H.E.T.P. = A + B/u + Cu

Essendo A, B e C opportune costanti e u è la velocità lineare del gas di trasporto. Nello specifico A è associato alla diffusione microvorticosa nella colonna impaccata; B è correlato alla diffusione molecolare longitudinale mentre C è correlato alla resistenza del trasferimento di massa. L’equazione di Van Deemter è il risultato di una combinazione lineare di tre equazioni:
y = a ( retta parallela rispetto all’asse x)

y = B/x ( iperbole equilatera)

y = Cx ( retta passante per l’origine con coefficiente angolare C)

equazione di van deemter

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Author: Chimicamo

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