NOTITE DE CURS 6

6. IDENTIFICAREA COMPONENTILOR SI DETERMINAREA

CONCENTRATIEI

6.1. Cromatograful și sistemul de date

Sistemele de date sau integratorii, așa cum au fost frecvent numite, au fost, probabil,

prima aplicaţie a calculatoarelor în laboratoarele de analiză. Integratorul electronic digital preia

semnalul de ieșire de la amplificatorul detectorului şi îl convertește într-un semnal digital cu

ajutorul căruia se măsoară toți parametrii necesari pentru manipularea datelor. În general,

detectoarele, amplificatoarele şi integratorii de sisteme (de date) au domenii de liniaritate mari

ideale pentru cuantificarea exactă.

Trebuie avut în vedere faptul că dacă două vârfuri nu sunt complet rezolvate, atunci orice

cuantificare a lor va fi aproximativă și răspunsul va varia în funcție de modul în care sistemul de

date gestionează semnalul. În Figura 6.1a sunt prezentate o serie de posibilități, dintre care

niciuna nu este corectă. În acest caz, condițiile trebuie să fie schimbate pentru a se obţine o

separare de bază, dacă analiza cantitativă precisă este necesară.

Fig. 6.1a. Integrarea picurilor nerezolvate

Figura 6.1b ilustrează modul în care parametrii de integrare pot afecta integrarea unui pic

asimetric sau rezidual.

Fig. 6.1b. Efectul unor parametrii de integrare diferiţi: (a) integrarea se termină prea

devreme, astfel încât un domeniu important din pic nu este integrat; (b) o integrare bună; (c)

integrarea începe prea târziu – acest pic este tipic pentru degradarea termică și, prin urmare,

integrarea nu va fi foarte semnificativă.

6.2. Analiza calitativă

Metodele cromatografice de analiză calitativă se împart în două grupe:

- metode bazate pe detecţia componenţilor cu ajutorul parametrilor de retenţie;

- metode de detecţie auxiliare.

6.2.1. Metode bazate pe detecţia componenţilor cu ajutorul parametrilor de retenţie.

Aceste metode necesită o bază de date experimentale de retenţie pentru diferite faze

staţionare şi componenţi.

Parametrii de retenţie utilizaţi sunt:

- timpul (volumul) de retenţie specific;

- retenţia relativă;

- indicele de retenţie.

In general datele de retenţie absolute sunt aplicabile numai la detecţia componenţilor din

aceeaşi serie omoloagă.

Erorile provenite din inacurateţea măsurătorilor parametrilor coloanei de operare pot fi

eliminate prin utilizarea retenţiei faţă de un component standard şi introducerea unei corecţii

pentru volumul mort al coloanei. Componentul standard trebuie astfel ales încât retenţia relativă

să nu fie mai mare de 3 - 4. Componenţii standard pot fi: n - butan, n - pentan, benzen, p - xilen,

naftalină, metiletilcetonă, ciclohexanonă, acid butiric, camfor, etc.

Retenţia relativă are avantajul de a fi independentă de debitul gazului purtător şi de

gradientul de presiune din coloană, iar în cazul unor componenţi similari depinde puţin de

temperatură.

Pentru creşterea gradientului de siguranţă se recomandă separarea componenţilor cel

puţin pe trei faze staţionare cu polarităţi diferite. Schimbarea ordinii de apariţie a picurilor

furnizează indicaţii utile referitoare la clasa de compuşi de care aparţin.

Folosirea mai multor faze staţionare mai are avantajul că permite separarea

componenţilor care pot apare sub un singur pic pe o anumită fază staţionară.

In prezent se folosesc aproape exclusiv parametrii relativi, şi dintre aceştia, mai ales

indicele de retenţie IR, (Kovats).

6. 2. 2. Metode auxiliare de detecţie a componenţilor

In general, este imposibilă detecţia certă a tuturor componenţilor din datele lor de retenţie

şi prin urmare a fost nevoie de aplicarea unor metode auxiliare în vederea elucidării problemelor

de analiză calitativă.

Primul grup de metode auxiliare sunt cele cromatografice, dintre care cea mai simplă

constă în a compara cromatograma amestecului dat cu cromatograma unei probe din acelaşi

amestec, la care s-au adăugat componenţii care se bănuiesc că fac parte din probă. Dacă picul

unuia din componenţi apare mărit pe a doua cromatogramă, acesta este un indiciu al prezenţei în

probă a componentului respectiv; în caz contrar, componentul adăugat dă un pic nou pe

cromatograma a doua. Operaţia trebuie repetată pe cel puţin trei faze staţionare, deoarece se

poate întâmpla ca doi componenţi diferiţi să aibă acelaşi timp de retenţie pe o anumită fază

staţionară. Dacă repetând analiza, picului unui component i se suprapune de fiecare dată picul

componentului adăugat, se poate trage concluzia prezenţei şi deci dovedită detecţia acestui

component în amestec.

Un alt procedeu pentru detecţia componenţilor se bazează pe utilizarea detectorilor

specifici sau combinaţii de detectori.

Cei mai importanţi detectori specifici sunt:

- detectori cu captură de electroni - pentru halogeni, compuşi organometalici,

- detectori cu sodiu ionizabil - pentru compuşi cu fosfor, derivaţi halogenaţi,

- microcoulometru - pentru compuşi cu S, F, Cl.

Cele mai frecvente combinaţii de detectori utilizaţi sunt:

- detector cu ionizare în flacără şi detector cu captură de electroni (FID+ECD),

- detector cu ionizare în flacără şi detector cu sodiu ionizabil,

- detector cu ionizare în flacără şi coulometru.

De exemplu, în cazul unui amestec de hidrocarburi şi derivaţi halogenaţi, prin utilizarea

cuplului de detectori FID şi ECD se obţin două cromatograme, care permit selectarea

componenţilor aparţinând celor două clase de combinaţii.

Gaz cromatografia poate fi cuplată şi cu cromatografia de lichide pe strat subţire.

Gaz cromatografia şi spectrometria în infraroşu se pot combina continuu sau discontinuu.

In forma continuă eluentul cu componentele separate trece prin cuva spectrometrului IR, care

înregistrează pe rând, rapid, spectrul fiecărui component. Tehnica discontinuă analizează ulterior

componentele separat captate prin răcire sau sorbţie într-o trapă.

Cuplarea gaz cromatografiei cu spectrometria de masă este una dintre cele mai sigure şi

mai directe metode pentru detecţia componenţilor din cele mai complexe amestecuri de analizat.

La ieşirea din coloană o fracţiune din eluent este introdusă în sursa de ioni a

spectrometrului de masă, iar restul intră în detectorul de gaz al cromatografului. Există două

tehnici de lucru:

- spectrometrul se fixează pe masa componentului urmărit (de analizat),

- se parcuge foarte rapid (secunde sau fracţiuni de secunde) întregul spectrometru

pentru fiecare component separat.

Spectrele de masă constituie adevărate amprente ale componenţilor respectivi.

Examinarea în paralel a parametrilor de retenţie cu spectrometrul de masă permite rezolvarea

celor mai complexe amestecuri de analizat. In acest mod au fost detectaţi peste 100 de

componenţi în probele luate din atmosfera poluată.

Detecţia prin analiza produşilor de piroliză se aplică la analiza combinaţiilor greu

volatile, cum ar fi produşii macromoleculari naturali sintetici. Descompunerea controlată în

curent de gaz purtător se face cu ruperea legăturilor din moleculele excitate termic. Pentru

aceleaşi condiţii termice, o moleculă se va fragmenta întotdeauna în acelaşi mod. Radicalii

formaţi în urma pirolizei vor reacţiona între ei formând un amestec de compuşi mai simpli. Acest

amestec este introdus de eluent în coloana cromatografică şi separat. Cromatograma respectivă

poate fi considerată ca un “spectru de piroliză“ şi poartă amprenta substanţei analizate.

6.3. Analiza cantitativă

Analiza cantitativă se bazează pe corelarea datelor obţinute din cromatogramă cu

concentraţia componenţilor din proba de analizat. Pentru aceasta este necesar să se estimeze

cantitativ aria sau înălţimea picului.

In cromatografia de gaze sau de lichide, în general, sunt utilizate două tipuri de detectori:

- sensibili la concentraţie: - conductibilitate termică.

- absorbţie în UV – VIS.

- sensibili la debitul masic: - ionizare în flacără (FID).

Pentru componenţii probelor, primul tip de detectori este nedistructiv, în timp ce al doilea

tip este distructiv.

6.3.1. Determinarea ariei şi înălţimii picului

Metodele mai vechi determinau manual aria picului folosind diferite variante:

Metoda produsului înălţimii cu lăţimea picului

A = h · w1/2

unde: h - înălţimea, w1/2 - lăţimea la semiînălţime.

Fig. 6.3a. Mărimi caracteristice pentru calculul ariei picului

Precizia determinării se poate mări luând lăţimea picului la 1/4 (sfert) din înălţime, iar

pentru picuri foarte ascuţite, chiar la 1/10 din înălţime.

Acest procedeu se foloseşte pentru picuri simetrice.

Metoda triunghiului - se recomandă pentru picuri late

1

21w

h

hwA 2

1

Metoda planimetrării - constă în determinarea ariei cu ajutorul unui planimetru.

Planimetrul este un dispozitiv mecanic de determinare a ariei prin urmărirea

conturului ariei respective.

Metoda înălţimii picului - se aplică pentru picuri foarte ascuţite si înguste când

înălţimea este proporţională cu concentraţia componentului.

Metoda decupării şi cântăririi - constă în decuparea picului prin tăiere cu foarfeca

şi cântărirea hârtiei cu balanţa analitică. Suprafaţa se determină cu ajutorul unei curbe

de calibrare.

In prezent se foloseşte integrarea automată, utilizând înregistratoare electronice digitale

cuplate direct cu semnalul detectorului.

Calculatorul poate fi dotat cu module de calcul incluzând memorii şi programe

suplimentare. Ele permit prelucrarea automată a datelor prin metode uzuale.

6.3.2. Determinarea concentraţiei procentuale a componenţilor

6.3.2.1. Metoda absolută

%100m

fAc ii

i

unde: ci - concentraţia procentuală în greutate a componentului i;

Ai - suprafaţa picului componentului i;

fi - factor de corecţie, care se determină din raportul dintre cantitatea de component şi aria

picului respectiv,

m - cantitatea totală de probă.

Această metodă necesită menţinerea constantă a parametrilor de lucru.

Reproductibilitatea valorilor ci de la o analiză la alta este relativă.

6.3.2.2. Metoda normării ariilor

Pentru aplicarea acestei metode trebuie să fie detectate şi înregistrate toate cele n

componente ale probei. Concentraţia procentuală a unui component i este dată de relaţia:

%100

fA

fAc

n

1jjj

iii

Precizia acestei metode este de aproximativ 0,2 %.

In cazul în care sensibilitatea detectorului este aceeaşi în raport cu toate componentele

probei, atunci ci se determină cu relaţia:

%100A

Ac i

i (33)

cu A =

n

1jjA

6.3.2.3. Metoda standardului intern

Constă în adăugarea la amestecul de analizat a unei substanţe de referinţă de concentraţie

cunoscută Cs (% greutate). Concentraţia componentului i se calculează cu relaţia:

%100cfA

fAc S

SS

iii

Substanţa standard trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- să nu fie conţinută de amestecul de analizat,

- să fie complet separată de restul componenţilor, dar cu un timp de retenţie apropiat de

cel al componentului de determinat,

- să nu difere prea mult în concentraţie faţă de componentul de determinat.

Cu această metodă se poate obţine o precizie de 0,1 %.

6.3.2.4. Metoda curbei de calibrare

Se trasează în prealabil o curbă de calibrare A = f (ci). Prin această tehnică se obţine o

precizie de cel mult 0,5 %.

Calibration Curve ReportFile: c:\star\examples\cal_1.mthDetector: ADC Board, Address: 16, Channel ID: B

2-OctanoneExternal Standard Analysis Resp. Fact. RSD: 0.0000%Curve Type: Linear Corr. Coef.(R²): 1.000000Origin: Includey = +3.211165e+002x +4.547474e-013

Peak Size

Amount (ng/ul)25 50 75 100

0

10000

20000

30000

40000Replicates 2 1 1 1

Calibration Curve ReportFile: c:\star\examples\cal_1.mthDetector: ADC Board, Address: 16, Channel ID: B

n-DodecaneExternal Standard Analysis Resp. Fact. RSD: 56.08%Curve Type: Linear Corr. Coef.(R²): 0.993634Origin: Ignorey = +1.434477e+002x +5.471563e+003

Peak Size

Amount (ng/ul)25 50 75 100 125

0

10000

20000

30000

40000Replicates 2 1 1 1

6.3.2.5. Statistica pentru calcule cantitative

- deviatia standard:

- deviatia standard relativa: