1. Introducere

Cromatografia este reprezentat de acele tehnici de separare, n care separarea

compuilor se bazeaz pe partiia, sau distribuia analiilor ntre dou faze ntr-un sistem

dinamic. n cromatografia de gaze (GC) avem o faz gazoas mobil i o faz staionar

lichid sau solid. n cazul n care faza mobil este un lichid, atunci avem de-a face cu

cromatografia de lichide (LC).

Prima publicaie care descrie cromatografia de gaz a fost scris de Martin i James n

Biochem. J., 50, 679 (1952), pentru care s-au folosit i primele instrumente comerciale

fabricate de Griffin i George, Pye, Perkin-Elmer, Wilkins, Hewlett-Packard i altele. Astfel,

cromatografia de gaze aa cum o tim astzi s-a dezvoltat la sfritul anilor 1950 i nceputul

anilor 1960, n principal ca o tehnic despre coloane cu umplutur, dei coloanele capilare s-

au dezvoltat n acelai timp. Gaz-cromatografia pe baz de coloane capilare s-a perfecionat

abia mai trziu, atunci cnd fragilele coloane capilare de sticl au fost nlocuite de cele de

silice topit.

Introducerea coloanelor capilare din silice topit funcionalizat chimic, n 1980, a

rentinerit i extins considerabil gama de utilizare a cromatografiei n faz de gaz.

Nomenclatura, definiiile i parametrii fundamentali ai cromatografiei se gsesc n

ACOL: Separri cromatografice, mpreun cu o clasificare a sistemelor cromatografice de

gaz, de lichide i plan.

Principala caracteristic care distinge cromatografia de gaze i de lichide de

cromatografia plan este aceea c n primul caz separarea se efectueaz n coloane, n timp ce

n cromatografia plan sau n strat subire (TLC), se efectueaz pe foi de hrtie, plastic, metal

sau sticl acoperite cu silice.

Cromatografia plan sau TLC este considerat mai avantajoas fa de cromatografia

de lichide. Un argument ar putea fi c TLC-ul este ieftin, dar nu este cel cutat. n

cromatografia de gaze i de lichide se injecteaz probele n coloan, dar nu se tie niciodat

sigur c toate componentele sunt eluate din coloan n detector. n TLC, ns, este posibil ca,

prin utilizarea unor metode de vizualizare, s se vad toate componentele pe plac. Nimic nu

rmne nedetectat.

Cromatografia de gaze este metoda prin care analiii sunt partiionai ntre o faz

staionar i una mobil gazoas. Prin urmare, compuii care urmeaz s fie analizai trebuie

s fie suficient de volatili pentru ca s fie prezeni n faza de gaz, n condiiile experimentale,

i s poat fi transportai prin coloan. Din fericire, n general, moleculele de solut vaporizate

i cele ale gazului purttor, nu se asociaz, ceea ce simplific procesul de cromatografie.

Volatilitatea analitului este unul dintre principalii factori care limiteaz aceast

tehnic. n cromatografia de gaze, cu ct este mai mare afinitatea compusului pentru faza

staionar, cu att mai mult compus va fi reinut pe coloan i va dura mai mult pn va fi

eluat i detectat. Toate moleculele de solut petrec acelai timp n faza gazoas. Diferena care

apare ntre timpii de retenie, adic de ct timp este nevoie pentru a elua un compus din

coloan, depinde de retenia sa pe faza staionar.

Astfel, inima unui gaz cromatograf este coloana, n care are loc separarea

componentelor. La aceasta trebuie s se adauge sursa i controlul fluxului de gaz purttor prin

coloan, un mijloc de introducere al probei i unul de detectare a componentelor pe msur ce

sunt eluate din captul coloanei. Deoarece temperatura va influena volatilitatea analiilor,

coloana este plasat ntr-un cuptor cu temperatur controlat. Detectoarele i o parte din

injectori sunt, de asemenea, nclzii. Un exemplu de cromatograf este reprezentat n Fig. la.

Fig. la. Reprezentarea schematic a unui cromatograf de gaze

Iniial, detectoarele au fost foarte primitive i, n multe cazuri, mecanismele de

detecie au fost neclare. Unele detectoare i aveau originea n analiza gazelor ns geometria

lor intern a fost de departe de a fi ideal pentru aplicarea lor n mediul dinamic i cu volum

mic din cromatograful de gaze, unde concentraiile de analit n mediul gazos sunt mici i

timpul rapid de rspuns este esenial dac vrfurile de eluie sunt monitorizate cu fidelitate.

Cele mai vechi detectoare s-au bazat pe conductivitatea termic. Acestea au fost

urmate, mai trziu, de termocuplul flacr, de primul detector in flacr, de detectorul cu

ionizare n argon si apoi de detectorul cu ionizare n flacr. Au urmat alte tipuri de

detectoare dar, fr ndoial, detectorul de ionizare cu flacr, (FID), a fost instrumentul de

baz n GC. Detectoarele vor fi discutate n partea 6.

Combinarea direct a gaz-cromatografiei cu spectrometria de mas (MS), la nceputul

anilor 1980, a fost un pas nainte important n identificarea compuilor, n special n cazul

amestecurilor complexe. Problema major care trebuia depit n combinarea unui gaz-

cromatograf cu un spectrometru de mas era legat de diferena de presiune dintre

spectrometrul de mas, care lucra sub vid, de obicei, 1 x 10-6 la 1 x 10-8 torr i cromatograf, la

care ieirea din coloana cromatografic de gaze se realiza la presiunea atmosferic. Pentru a

rezolva aceast problem s-au proiectat diferite tipuri de interfee.

2. Principiile de baz ale cromatografiei

O diagram bloc simpl a unui cromatograf de gaze tipic este redat n Partea 1. n

aceast seciune este analizat fiecare parte component a sistemului.

2.1. Sistemul de alimentare cu gaz

Cromatografele de gaze trebuie s fie alimentate cu gaz purttor de o calitate i

presiune suficiente pentru a atinge separrile dorite. Gazele purttoare, de obicei azot, heliu

sau hidrogen sunt n mod normal furnizate de butelii de gaz comprimat, cu toate c unii

utilizatori de azot se aprovizioneaz de la rezervoare criogenice cu azot lichid sau de

generatoare de azot de laborator special concepute pentru a fi utilizate cromatografie. Gazul

purttor trebuie s fie inert, uscat i fr oxigen, pentru a preveni degradarea coloanei. Aerul

uscat comprimat nu poate fi folosit ca gaz purttor ntruct conine aproximativ 20% oxigen

i dup cum s-a discutat mai sus, gazul purttor trebuie s fie fr oxigen.

Presiunile de linie de aproximativ 30 psi sunt adecvate att pentru coloanele cu

umplutur ct i pentru cele capilare, iar aceast presiune este suficient de ridicat pentru a

permite ca regulatorii de presiune i de debit din cromatograf s funcioneze eficient. Pentru

coloanele capilare, heliul este gazul preferat, cu condiia ca utilizatorul s se fi asigurat ca

sistemul s fie liber de scurgeri. Acesta nu este foarte scump, ntruct o butelie de gaz ar

trebui s dureze mai mult de ase luni. Dac cromatograful de gaze este cuplat cu un

spectrometru de mas atunci trebuie s se utilizeze heliul.

Hidrogenul poate fi utilizat ca gaz de transport i este, de fapt, gazul purttor ideal n

special pentru cromatografia capilar. Totui exist un potenial risc de explozie n utilizarea

hidrogenului, cu toate c n ultimii treizeci de ani, se cunoate un singur incident care a dus la

explozie. Din fericire, nimeni nu a fost rnit. Detectoare pentru scurgeri de hidrogen pot fi

instalate, dar, din pcate, acestea nu sunt complet specifice i pot da natere la alarme false.

Captatoare de oxigen i de umiditate pot fi ncorporate n linia de gaz purttor ca o msur de

precauie suplimentar.

Dac se utilizeaz un detector de ionizare cu flacr, livrarea hidrogenului trebuie s

se realizeze fie din butelii, generatoare de gaze sau pompe. Este important ca aprovizionarea

cu gaze s nu conin pe lng, oxigenul si umiditatea din gazul purttor, i ali contaminani

care ar putea fi astfel detectai de ctre detector. Impuritile organice din gazul transportor

pot conduce la un rspuns de baz semnificativ, care poate reduce sensibilitatea detectorului.

2.2. Cuptorul pentru coloan

Acesta este, n mod normal, un cuptor cu temperatur controlat i uniform

distribuit, n care sunt aranjate coloanele cromatografice. Temperatura cuptoarelor poate fi

n mod normal programat la diferite viteze, cu perioade izoterme stabilite dup cum se

dorete.

n cuptoarele mai mari, n general, se lucreaz mai uor, n special atunci cnd se

instaleaz coloanele.

Cele mai importante caracteristici ale unui cuptor cromatografic sunt:

(1) Rspunsul rapid al temperaturii care s urmeze exact profilul programului de

temperatur;

(2) Masa termic sczut care s asigure o rcire rapid la ncheierea analizei.

Ciclurile extinse de programe de temperatur pot influena probele n flux continuu.

2.3. Sistemul de injecie

Sistemul de injecie ofer un mijloc de a introduce proba sau soluia de prob n

coloan. Pentru coloanele cu umplutur acesta este, n mod normal, un simplu injector sept,

dar pentru coloanele capilare din cromatografia de gaze, de exemplu gaz cromatografia de

nalt rezoluie (HRGC), sunt disponibile o serie de sisteme de injecie diferite. Frecvent,

instrumentele capilare sunt dotate cu dou injectoare diferite.

Pe lng rolul de a introduce proba n coloana cromatografic, injectorul ofer un

mijloc de meninere al presiunii i al fluxului n coloana analitic n timpul procesului de

injecie i n acelai timp mpiedic ptrunderea aerului n coloan. Principalele dispozitivele

capilare de injectare sunt: injectorul "split /splitless" i injectorul n coloan.

O prob introdus n injectorul splitless este vaporizat ntr-o camer nclzit i

numai o poriune mic i (se sper a fi) reprezentativ trece n coloana capilar. Utiliznd

sistemul n coloan, proba este injectat n coloan cu ajutorul unei seringi dotate cu un ac

foarte subtire, printr-un port de injecie corespunztor proiectat. Obiectivul metodei de

injectare este de a plasa o pelicul ngust de solui, la nceputul coloanei, n scopul de a

maximiza puterea de rezoluie a coloanei.

Unele injectoare sunt dotate cu sisteme de nclzire, care sunt separate de coloana din

cuptor. Utilizarea sistemelor de nclzire pentru injector, nu este necesar, n mod normal,

pentru a le stabili la o temperatur care depete temperatura maxim de analiz cu mai mult

de 5 grade.

2.4. Coloana cromatografic

Coloanele pot fi fie mpachetate fie capilare. Este important ca sistemul de coloane s

nu fie tensionat n cuptor i cuplajele s nu fie prea strnse. De asemenea, este util s fie

verificate din nou dup o utilizare de cteva ore. Utilizatorul trebuie s se asigure de

asemenea i de limitrile de temperatur ale coloanei.

Coloanele noi sunt n mod normal furnizate cu un certificat de testare, care va preciza

intervalul de temperatur de funcionare recomandat. Unii productori ofer, de asemenea,

sfaturi utile i informaii despre cum se pot obine cele mai bune rezultate cu o coloana

cromatografic.

nainte de conectarea coloanei la detector trebuie verificat debitul coloanei cu ajutorul

unui simplu debitmetru cu bul de spun. Este necesar de asemenea s se seteze i presiunea

corespunztoare fluxului dorit. Fluxul din coloana capilar poate fi, de asemenea, verificat

folosind un debitmetru de volum mic. Cnd utilizatorul va capta mai mult experien de

lucru cu coloanele capilare, va pune mai mult accent pe presiunea de intrare i, pur i simplu,

va verifica dac debitul este corespunztor prin scufundarea ultimei poriuni din coloan ntr-

un solvent volatil adecvat i observarea fluxului de bule.

Dup instalarea coloanei, este important s se efectueze un test sistematic pentru

detectarea posibilelor scurgeri pe ntregul sistem. Ar trebui evitat folosirea soluiilor de

spun, deoarece n cazul n care, chiar i o cantitate foarte mic ar intra n linia fluxului de

gaz, atunci aceasta ar putea iniia un semnal care poate fi confundat cu linia de baz i ar

putea creea probleme de funcionare coloanei. Cel mai potrivit solvent, n acest caz, este

acetatul de etil, ntruct aceasta este complet volatil. Se verific fiecare conexiune n parte i,

dac apar bule de aer, atunci se strnge conexiunea uor. n cazul n care conexiunile au fost

corect asamblate atunci for excesiv nu este necesar.

O metod alternativ excelent de testare a scurgerilor este blocarea ieirii din

detector cu un montaj adecvat, presurizarea sistemului complet i izolarea sistemului de

alimentare. Dac presiunea n conduct rmne constant, atunci sistemul este complet izolat,

cu toate acestea n cazul n care presiunea scade o va face la o rat proporional cu debitul de

scurgere.

2.5. Detectorii

Detectorul este dispozitivul de msurare ntr-un sistem cromatografic, i cum

sugereaz i numele, detecteaz prezena unor compui n curentul de gaz pe msur ce

prsesc coloana. Detectoarele sunt situate ntr-o zon nclzit i controlat din instrument.

Detectoarele de ionizare cu flacr (FID) sunt cel mai frecvent utilizate astzi ntruct acestea

sunt robuste i sensibile i, n general, creeaz puine probleme.

2.6.Amplificatorii

Semnalul sau rspunsul generat de detector este foarte mic i trebuie s fie mrit n

format electronic pentru ca cromatogramele s fie "vizibile" pe sistemul de nregistrare al

datelor. Aceasta este rolul de amplificator al detectorului.

Este important ca operatorul s se asigure c detectorul este conectat conform

instruciunilor indicate de ctre productor, n cazul n care acesta este o unitate de sine

stttoare. Astzi ns majoritatea instrumentelor conin detectorul ca o parte integrant a

sistemului i operatorul nu mai este nevoie s preocupe i de acest aspect. Unele sisteme de

date prefer un semnal de intrare neamortizat de 1 volt n timp ce altele de 10 milivoli.

2.7. Sistemul de prelucrare a datelor

Sistemul de date are n mod normal, un numr de rutine de calcul pre-programate,

care reduce nevoia de calcul manual si tabelare a datelor. Este important ca sistemul s

gestioneze i s manipuleze semnalele pe care le primete cu precizie i cu acuratee. Nu st

n puterea operatorului s verifice sau s valideze operarea sistemelor de date. Acestea sunt

date electronice i pot fi validate numai cu echipamente i software-uri electronice adecvate.

n cazul n care rezultatele nu sunt cele scontate, atunci probabil ca parametrii au fost

introdui incorect. Este prudent s se pstreze un document imprimat cu parametri de

integrare.

O cromatogram furnizeaz i informaii cantitative, deoarece din nlimile picurilor

se pot calcula cantitile relative ale componentelor din amestec. Ariile picurilor pot fi

msurate prin triangulatie sau prin tierea i cntrirea lor i sunt aproximativ proporionale

cu masa componentei ce trece prin detector.

2.8. Pornirea sistemului

nainte de pornirea instrumentului este bine s se verifice toate componentele, dac

exist sau nu scurgeri i dac coloana a fost instalat corect.

Lista de verificare a componentelor

(1) Pornii aprovizionarea cu gaze i setai presiunea gazului purttor ca s furnizeze

debitul dorit n coloan.

(2) Pornii alimentarea electric pentru instrument i unitile asociate. Asigurai-v c

toate unitile iluminate sunt pornite.

(3) Setai temperatura cuptorului pentru coloan i, de asemenea, condiiile de

temperatur ale programului.

(4) Setai temperatura injectorului.

(5) Setai temperatura detectorului.

(6) Se ateapt un timp pentru ca injectorul, detectorul i cuptorul pentru coloan s

ajung la temperatura setat.

(7) n cazul n care un FID este montat, stabilii presiunea aerului i a hidrogenului

corespunztoare.

(8) Pornii detectorul i verificai.

(9) Stabilii intervalul amplificatorului i atenuarea dup cum este necesar.

(10) Setai integrarea necesar i parametrii de prezentare n sistemul de date i

verificai.

(11) Punei sistemul de date n funciune i aducei pe zero amplificatorul cum este

prevzut n manualul de operare.

(12) Se injecteaz un eantion de solvent i se monitorizeaz rspunsul pe

nregistrator sau n sistemul de date.

Dac rspunsul solventului este bun atunci sistemul dvs. ar trebui s fie gata de

utilizare.