Cromatografia de gaze

Cromatografia de gaze reprezinta acea tehnica cromatografica ce utilizeaza o faza mobila gazoasa si o faza stationara lichida sau solida. Este cea mai utilizata tehnica cromatografica, deoarece prezinta o serie de avantaje care īi confera o adaptabilitate deosebita la problemele care pot apare īn timpul analizei amestecurilor complexe de componente. Astfel, prin utilizarea unui gaz drept faza mobila se realizeaza un transfer de masa rapid īntre faza mobila si faza stationara, ceea ce permite stabilirea echilibrelor de distributie de multe ori īntr-un interval scurt de timp si obtinerea unor separari eficiente corelate cu timp de analiza redus. Vāscozitatea scazuta a gezelor permite utilizarea unor coloane lungi si īnguste si īn consecinta cresterea numarului de talere teoretice. Faza mobila fiind un gaz inert, dupa separare componentele pot fi usor detectate deoarece faza mobila nu interfera la detectie. Daca este cazul, componentele separate pot fi analizate suplimentar prin metode spectroscopice cum ar fi spectrometria de masa sau spectrofotometria īn IR.

Singurele limitari ale cromatografiei de gaze sunt determinate de volatilitatea prea scazuta sau instabilitatea termica a componentelor analizate. si aceste dezavantaje pot fi īnsa limitate, de exemplu prin transformarea compusilor respectivi īn derivati care sa aiba volatilitate mai mare. Tehnica se numeste derivatizare si este larg utilizata īn cromatografia de gaze.

3.1. Parametri de retentie specifici pentru cromatografia de gaze

Īn cromatografia de gaze, parametrii de retentie trebuie corectati pentru a tine cont de compresibilitatea fazei mobile. Din cauza acestei compresibilitǎti, volumul si debitul fazei mobile cresc īn timpul trecerii prin coloanǎ. Aceste cresteri sunt cu atāt mai mari cu cāt raportul dintre presiunea la intrarea īn coloanǎ p_i si presiunea la iesirea din coloanǎ p_o este mai mare.

Pentru corectarea volumelor de retentie ca urmare a compresiei fazei mobile se defineste un factor de corectie numit factor de compresie, care se noteazǎ cu j si are valoarea datǎ de ecuatia:

(48)

Ţinānd cont de factorul de compresie, vom putea defini un volum de retentie corectat V_R^o si un volum de retentie net V_N, conform relatiilor:

(49)

(50)

Un alt parametru de retentie caracteristic pentru cromatografia gaz-lichid este volumul de retentie specific V_g. El se defineste ca volumul de retentie net raportat la 0ŗC si 1 g fazǎ sta 111i83b tionarǎ lichidǎ.

(ml/g·ŗK) (51)

unde W_S este masa de fazǎ stationarǎ lichidǎ din coloanǎ (īn grame), T este temperatura absolutǎ a coloanei, F debitul de fazǎ mobilǎ la iesirea din coloanǎ (īn ml/sec), iar t_R^' este timpul de retentie ajustat al componentei (īn secunde). Volumul de retentie specific este un parametru independent de aparat si de conditiile de lucru, caracteristic pentru solut si faza stationarǎ respectivǎ. Este asadar un parametru calitativ, care s-ar putea utiliza pentru identificarea unei componente, īnsǎ din pǎcate determinarea sa experimentalǎ este dificilǎ pentru cǎ depinde de factorul de compresie j.

Volumul de retentie specific se poate exprima si īn functie de coeficientul de activitate si presiunea de saturatie a componentei, considerānd cǎ īn sistemul cromatografic ea se gǎseste īntr-o solutie extrem de diluatǎ. Relatia, dedusǎ pe baza legii lui Henry, este:

(52)

unde R este constanta generalǎ a gazelor, M_S masa molecularǎ a fazei stationare, p^o presiunea de saturatie a componentei la temperatura coloanei, iar γ coeficientul de activitate al componentei la dilutie infinitǎ īn faza stationarǎ.

Coeficientul de activitate reprezintǎ o mǎsurǎ a interactiunii dintre moleculele componentei dizolvate īn faza stationarǎ lichidǎ si moleculele fazei stationare.

Dacǎ considerǎm volumele de retentie specifice a douǎ componente care au picuri vecine si facem raportul lor, obtinem pe baza relatiei (51):

iar pe baza relatiei (52):

Rezultǎ deci:

(53)

Relatia (53) ne aratǎ cǎ raportul dintre volumele de retentie specifice a douǎ componente cu picuri vecine este o mǎsurǎ a selectivitǎtii sistemului cromatografic pentru componentele respective. Aceastǎ selectivitate, exprimatǎ prin coeficientul de separare α, este determinatǎ de diferenta dintre presiunile de saturatie sau coeficientii de activitate ai componentelor. Asadar separarea a douǎ componente se va putea realiza īn douǎ modalitǎti:

• Īn cazul unei serii omoloage de compusi cu structuri chimice asemǎnǎtoare, coeficientii de activitate vor fi aproximativ egali si separarea va avea loc īn mǎsura īn care presiunile lor de saturatie, adicǎ temperaturile lor de fierbere, vor fi diferite.
• Īn cazul compusilor cu puncte de fierbere apropiate dar structuri chimice diferite, separarea se va produce dacǎ coeficientii lor de activitate vor fi diferiti. Aceastǎ diferentǎ depinde de natura chimicǎ a fazei stationare.

3.2. Analiza calitativǎ īn cromatografia gaz-lichid. Retentia relativǎ si

indicii de retentie

Cromatografia este o excelenta metoda de separare, dar care nu ofera nici un fel de informatii structurale despre componentele amestecului de analizat. Singurele informatii calitative obtinute īn urma analizei cromatografice sunt reprezentate de timpii de retentie ai componentelor (sau volumele de retentie corespunzatoare), ceea ce este foarte putin īn conditiile īn care acest parametru depinde foarte mult de conditiile de analiza: temperatura, debitul fazei mobile, natura si concentratia fazei stationare, lungimea si diametrul coloanei. Īn plus, este foarte posibil ca mai multi compusi sa aiba acelasi timp de retentie īn conditii de analiza identice. Asadar probabilitatea unor identificari calitative eronate este foarte mare daca ele se fac numai pe baza timpului de retentie.

Īn vederea realizarii unor analize cromatografice calitative mai exacte se folosesc urmatoarele metode:

- determinarea unor parametri de retentie relativi, care depind īn masura mai mica de conditiile de analiza;

- utilizarea unor detectoare specifice, care ofera anumite informatii si despre structura substantelor analizate;

- cuplarea cu tehnici spectrometrice (spectrometrie de masǎ, spectrofotometrie īn infrarosu), care ofera informatii structurale nemijlocite despre componentii separati din proba de analizat.

Dintre parametrii de retentie relativi, īn analiza calitativa se utilizeaza retentia relativa si indicii de retentie Kovats.

Retentia relativa se defineste prin raportul dintre volumele de retentie specifice, sau timpii de retentie ajustati, al compusului analizat si al unui compus considerat standard pentru analiza respectiva, conform relatiei:

(54)

Retentia relativa este dependenta de temperatura si de natura fazei stationare, dar independenta de celelalte conditii de analiza: lungimea coloanei, debitul de gaz purtǎtor, factorul de compresie si uneori de raportul fazelor, īntrucāt ele afecteaza īn mod egal timpul de retentie ajustat al componentei de analizat si al standardului. Este indicat ca timpul de retentie al standardului ales sǎ nu difere foarte mult de cel al compusului analizat. De aceea nu exista un compus standard universal, el alegāndu-se pentru fiecare amestec de analizat īn functie de conditiile concrete ale analizei respective. Īnsǎ īn cazul unui anumit laborator, daca numarul compusilor care se analizeaza nu este foarte mare, este posibil sa se foloseasca tot timpul acelasi standard si sa se creeze o banca de date proprie de retentii relative care sa permita identificarea calitativa a compusilor respectivi.

S-a constatat cǎ pentru o serie omoloagǎ de compusi existǎ o relatie liniarǎ īntre numǎrul atomilor de carbon si logaritmul volumului de retentie. Aceastǎ relatie a fost folositǎ pentru a defini indicii de retentie Kovats. Kovats a propus folosirea n-alcanilor ca si compusi standard universali pentru analiza calitativǎ pe baza retentiei relative. Ei prezinta avantajul ca sunt usor accesibili si foarte stabili din punct de vedere chimic. Cu ajutorul lor au fost definiti niste parametri numiti indici de retentie si o scala a acestor indici de retentie pe care fiecare alcan are o valoare egala cu 100 x n, n fiind numarul de atomi de carbon al alcanului.

Indicele de retentie al unui anumit compus x se determina prin interpolare īntre indicii de retentie a doi alcani, cu n si reapectiv n+z atomi de carbon, alesi astfel īncāt timpul de retentie al compusului sa fie situat īntre cei ai alcanilor respectivi. Se utilizeaza relatia:

(55)

Rezultǎ:

sau dacǎ tinem cont de faptul cǎ raportul timpilor de retentie ajustati reprezintǎ retentiile relative:

(56)

unde r_x,n este retentia relativǎ a componentei fatǎ de alcanul n, iar r_n+z,n este retentia relativǎ a celor doi alcani.

Indicii de retentie se determinǎ pe o anumitǎ faza stationara si la o anumitǎ temperaturǎ. Precizia determinarii creste atunci cānd eficienta de separare a coloanei este suficient de mare pentru a īncadra compusul de analizat īntre doi alcani consecutivi ai seriei lor omoloage, cu alte cuvinte cānd z=1. Valorile indicilor de retentie pentru o serie de compusi pe diverse faze stationare au fost determinate si se gǎsesc si īn literatura de specialitate. Cu ajutorul lor se poate aprecia calitativ posibilitatea separǎrii a 2 compusi pe o anumitǎ fazǎ stationarǎ. Se considerǎ cǎ o diferentǎ de cel putin 30 de unitǎti īntre valorile indicilor de retentie duce la o separare satisfǎcǎtoare, desi acest lucru nu este īntotdeauna valabil.

3.3. Principalele componente ale unui sistem cromatografic gaz-lichid

3.3.1. Suportul fazei stationare

Daca faza stationara este lichida, ea trebuie sa fie fixata pe un suport solid adecvat. Suportul are rolul de a retine faza stationara sub forma unui film subtire si uniform, permitānd formarea unei interfete cāt mai extinse īntre faza mobila si faza stationara. Īn acelasi timp īnsa, īn cromatografia de repartitie suportul nu are voie sa interactioneze cu componentele probei, nici fizic nici chimic.

Conditiile pe care trebuie sa le īndeplineasca un suport utilizat īn cromatografia gaz-lichid pe coloane cu umplutura sunt urmatoarele:

suprafata specifica situata īn intervalul 1-20 m²/g;

inertie chimica;

rezistenta mecanica si stabilitate termica ridicata;

dimensiuni uniforme ale porilor.

Deoarece nu exista un suport ideal care sa corespunda tuturor cerintelor, selectarea suportului se face īn primul rānd pe baza suprafetei specifice si inertiei chimice.

Contrar aparentelor, un suport nu este cu atāt mai bun cu cāt suprafata sa specifica este mai mare, deoarece la suprafete specifice foarte mari nu toata suprafata ar fi acoperita de filmul de faza stationara lichida si ar exista pericolul adsorbtiei componentelor. Din acest motiv se aleg īn general suporturi cu suprafata specifica situata īntre 1-7 m²/g. Acestor suprafete le corespund pori cu diametre situate īntre 0,5 -5 μm. Un alt parametru important este volumul intern al porilor, care pentru un suport bun trebuie sa fie īn jur de 1 ml/g.

O alta caracteristica importanta este granulatia suportului. Diametrul mediu al particulelor si uniformitatea acestora au o influenta importanta asupra eficientei coloanei cromatografice. Un suport bun trebuie sa fie constituit din particule cāt mai uniforme, de preferinta sferice si cu diametre de valori apropiate. Īn acest mod creste eficienta de separare a coloanei, prin scaderea īnaltimii echivalente a talerului teoretic, īn conformitate cu ecuatia Van Deemter (scade valoarea coeficientilor λ si γ care depind de iregularitatea marimii particulelor si a spatiilor dintre particule). Tot din ecuatia Van Deemter rezulta ca reducerea diametrului mediu al particulelor de suport determina cresterea eficientei coloanei. Aceasta reducere este īnsa limitata, deoarece dimensiuni prea mici ale particulelor ar duce la pierderi de presiune mult prea mari īn coloana, deci presiunea gazului purtator la intrarea īn coloana ar trebui sa fie mult mai mare, ceea ce ar genera o multime de probleme.

Granulatia suportului se exprima īn mod traditional īn mesh, care reprezinta numarul de ochiuri al sitelor folosite pentru obtinerea fractiunii respective, raportat la 1 inch (2,54 cm). De exemplu, un suport de 80-100 mesh este constituit din particule care au trecut prin sita cu 80 de ochiuri/inch dar au fost retinute de sita cu 100 de ochiuri/inch. Acestei granulatii īi corespund diametre ale particulelor īntre 0,13-0,15 mm.

Proprietatile mecanice ale suportului sunt de asemenea importante deoarece sfarāmarea particulelor, mai ales īn timpul depunerii fazei stationare sau umplerii coloanei, determina scaderea eficientei colanei.

3.3.1.1. Dezactivarea suporturilor

Cea mai importanta caracteristica a unui suport al fazei stationare este inertia chimica. Deoarece nu exista materiale naturale corespunzatoare conditiilor impuse unui suport cromatografic care sa fie si suficient de inerte, este necesara modificarea suporturilor īn sensul cresterii acestei inertii chimice.

Majoritatea materialelor utilizate drept suporturi sunt pamānturi de diatomee, care din punct de vedere chimic sunt derivati de acid polisilicic. Unele dintre aceste materiale, mai ales cele care contin oxizi de fier si aluminiu, pot avea activitate catalitica si exista pericolul sa catalizeze descompunerea fazei stationare, mai ales daca se lucreaza la temperaturi ridicate. Aceasta activitate catalitica este īn general corelata si cu activitate de adsorbtie superficiala, care are drept urmare adsorbtia unei parti din componenta de analizat si aparitia picurilor cu cozi. Reducerea capacitatii catalitice si activitatii superficiale a suportului se face prin īndepartarea asa-numitelor centre active de pe suprafata acestuia. Exista trei tipuri de asemena centri activi:

- centre bazice, care determina formarea picurilor cu cozi īn cazul solutilor cu caracter acid, de exemplu acizi carboxilici sau fenoli. Existenta acestor centre se datoreste oxizilor metalici (de Fe, Al) care se gasesc īn structura suportului. Eliminarea lor se face prin spalarea acida a suportului, avānd loc concomitent si reducerea activitatii catalitice.

- centre acide, care formeaza picuri cu cozi īn cazul compusilor bazici ca aminele sau anumiti compusi heterociclici. Eliminarea acestora se realizeaza prin spalare bazica.

- centre de legaturi de hidrogen, care determina formarea picurilor cu cozi īn cazul compusilor neutri, dar care pot da legaturi de hidrogen: alcooli, aldehide, esteri, eteri, etc. Existenta acestor centre active se datoreste existentei unor grupari silanolice (Si-OH) pe suprafata suportului. Neutralizarea acestora se realizeaza prin modificarea chimica a gruparilor respective, īn special prin transformare īn eteri sililici (Si-O-Si). Aceasta operatie se numeste silanizare, iar reactivii de silanizare cei mai utilizati sunt clor-trimetil-silanul, diclor-dimetil-silanul, hexametil-disilazanul si altele. Este important ca acesti compusi sa aiba toxicitate cāt mai redusa si volatilitate ridicata, pentru ca reactivul de silanizare īn exces sa poata fi usor eliminat la terminarea reactiei. Pentru exemplificare, reactia cu hexametil-disilazanul poate fi reprezentata schematic astfel:

Modul īn care a fost tratat suportul se indica īn denumirea comerciala a suportului, alaturi de natura si granulatia suportului. De exemplu, AW īnseamna spalat acid (acid washed), iar DMCS īnseamna ca suportul a fost silanizat cu dimetil-diclor-silan, asa cum se poate vedea īn exemplul din Figura 3.1:

Figura 3.1. Semnificatia denumirii a suporturilor

3.3.1.2. Tipuri de suporturi

Suporturile cele mai mult utilizate sunt cele pe baza de Kieselghur sau pamānt de diatomee, care contin acid polisilicic īn forma amorfa hidratata, avānd structura poroasa si continānd cantitati variabile de oxizi metalici de Fe, Al, Mg, Ca, Na, K. Aceste suporturi sunt cunoscute sub diferite denumiri comerciale, cele mai utilizate fiind cele de tip Chromosorb. Acestea se gasesc īn mai multe varietati, cele mai importante fiind:

Chromosorb P (pink) are culoare roz-rosiatica si suprafata specifica situata īn intervalul 4-6 m²/g. Are avantajul ca poate fi īncarcat cu o mare cantitate de faza stationara lichida (pāna la 25-30%) si are rezistenta mecanica ridicata. Nu este īnsa suficient de inert chimic. Din acest motiv se utilizeaza mai ales la separarea substantelor nepolare.

Chromosorb W (white) are culoare alba si suprafata specifica mai mica, de 1-2 m²/g. Din acest motiv se poate īncarca cu o cantitate mai mica de faza stationara lichida de cel mult 15%. Are inertie chimica buna, īnsa este friabil. Are aplicabilitate generala, fiind utilizat la separarea tuturor claselor de compusi, atāt polari cāt si nepolari.

Chromosorb G are suprafata specifica si mai mica, de numai 0,5 m²/g si se poate īncarca cu maxim 5% faza stationara. Are īnsa avantajul de a combina inertia chimica a tipului W cu rezistenta mecanica a tipului P.

Exista suporturi si de alta natura, dar care sunt mult mai putin utilizate. Asemenea suporturi sunt cele pe baza de polimeri sintetici (de exemplu teflon), sticla si altele.

3.3.2. Faza stationara lichida

Conditiile pe care o faza stationara lichida trebuie sa le īndeplineasca sunt:

Sa fie un bun solvent pentru componentele probei analizate, īnsa solubilitatea acestor componente sa fie diferentiata;

Sa fie practic nevolatila la temperatura de lucru a coloanei (presiunea sa de vapori sa fie mai mica de 0,1 mm Hg);

Sa fie inerta din punct de vedere chimic;

Sa aiba o stabilitate termica cāt mai ridicata.

Desi alegerea fazei stationare este foarte importanta pentru realizarea unei analize bune, nu exista o regula generala pe baza careia sa se poata face aceasta alegere, doar reguli semiempirice. Ea este usurata daca se cunosc cāt mai multe date despre compusii analizati, īn special structura chimica si temperatura de fierbere. O asemenea regula empirica este cea a similaritatii de structura, ceea ce īnseamna ca faza stationara trebuie sa aiba o structura asemanatoare cu componenta analizata. Astfel, hidrocarburile se vor separa cel mai bine pe faze stationare parafinice (nepolare), iar substantele polare pe faze stationare polare.

Relatia (53) ne-a aratat ca selectivitatea separarii a doua componente depinde de presiunile de saturatie ale acestora si de coeficientii lor de activitate. Coeficientii de activitate reflecta interactiunile dintre faza stationara si componentele analizate. Aceste interactiuni pot fi de urmatoarele tipuri:

Interactiuni nepolare, care se datoresc unor forte de dispersie (de tip London) si se manifesta īntre moleculele unor substante nepolare. Deoarece aceste interactiuni sunt slabe, separarile unor asemenea compusi se vor produce īn conformitate cu presiunile lor de vapori, adica ordinea de elutie din coloana va fi data de punctele de fierbere ale componentelor analizate.

Interactiuni dipol-dipol, care se stabilesc īntre molecule cu dipol permanent. Acestea sunt interactiuni puternice, iar separarile bazate pe ele se vor produce īn conformitate cu polaritatea componentelor. Daca īntre moleculele fazei stationare si moleculele componentei exista forte de atractie puternice, se vor īnregistra abateri negative de la legea lui Raoult, adica presiunea de vapori a componentei va fi mai mica decāt cea prescrisa de aceasta lege (γ<1). Drept urmare, concentratia componentei īn faza mobila va fi mai mica si componenta va fi puternic retinuta de faza stationara. Daca abaterea de la legea lui Raoult este pozitiva (γ>1), ceea ce se īntīmpla īn cazul compusilor cu polaritate diferita de cea a fazei stationare, presiunea de vapori a componentei va fi mai mare, concentratia sa in faza mobila de asemenea mai mare decāt cea prescrisa de aceasta lege si īn consecinta componenta va fi slab retinuta de faza stationara.

Interactiuni de inductie, care se manifesta īntre un dipol permanent si unul indus, care poate fi sau molecula fazei stationare sau molecula componentei analizate. Separarile bazate pe forte de inductie se vor produce īn conformitate cu polarizabilitatea moleculei dipolului indus. Exemple de asemenea molecule sunt cele ale compusilor aromatici.

Interctiuni chimice, bazate pe formarea unor legaturi chimice reversibile īntre īntre moleculele fazei stationare si moleculele compusului analizat (de exemplu legaturile dintre hidrocarburile nesaturate si ionii Ag⁺).

Nu numai natura fazei stationare lichide are importanta asupra separarii ci si concentratia ei, adica īncarcarea fazei suportului cu faza stationara. Aceasta īncarcare influenteaza valoarea factorului de capacitate k', care creste odata cu cresterea cantitatii de faza stationara din coloana. Pe de alta parte īnsa, eficacitatea de separare a coloanei scade odata cu cresterea concentratiei de faza stationara, datorita cresterii īnaltimii echivalente a talerului teoretic (creste valoarea parametrului d_f din termenul C din ecuatia Van Deemter, d_f fiind diametrul mediu al filmului de lichid, considerat uniform, care este depus pe suport). Se considera ca este mai indicat sa se foloseaca coloane avānd concentratii mai reduse de faza stationara pentru a evita scaderea performatelor coloanei. si aceasta reducere este īnsa limitata, pentru ca filmul de faza stationara sa poata acoperi toata suprafata suportului si a nu se īnregistra adsorbtia componentelor analizate pe suport. Īn cazul coloanelor clasice, cu umplutura, concentratia de faza stationara cea mai indicata este īn jur de 10%, pentru suporturile de tip Chromosorb W sau P. Īn cazul coloanelor capilare, grosimea filmului de faza stationara este cuprinsa īn mod uzual īntre 0,1-1 μm.

3.3.2.1. Clasificarea fazelor stationare

Clasificarea fazelor stationare lichide se face īn urmatoarele categorii principale:

Faze stationare nepolare, care sunt compusi de tip hidrocarburi (parafine) sau uleiuri siliconice (polisiloxani) care nu au grefate grupari polare. Exemple de asemenea faze stationare sunt: squalan (hidrocarbura C₃₀H₆₂), uleiuri siliconice de tip metilsilicon (denumiri comerciale OV-1, SE-30). Aceste faze separa compusii analizati īn ordinea cresterii punctelor de fierbere ale acestora.

Faze stationare polare, care contin o proportie ridicata de grupari polare, de exemplu: polietilenglicoli cu masa moleculara medie (Carbowax 20M), uleiuri siliconice cu grupari cianopropil (OV-225 metil-fenil-cianopropil-silicon), dietilenglicolsuccinat (DEGS), esterul nitrotereftalic al polietilenglicolului (FFAP), etc. Ei diferentiaza compusii polari de cei nepolari, retināndu-i numai pe cei polari. Se utilizeaza mai ales pentru separarea compusilor polari.

Faze stationare de polaritate intermediara, care contin grupari polare īn concentratie mai mica sau grupari polarizabile, grefate pe un schelet nepolar. Exemple de astfel de faze sunt cele metil-fenil-siliconice (OV-17), dinonilftalatul, polietilenglicolii cu mase moleculari mari. Sunt faze stationare universale, care se pot folosi pentru analiza atāt a compusilor polari cāt si a celor nepolari.

Faze stationare specifice, care se utilizeaza īn anumite cazuri particulare. Ele contin compusi care interactioneaza numai cu anumite componente ale amestecului de analizat, de exemplu AgNO₃ dizolvat īn polietilenglicol care formeaza aducti cu olefinele.

Faze stationare chirale, care contin compusi chirali ce interactioneaza doar cu un singur izomer optic al unei perechi de enantiomeri. Asemenea faze sunt cele pe baza de ciclodextrina sau anumiti aminoacizi.

Ţinānd cont de polaritatea fazelor stationare si de interactiunile posibile, compusii organici pot fi grupati din punct de vedere al separarii cromatografice īn urmatoarele cinci clase:

Clasa I - compusi foarte polari, capabili sa dea legaturi de hidrogen: apa, glicerina, glicoli, hidroxiacizi, aminoacizi. Acesti compusi sunt greu de separat prin cromatografie de gaze, din cauza polaritatii foarte mari. Cu exceptia apei, ei se derivatizeaza īnainte de separare.

Clasa II - compusi polari, care au atomi de hidrogen activi: alcooli, acizi carboxilici, fenoli, amine primare si secundare, nitroderivati si nitrili cu un atom de hidrogen īn pozitia α. Acesti compusi se separa pe faze stationare polare.

Clasa III - compusi de polaritate intermediara, care nu au hidrogen activ: eteri, esteri, aldehide, cetone, nitroderivati si nitrili fara atom de hidrogen īn pozitia α. Acesti compusi se separa pe faze stationare de polaritate intermediara.

Clasa IV - compusi cu polaritate scazuta, care īnsa au hidrogen activ: hidrocarburi aromatice, alchene, cloroform, clorura de metilen, dicloretan, tricloretan, etc. Acesti compusi se separa pe faze stationare de polaritate intermediara sau nepolare.

Clasa V - compusi nepolari: alcani, cicloalcani. Acesti compusi se separa pe faze stationare nepolare.

Aceasta clasificare este empirica si are doar rolul de a usura alegerea fazei stationare celei mai potrivite pentru analiza cromatografica.

3.3.2.2. Alegerea fazei stationare. Constantele Mc Reynolds.

Asa cum s-a aratat, cel mai important criteriu pe baza careia se face alegerea fazei stationare pentru o anumita analiza este polaritatea fazei si a compusilor de analizat. Exprimarea numerica a acestei polaritati, care ar usura mult alegerea, nu este posibila pentru ca nu exista nici o marime fizica ce poate fi asociata direct cu polaritatea (īn anumita masura momentul dipol ar putea fi o asemenea marime). Din acest motiv, pentru exprimarea polaritatii fazelor stationare se utilizeaza niste compusi de referinta, care se aleg īn mod arbitrar. Un asemenea sistem a fost elaborat de Rohrschneider si dezvoltat apoi de Mc Reynolds, avānd la baza indicii de retentie Kovats si utilizānd squalanul drept faza stationara de referinta careia i se atribuie polaritatea nula. Au fost selectati un numar de 5 compusi de referinta: benzen, 1-butanol, 2-pentanona, nitropropan si piridina. Fiecare dintre acesti compusi poate fi considerat ca etalon pentru anumite clase de substante, cu care se aseamana īn ce priveste comportarea cromatografica, astfel:

benzenul, pentru hidrocarburi nesaturate si hidrocarburi aromatice;

1-butanolul, pentru alcooli, fenoli, acizi carboxilici;

2-pentanona, pentru aldehide, cetone, eteri, esteri;

nitropropanul, pentru nitroderivati si nitrili;

piridina, pentru baze aromatice si heterocicli cu azot.

La determinarea constantelor Mc Reynolds pentru o anumita faza stationara A, īn cazul coloanelor cu umplutura, se procedeaza astfel:

fiecare compus de referinta se analizeaza pe o coloana cu 20% faza stationara squalan, izoterm la 100˚C si se determina indicii de retentie corespunzatori;

compusii de referinta se analizeaza pe o coloana care contine 20% faza stationara A, īn aceleasi conditii si se determina si īn aceste cazuri indicii de retentie Kovats;

se calculeaza constantele Mc Reynolds ale fazei stationare A, astfel:

pentru benzen (notat cu x'): diferenta dintre indicele de retentie al benzenului pe faza stationara A si pe squalan:

pentru 1-butanol (notat cu y'): diferenta dintre indicele de retentie al butanolului pe faza stationara A si pe squalan;

la fel se procedeaza pentru 2-pentanona (z'), nitropropan (u') si piridina (s').

Aceste valori ale constantelor Mc Reynolds au fost determinate pentru un numar mare de faze stationare uzuale si ele se gasesc tabelate. Cāteva asemenea valori sunt date in tabelul 3.1.

Tabelul 3.1. Valoarea constantelor Mc Reynolds pentru unele faze stationare uzuale

La ora actuala exista cāteva sute de faze stationare utilizate īn cromatografia de gaze si constantele Mc Reynolds permit selectarea aceleia care promite cea mai buna separare a componentelor analizate. Deoarece evident exista o serie de faze stationare care au valorile constantelor Mc Reynolds apropiate, acestea vor putea fi substituite īntre ele fara ca separarea sa fie afectata. Astfel, daca exista o faza stationara recomandata īn literatura de specialitate pentru o separare dar care nu este disponibila īntr-un anumit laborator, ea va putea fi īnlocuita cu una echivalenta.

3.3.3. Coloane cromatografice

Coloana reprezinta partea cea mai importanta a unui cromatograf, fiind sediul procesului de separare. Pentru ca separarea sa fie eficienta, trebuie sa fie alese īn mod corespunzator fazele cromatografice (īn cazul cromatografiei de gaze aceasta alegere se refera la faza stationara), dimensiunile coloanei, viteza fazei mobile si temperatura de analiza.

Coloanele cromatografice sunt de doua tipuri: clasice (cu umplutura) si capilare.

3.3.3.1. Coloane cu umplutura

Au diametrul interior cuprins īntre 2 si 8 mm (uzual 4 mm) si lungimea īntre 0,5-3 m. Se pot confectiona din otel inoxidabil, sticla, mase plastice, iar forma coloanelor poate fi īn forma de U (īn cazul coloanelor scurte) sau spirala (Figura 3.2).

Figura 3.2. Coloana cromatografica cu umplutura

Coloanele confectionate din sticla au avantajul ca permit observarea vizuala a neregularitatilor de asezare a umpluturii (goluri, crapaturi) sau a eventualei deteriorari a umpluturii. Au īnsa dezavantajul ca din cauza friabilitatii sticlei conectarea la partile metalice ale aparatului este mai dificila. Coloanele din otel inoxidabil sunt cele mai utilizate. Ele se pot confectiona si īn varianta preparativa, avānd lungimi cuprinse īntre 1-4 m si diametrul interior de 2,5 cm. Acestea permit analiza unor volume de proba mai mari de 1 ml.

Prepararea unei coloane clasice pentru cromatografia gaz-lichid presupune urmatoarele operatii:

depunerea fazei stationare;

umplerea coloanei;

conditionarea coloanei.

Depunerea fazei stationare se face prin cāntarirea cantitatilor corespunzatoare de suport si faza stationara care urmeaza sa fie depusa (conform concentratiei pe suport stabilite), urmata de dizolvarea fazei stationare īntr-un solvent volatil potrivit (toluen, acetona, tetraclorura de carbon, etc.). Solutia de faza stationara se amesteca apoi cu suportul, iar din suspensia obtinuta se evapora īncet solventul, īntr-un evaporator rotativ de vid, faza stationara ramānānd atasata de suport.

Umplerea coloanei se face prin introducerea umpluturii obtinute prin depunerea fazei stationare pe suport la un capat al coloanei, la celalalt capat aplicāndu-se un vid nu foarte īnaintat (trompa de apa, de exemplu). Evident ca la capatul la care se aplica vidul trebuie sa existe o sita sau alt opritor pentru ca umplutura sa ramāna īn coloana. Pentru a favoriza asezarea compacta a umpluturii, coloana se bate sau se vibreaza īn tipul umplerii. Controlul umplerii este mai usor de realizat īn cazul coloanelor din sticla.

Conditionarea coloanei se realizeaza prin mentinerea coloanei timp de cel putin 10 ore la o temperatura situata cu aproximativ 5-10ŗC mai jos decāt temperatura maxima admisa pentru faza stationara respectiva. Īn timpul conditionarii capatul dinspre detector al coloanei nu se conecteaza la aparat, iar prin coloana trebuie sa treaca un debit mic de gaz purtator.

3.3.3.2. Coloane capilare

Drept coloane capilare sunt considerate acele coloane al caror diametru interior este mai mic de 1 mm (Figura 3.3). Īn mod obisnuit, ele se confectioneaza cu diametre de 0,25, 0,32 sau 0,53 mm, iar lungimea este īn mod uzual cuprinsa īntre 15 si 50 m. Materialul de constructie cel mai utilizat este sticla, īnsa exista si coloane capilare confectionate din otel inoxidabil. Īn cazul coloanelor capilare, faza stationara se depune īn strat foarte subtire pe peretele interior al coloanei, motiv pentru care aceste coloane sunt denumite si coloane tubulare deschise. Pentru cresterea uniformitatii si aderentei fazei stationare, peretele interior al tubului capilar se poate trata chimic, sau se poate depune un strat foarte subtire de suport.

Figura 3.3. Coloana capilara

Cea mai importanta operatie, de care depind in mare masura performantele coloanei, este depunerea peliculei de faza stationara pe peretele interior al tubului capilar. Aceasta depunere se poate face prin doua metode: metoda statica si metoda dinamica.

Metoda statica consta īn umplerea coloanei cu o solutie ce contine cantitatea corespunzatoare (īntre 0,1-1%) de faza stationara dizolvata īntr-un solvent potrivit, īn general clorura de metilen, dupa care se lasa sa se evapore solventul iar faza stationara ramāne atasata de peretele coloanei. Dezavantajul acestei metode este ca grosimea filmului de faza stationara nu este uniforma.

Metoda dinamica consta īn trecerea unei solutii de faza stationara cu concentratia de aproximativ 10% īn CH₂Cl₂ prin coloana, sub actiunea presiunii unui gaz inert pāna la umplerea completa a coloanei, dupa care lichidul se evacueaza tot sub actiunea presiunii de gaz iar o parte din faza stationara ramāne atasata de peretele coloanei. Īn continuare se sufla gaz inert prin coloana pāna la eliminarea completa a solventului si se determina cantitatea de faza stationara retinuta (prin cāntarire).

3.3.3.3. Introducerea probelor īn coloana cromatografica

Metoda utilizata pentru introducerea probei depinde de starea de agregare īn care se gaseste proba: gazoasa, lichida sau solida. Este indicat īn toate cazurile ca introducerea probei sa aiba loc īntr-un timp cāt mai scurt. Marimea probelor variaza īntre mai putin de 1 μg īn cazul coloanelor capilare si ordinul gramelor īn cazul coloanelor preparative.

Probele gazoase sunt introduse cu ajutorul unor seringi speciale, rezistente la presiune, sau folosind dispozitive speciale care constau dintr-un robinet cu mai multe cai si o bucla calibrata (Figura 3.4). Aceste dispozitive permit introducerea unui volum cunoscut de proba īn coloana printr-o singura miscare a rotorului robinetului, fara a se opri fluxul gazului purtator.

Figura 3.4. Dipozitiv pentru introducerea probei

Īn pozitia de īncarcare, īn coloana intra doar faza mobila, īn timp ce proba gazoasa, care vine dintr-un recipient sub presiune, umple complet bucla calibrata iar excesul este evacuat īn atmosfera. Dupa trecera rotorului pe pozitia de analiza, faza mobila intra īn bucla unde preia proba, pe care o introduce īn coloana. Īn acest timp fluxul gazos de proba este evacuat īn atmosfera. Dupa terminarea analizei se trece din nou pe pozitia de īncarcare si se introduce īn bucla o noua cantitate de proba.

Probele lichide sunt introduse īn coloana cu ajutorul unor microseringi, avānd īn mod uzual capacitatea de 1, 5, sau 10 μl. Ele trebuie aduse īn stare de vapori, ceea ce se realizeaza prin injectarea īntr-o camera de vaporizare (sau injector), care se gaseste īnaintea coloanei si care este īncalzita la o temperatura programata. Injectarea se face printr-un dop de cauciuc siliconic numit septum, care realizeaza izolarea injectorului de mediul exterior (Figura 3.5). Tot īn camera de vaporizare se introduce si gazul purtator, care preia proba vaporizata si o transporta prin coloana.

Figura 3.5. Camera de vaporizare a unui cromatograf cu coloana capilara, prevazuta cu dispozitiv de divizare a probei (splitare)

Probele solide sunt introduse īn coloana tot prin injectare cu microseringi, dupa ce au fost dizolvate īntr-un solvent adecvat. Īn cazul lor īnsa trebuie avut grija ca proba sa se vaporizeze la temperatura injectorului, altfel analiza nu va fi posibila, substantele cu punct de fierbere foarte rificat sau care se descompun īnainte de fierbere neputānd fi analizate prin cromatografie de gaze.

Exista cromatografe la care s-a renuntat la camera de vaporizare, injectarea probei realizāndu-se direct īn partea superioara a coloanei, care este īncadrata de o rezistenta de īncalzire si joaca rolul injectorului. Aceasta tehnica se numeste on-column si cu ajutorul ei se elimina volumul mort corespunzator camerei de vaporizare, care poate influenta negativ analiza, mai ales atunci cānd volumul probei injectate este foarte mic.

Īn cazul coloanelor capilare se folosesc niste dispozitive de injectare speciale, care permit divizarea (splitarea) probei, cea mai mare parte fiind evacuata īn atmosfera si doar o mica parte (de la 1/100 la 1/50 īn mod uzual) fiind introdusa īn coloana.

De asemenea, īn cazul aparatelor moderne destinate analizei unui mare numar de probe se utilizeaza dispozitive de injectare automata (autosampler), care se pot atasa la cromatograf si permit analiza automata a unui mare numar de probe, fara interventia operatorului.

Īn cazul probelor care nu sunt stabile termic, au volatilitate scazuta sau prezinta picuri deformate cu coada (tailing), se procedeaza la transformarea lor chimica īn derivati care sa nu mai aiba aceste inconveniente. Procedeul se numeste derivatizare si metodele aplicata cāt si reactivii de derivatizare utilizati sunt de o mare diversitate, depinzānd de natura compusului analizat. Una dintre metodele de derivatizare cele mai utilizate este silanizarea.

3.4. Detectoare folosite īn cromatografia de gaze

Detectorul reprezinta, dupa coloana cromatografica, cea mai importanta parte a unui cromatograf, el realizānd punerea īn evidenta a componentelor separate sub forma unor semnale electrice care pot fi integrate sau īnregistrate.

Din punct de vedere al semnalelor pe care le emit, detectoarele pot fi de doua tipuri: integrale si diferentiale.

Detectoarele integrale emit semnale corespunzatoare masei totale a componentelor care ajung īn detector, cromatogramele fiind niste curbe īn trepte. Aceste tipuri nu mai sunt utilizate la ora actuala īn practica cromatografica.

Detectoarele diferentiale emit semnale īn functie de variatia unei anumite proprietati, pe masura ce componenta ajunge īn detector, fiecarei componente corespunzāndu-i un semnal individual. Cromatograma se prezinta īn acest caz ca o succesiune de picuri de elutie de tip gaussian, concentratia fiecarei componente fiind proportionala cu aria picului sau. Detectoarele diferentiale se pot clasifica la rāndul lor īn functie de sensibilitatea lor la concentratia sau la debitul de masa al compusului analizat.

Īn cazul detectoarelor cu raspuns la concentratia solutului īn faza mobila aria picului solutului respectiv este data de relatia:

(57)

unde m este masa totala a solutului care ajunge īn detector, F este debitul fazei mobile, iar k₁ este o constanta de proportionalitate. Se observa faptul ca aria fiind invers proportionala cu debitul fazei mobile, acest debit va trebui sa ramāna neaparat constant īn timpul analizei pentru a nu avea erori, mai ales la analiza cantitativa. Din aceasta categorie fac parte detectoarele de conductivitate termica si cele cu captura de electroni.

Īn cazul detectoarelor cu raspuns la debitul de masa al solutului, aria picului va fi data de relatia:

(58)

adica ea nu mai depinde de debitul fazei mobile si variatia acestuia īn anumite limite nu mai reprezinta un factor perturbator al analizei. Din aceasta categorie fac parte detectoarele cu ionizare īn flacara, cele cu spectrometru de masa si altele.

Dupa un alt criteriu, detectoarele se clasifica īn universale si specifice. Detectoarele universale sunt sensibile la un numar mare ce compusi, īn timp ce cele specifice sunt sensibile doar la anumiti compusi, respectiv la anumite grupe functionale sau legaturi din structura acestora. Dintre detectoarele universale se pot aminti detectorul de conductivitate termica, detectorul cu ionizare īn flacara, detectorul cu spectrometru de masa, iar din categoria celor specifice detectorul cu captura de electroni, detectorul cu flacara alcalina (sau detectorul N(azot)-P(fosfor)), detectorul flamfotometric, etc.

3.4.1. Criterii de apreciere a performantelor detectoarelor

Principiul de constructie si functionare a detectoarelor fiind extrem de diferit, comparatia performantelor acestora este dificila. Exista totusi anumite criterii generale care permit o evaluare a performantelor unui detector.

a.      Raspunsul detectorului

Se defineste prin intensitatea semnalului generat de o anumita cantitate de solut care ajunge īn detector. Se poate calcula prin raportul dintre aria picului de elutie al solutului respectiv si cantitatea de solut.

b. Sensibilitatea detectorului

Reprezinta variatia marimii semnalului emis de detector īn functie de cantitatea de solut si se exprima prin valoarea pantei raspunsului detectorului pentru componenta respectiva (Figura 3.6). O sensibilitate mare a detectorului va duce la un raspuns mai mare pentru aceeasi cantitate de solut analizata si deci va permite analiza unor cantitati mici de proba, reprezintānd o calitate importanta pentru un detector performant.

Figura 3.6. Sensibilitatea si liniaritatea raspunsului detectorului

c. Limita de sensibilitate

Este un criteriu strāns legat de cel precedent, definindu-se prin cantitatea minima din componenta respectiva pentru care se obtine un semnal de raspuns al detectorului de doua ori mai mare decāt valoarea medie a zgomotului (semnalului) de fond (Figura 3.7). Cantitatea respectiva se numeste cantitate minima detectabila. Semnalul de fond reprezinta semnalul dat de detector īn absenta vreunei componente injectate si depinde de caracteristicile sale constructive.

Figura 3.7. Limita de sensibilitate a detectorului

d. Domeniul de raspuns liniar

Reprezinta intervalul īn care semnalul de raspuns al detectorului este direct proportional cu cantitatea de solut care ajunge īn detector. Stabilirea acestei liniaritati se face prin etalonare, cu ajutorul unor etaloane pure ale compusilor analizati. Asemenea etaloane pentru cromatografia de gaze sunt accesibile comercial, la o puritate foarte avansata (īn general peste 99,9%). Stabilirea domeniului de raspuns liniar este importanta mai ales pentru analiza cantitativa. Īn situatiile īn care raspunsul nu este liniar, caz īntīlnit mai ales la detectoarele folosite īn cromatografia de lichide dar si la unele detectoare folosite īn cromatografie de gaze, este necesara trasarea unor curbe de etalonare polinomiale pentru a se putea efectua analiza cantitativa.

e. Stabilitatea detectorului

Acest criteriu se refera la mentinerea liniei de baza fara deviatii, chiar īn conditiile variatiei unor conditii de analiza: temperatura, presiunea si debitul fazei mobile. Cauzele care determina deriva liniei de baza (numita si drift) pot fi multiple si īn general pot fi remediate.

Exista si alte conditii pe care trebuie sa le īndeplineasca un detector bun: viteza de raspuns cāt mai mare, rezistenta ridicata la temperatura, simplitatea constructiei, pret cāt mai scazut.

3.4.2. Detectorul de conductivitate termica (catarometru, TCD)

Este un detector universal, cu raspuns la concentratia solutului īn faza mobila. Are avantajul ca este nedestructiv pentru proba, deci poate fi utilizat īn cromatografia preparativa sau cuplat cu alte instrumente pentru analiza suplimentara a probei: spectrometru de masa, spectrofotometru īn IR, etc.

Principiul sau de functionare se bazeaza pe dependenta pierderii caldurii de catre un fir metalic īncalzit, īn functie de compozitia mediului gazos īnconjurator. El consta din doua filamente metalice, care se gasesc īn cāte un canal de forma cilindrica din interiorul unui bloc metalic ce poate fi īncalzit la o temperatura programata (Figura 3.8). Unul dintre filamente este filamentul de masura, iar celalalt este filamentul de referinta.

Figura 3.8. Detectorul de conductibilitate termica

Prin fiecare filament trece un curent de aceeasi intensitate, determinānd īncalzirea sa la o anumita temperatura. Daca īn spatiul īnconjurator filamentului se gaseste numai gaz purtator, pierderea de caldura va fi constanta si aceeasi pentru ambele filamente. Daca īnsa īn celula de masura ajunge o componenta eluata din coloana cromatografica, pierderea de caldura a filamentului de masura va fi diferita, deci si temperatura si rezistenta sa electrica se vor modifica. Cele doua filamente se gasesc īntr-un montaj electric de tip punte Wheatsone, iar modificarea rezistentei electrice a filamentului de masura va determina dezechilibrarea acestei punti si aparitia unui curent electric. Acest curent este amplificat, reprezentānd semnalul se iesire al detectorului, iar intensitatea sa este este proportionala cu cantitate de componenta care a ajuns īn detector.

Filamentele pot fi confectionate din wolfram, platina sau dintr-un aliaj wolfram-reniu si sunt pasivate pentru a reduce sensibilitatea lor la oxigen. Marimea semnalului detectorului depinde si de diferenta dintre conductibilitatea termica a gazului purtator si a componentei analizate. Valorile relative (raportate la heliu) ale acestei conductibilitati pentru cāteva gaze permanente si compusi organici uzuali sunt prezentate īn Tabelul 3.2:

Tabelul 3.2. Conductibilitatile termice relative ale unor gaze si substante organice

Se observa ca numai hidrogenul si heliul vor putea fi folosite ca gaze purtatoare cānd se lucreaza cu acest tip de detecor, deoarece ele au cele mai mari valori ale conductibilitatii termice, iar semnalul detectorului pentru un anumit compus va fi cu atāt mai mare cu cāt diferenta dintre conductibilitatea termica a gazului purtator si a compusului analizat este mai mare.

Detectoarele de conductivitate termica au si unele dezavantaje;

- au sensibilitate mai mica decāt alte tipuri de detectoare, cantitatea minima detectabila fiind īn jur de 10^-6-10^-8 g.;

- domeniul de raspuns liniar este destul de redus;

- au volum mort relativ mare, ceea ce este un dezavantaj important mai ales cānd se lucreaza cu coloane capilare;

- timpul de raspuns este relativ mare comparativ cu alte detectoare.

La utilizarea practica a acestor detectoare trebuie tinut cont si de urmatoarele considerente:

- este foarte importanta mentinerea constanta a presiunii si debitului gazului purtator īn timpul analizei;

- curentul filamentului trebuie īntrerupt la schimbarea coloanei sau septumului, pentru a nu veni īn contact cu oxigenul care ar determina distrugerea filamentului prin arderea sa;

- daca se constata o deviatie a liniei de baza ce nu poate fi eliminata, este posibil ca aceasta sa se datoreze depunerii pe filament a unor componente greu volatile. Īndepartarea acestora se poate face prin injectare de toluen sau xilen.

- nu se recomanda analiza cu acest tip de detector a halogenilor si derivatilor halogenati, deoarece acestia pot ataca filamentul.

3.4.3. Detectorul cu ionizare īn flacara (FID)

Este tipul de detector cel mai mult folosit īn cromatografia de gaze. Principul sau de functionare consta īn masurarea modificarii conductibilitatii electrice a unei flacari de hidrogen īn prezenta compusilor organici (Figura 3.9).

Figura 3.9. Detectorul cu ionizare īn flacara

La iesirea din coloana cromatografica, gazul purtator īmpreuna cu componentele separate este amestecat cu un curent de hidrogen si este aprins la capatul unei mici duze de ardere. Aceasta duza se gaseste montata īntr-o camera de ardere īn care se sufla un curent de aer pentru a asigura oxigenul necesar arderii. Camera de ardere se īncalzeste la o temperatura programabila, folosind niste rezistente electrice care se gasesc īn exteriorul camerei (nu sunt prezentate īn figura). Detectorul are doi electrozi, dintre care unul este capacul duzei iar celalalt este electrodul colector care este pozitionat deasupra sau īn jurul flacarii. Īntre cei doi electrozi se aplica o tensiune de polarizare, care este īn general de 150 V. Drept urmare, prin flacara se stabileste un curent slab, de aproximativ 10^-14A. La aparitia unui compus organic separat din coloana, acesta va ajunge īn flacara si īn urma arderii se vor genera specii ionice (mai ales ioni CHO⁺) si electroni liberi. Acestia vor fi colectati de electrozi si īn consecinta se va produce cresterea intensitatii curentului, care poate ajunge pāna la 10^-8A. Acest curent este amplificat īntr-un amplificator electronic si este īnregistrat, reprezentānd semnalul detecorului pentru componenta respectiva.

Duza de ardere poate fi constituita din diferite materiale: cuart, ceramica, otel inoxidabil, nichel. Este important ca diametrul sau sa fie mic, pentru ca flacara sa fie punctiforma.

Sensibilitatea detectorului depinde de numarul ionilor formati īn urma arderii compusului respectiv. Ea este proportionala cu numarul atomilor de carbon din molecula compusului legati de alti atomi de carbon sau atomi de hidrogen, la care se adauaga contributia atomilor de carbon din legati de halogeni, grupari hidroxil, amino si altele. Atomii de carbon din gruparile carbonil si carboxil nu au nici o contributie la semnalul detectorului. Din acest motiv exista o serie de compusi care nu dau raspuns sau dau raspuns foarte slab īn detectorul cu ionizare īn flacara. Asemenea compusi sunt: H₂O, H₂S, SO₂, CS₂, N₂O, NH₃, CO, CO₂, formaldehida, acid formic si altele. Aceasta lipsa de sensibilitate poate fi uneori avantajoasa īn sensul ca pot fi analizate solutii apoase fara ca apa utilizata ca solvent sa interfere la detectie cu vreunul din compusii analizati.

Sensibilitatea detectorului FID depinde de raportul hidrogen/gaz purtator, avānd o valoare maxima la un raport ce depinde de constructia detectorului. Debitul de aer influenteaza de asemenea sensibilitatea, deoarece un debit prea mic duce la scaderea acesteia si mareste instabilitatea liniei de baza prin cresterea zgomotului de fond.

Detectoarele cu ionizare īn flacara sunt īn medie de 1000 de ori mai sensibile decāt cele de conductivitate termica, cantitatea minima detectabila fiind cuprinsa īntre 10^-9-10^-12 g. Trebuie mentionat ca raspunsul detectorului pentru o anumita componenta depinde de structura acesteia, de aceea pentru a se realiza analiza cantitativa trebuie facuta neaparat etalonare.

Cāteva aspecte practice de care trebuie tinut cont la folosirea detectoarelor FID sunt urmatoarele:

- nu se lucreaza la temperaturi ale detectorului mai mici de 100ŗC;

- temperatura detectorului trebuie sa fie superioara temperaturilor de fierbere ale tuturor componentelor analizate;

- compusii aromatici lasa reziduuri pe detector, de aceea nu este recomandata folosirea lor ca solventi pentru probele supuse analizei;

3.4.4. Detectorul cu captura de electroni (ECD)

Face parte din categoria detectoarelor specifice, cu raspuns la concentratia probei. Principiul sau de functionare se bazeaza pe diferenta afinitatilor pentru electroni ale moleculelor diferitelor tipuri de substante. Afinitatea pentru electroni este determinata de proprietatea moleculelor substantelor organice īn stare gazoasa de a aditiona electroni liberi, manifestāndu-se mai ales la compusii aromatici polinucleari, compusii care contin grupari carbonil conjugate, compusii organometalici, compusii organici halogenati, nitrili, etc. Ea nu se manifesta īn schimb la alti compusi cum sunt hidrocarburile saturate. Asadar detectorul cu captura de electroni va fi foarte sensibil pentru anumite clase de compusi, putānd detecta cantitati pāna de ordinul 10^-9-10^-13g si total insensibil pentru alti compusi.

Principiul de functionare al detectorului se bazeaza pe ionizarea moleculelelor gazului purtator, care este īn general azotul, sub actiunea particulelor β produse de o sursa radioactiva, īn general ⁶³Ni.

Electronii liberi produsi īn urma ionizarii au viteza foarte mare si ei nu se recombina cu ionii pozitivi, fiind colectati de un electrod aflat īn camera de ionizare. Celalalt electrod al detectorului (catodul) este īn general chiar celula care contine sursa radioactiva. Īntre cei doi electrozi se aplica un cāmp electric slab, īn general de 50V, iar īn urma ionizarii moleculelor de azot prin iradiere se genereaza un curent electric slab, care este amplificat rezultānd un semnal de baza al detectorului cu intensitatea de aproximativ 10^-8A.

Daca īn camera de ionizare a detectorului ajunge un compus organic cu afinitate mare pentru electroni, moleculele acestuia vor aditiona o parte din electroni formānd ioni negativi, care īnsa avānd mobilitate mult mai mica decāt electronii se vor putea recombina cu ionii pozitivi īnainte de a fi colectati de electrod. Aceasta captura de electroni se poate produce īn doua moduri: nedisociativ sau disociativ.

Datorita scaderii numarului ionilor care ajung la electrod, se produce reducerea intensitatii curentului electric. Asadar semnalul detectorului pentru compusul cu afinitate pentru electroni ar fi un pic negativ, dar pentru a opera īn modul cunoscut de la celelalte detectoare acesta este transformat pe cale electronica īntr-un pic pozitiv.

Detectorul cu captura de electroni are avantajul selectivitatii si sensibilitatii ridicate, dar īn acelasi timp si anumite dezavantaje:

- nu se pot utiliza decāt anumite faze stationare, cu volatilitate foarte mica;

- electrodul se contamineaza repde, de exemplu cu urme de solventi clorurati;

- intervalul sau de liniaritate este foarte scurt;

- curatirea detectorului contaminat este mai dificila deoarece exista pericolul contaminarii radioactive a personalului. Ea se poate face īn general prin īncalzire la 350ŗC sau spalare cu un solvent adecvat;

- gazul purtator si proba trebuie sa fie perfect uscate, deoarece si apa are proprietatea de a aditiona electroni.

Drept gaz purtator se mai poate folosi si argonul, cu continut de 5-10% metan. O atentie deosebita trebuie acordata mentinerii constante a temperaturii detectorului īn timpul analizei, deoarece semnalul detectorului variaza foarte mult īn functie de aceasta temperatura (de pīna la 5 ori la modificarea temperaturii cu 30ŗC).

Cu toate dezavantajele sale, detectorul cu captura de electroni se foloseste foarte mult īn anumite domenii, de exemplu pentru analiza compusilor halogenati toxici din apa sau a urmelor de substante antidaunatoare din produsele alimentare si din alte produse.

3.5. Cromatografia de gaze cuplata cu spectrometria de masa

Daca o molecula este ionizata īn vid, are loc fragmentarea sa cu formarea unui grup de ioni caracteristici cu diferite mase. Daca acesti ioni sīnt separati printr-o metoda oarecare, reprezentarea abundentei lor īn functie de masa constituie spectrul de masa. Spectrometria de masa a debutat la īnceputul secolului XX ca o metoda folosita de fizicieni pentru a pune īn evidenta existenta izotopilor unor elemente, dar la ora actuala a devenit o metoda analitica de mare importanta īntr-o serie de domenii ale stiintei, incluzīnd si chimia.

Īn principiu, spectrometria de masa consta din doua procese de baza:

- ionizarea moleculelor substantei de analizat urmata de fragmentarea si rearanjarea ionilor, care se realizeaza īn camera de ionizare a spectrometrului.

- separarea ionilor formati īn functie de masa lor si detectarea acestora, care are loc īn analizorul de masa al spectrometrului.

3.5.1. Ionizarea moleculelor si fragmentarea ionilor

Ionizarea se poate efectua īn doua modalitati: ionizare prin impact cu electroni si ionizare chimica.

3.5.1.1. Ionizarea prin impact cu electroni

Principiul acestui proces poate fi urmarit pe baza schemei de constructie si functionare a camerei de ionizare cu electroni, redat īn Figura 3.10.

Figura 3.10. Camera de ionizare a spectrometrului de masa

Īn camera se realizeaza un vid īnaintat, de 10^-8 torr. Electronii proveniti de la un filament īncalzit sunt focalizati īn timp ce strabat camera si colectati de un electrod avānd un potential de 70 V. Acesta īi confera fiecarui electron o energie de 70 eV. Daca īn camera de ionizare se introduce o substanta (de exemplu metanul) īntr-o cantitate suficienta ca presiunea sa creasca la 10^-5 torr, ciocnirile dintre electroni si moleculele compusului respectiv determina fragmentarea acestora. Īntrucāt electronii la 70 eV au energie suficienta pentru a rupe orice legatura din molecula, prin fragmentare se vor forma toti ionii posibli, de exemplu īn cazul metanului:

CH₄  + e CH₄⁺, CH₃⁺, CH₂⁺, CH⁺, C⁺

Din cauza presiunii scazute din camera de ionizare, numai o molecula din aproximativ 10⁶ va realiza ciocnirea si ionizarea. Presiunea de 10^-5 torr īn prezenta probei este importanta pentru realizarea unor spectre de masa reproductibile. Drumul liber mijlociu al ionilor sau moleculelor la aceasta presiune este mai mare decāt dimensiunea camerei de ionizare, care este data de relatia aproximativa:

(cm)

Aceasta īnseamna ca fragmentele de molecule neutre si de ioni formati nu se vor ciocni īntre ei ci numai cu peretii camerei, fiind posibila asadar īndepartarea lor din camera de ionizare si colectarea ionilor de mase diferite īn detector. Spectrul de masa obtinut īn asemenea conditii va fi reproductibil si caracteristic pentru compusul respectiv. Īn aceasta idee trebuie tinut cont de faptul ca abundenta relativa a ionilor formati īn urma impactului cu electronii depinde īn afara de energia electronilor de ionizare si de temperatura la care are loc ionizarea.

Ionizarea prin impact cu electroni duce la fragmentarea moleculei si la obtinerea unui amestec complex de ioni a caror masa si abundenta relativa se poate utiliza pentru identificarea calitativa a compusilor respectivi. Primul ion care se formeaza īn urma impactului este asa-numitul ion molecular, care are mare importanta īn identificarea substantei deoarece are aceeasi masa cu masa moleculara a compusului respectiv. Din pacate īnsa īn aceste conditii stabilitatea ionului molecular este asa de redusa (el se va fragmenta mai departe) īncāt abundenta sa relativa va fi foarte mica si identificarea de cele mai multe ori imposibila (a se vedea exemplul hexaclorbenzenului). Īn consecinta, a devenit necesara utilizarea unei tehnici de ionizare mai blānde prin care sa se obtina informatii despre masa moleculara. Aceasta tehnica a fost ionizarea chimica, introdusa īn anul 1966.

3.5.1.2. Ionizarea chimica

Īn spectrometria de masa prin ionizare chimica, īn sursa de ioni se introduce un anumit gaz numit gaz reactiv, īn conditiile īn care se mentine o presiune relativ ridicata, īn jur de 1 torr. Acest gaz este ionizat sub actiunea electronilor, obtinānd-se ioni reactivi care realizeaza ionizarea moleculelor probei de analizat. Acestea nu sufera decāt īn masura foarte mica ionizare directa, datorita concentratiei mari a gazului reactiv īn comparatie cu proba. Pe de alta parte, probabilitatea ciocnirilor cu ionii reactivi este mare din cauza presiunii ridicate din sursa de ioni. Reactiile dintre ionii reactivi si moleculele compusului de analizat au loc cu energie mica īn comparatie cu impactul direct cu electronii, deci abundenta ionului molecular fata de alte fragmente rezultate va fi mare si mecanismul de fragmentare va fi mult mai simplu (Figura 3.11).

Figura 3.11. Spectrele de masa prin ionizare cu electroni si ionizare chimica cu metan

ale unor esteri

Majoritatea tehnicilor de ionizare chimica lucreaza cu ioni pozitivi, desi īn ultima perioada s-au dezvoltat si cele cu ioni negativi (bazate pe captura unor electroni cu energie mai mica), iar gazul reactiv cel mai mult utilizat este metanul. Dezavantajul principal al tehnicilor de ionizare chimica este ca rezultatele depind foarte mult de conditiile de ionizare si nu este posibila alcatuirea unei librarii de spectre care sa fie folosita īn scopuri de identificare, asa cum se procedeaza īn cazul ionizarii prin impact cu electroni.

3.5.2. Separarea si detectarea ionilor

Separarea ionilor formati are loc īntr-un analizor de masa si este urmata de detectarea lor cu īnregistrarea diagramei abundentei (concentratiei relative) īn functie de masa ionilor, care reprezinta spectrul de masa.

Īn functie de metoda folosita pentru separarea ionilor, spectrometrele de masa pot fi de mai multe tipuri, cele mai uzuale fiind cele magnetice si cu cuadrupoli.

3.5.2.1. Analizorul de masa cu separare īn cīmp electric si magnetic

Utilizeaza un magnet pentru separarea ionilor proveniti din camera de ionizare, asa cum se poate observa īn Figura 3.11.

Figura 3.11. Analizorul de masa cu cāmp magnetic si electric

Ionii care ies din sursa de ioni sunt accelerati cu ajutorul unui cāmp electric cu o tensiune V cuprinsa īntre 2000 si 8000 V. Īn continuare fasciculul de ioni este focalizat si intra īn sectorul magnetic al analizorului de masa unde este supus actiunii unui cāmp magnetic de intensitate H, perpendicular pe directia sa de deplasare. Drept rezultat, ionilor li se imprima o miscare circulara cu raza de curbura r, devierea fasciculului fiind īn cazul aratat īn figura de 180ŗ.

Ionii accelerati sunt separati sub influenta potentialului de accelerare si a cāmpului magnetic, conform relatiei:

(59)

unde m este masa ionului, z sarcina sa, H reprezinta intensitatea cāmpului magnetic, r raza de curbura iar V tensiunea de accelerare aplicata ionilor. Deoarece majoritatea ionilor formati au sarcina z egala cu unitatea, la separare conteaza de fapt numai masa lor. Se observa ca pentru o anumita valoare a potentialului V si cāmpului magnetic H numai ionii avānd o anumita valoare m/z se vor īnscrie pe o traiectorie cu raza de curbura r si vor putea ajunge īn detector. Din aceasta relatie mai rezulta ca masa ionului care trece prin analizor si ajunge īn detector poate fi controlata prin modificarea potentialului V sau a cāmpului magnetic H, deoarece raza de curbura r este o constanta data de constructia aparatului. Īn general se mentine potentialul de accelerare constant si se modifica cāmpul magnetic pentru a realiza o scanare a īntregului domeniu de masa. Dupa cum se observa din relatia (59), pe masura cresterii acestui cāmp detectorul va īnregistra ioni din ce īn ce mai grei.

Detectorul de ioni al spectrometrului de masa este constituit īn general dintr-un multiplicator electronic ce realizeaza atāt detectarea cāt si amplificarea curentului ionic datorat fragmentelor ionice care ajung īn detector. Acest curent este apoi īnregistrat, obtināndu-se spectrul de masa.

Rezultatul analizei este asadar o diagrama ce contine reprezentarea concentratiilor relative (cunoscute sub numele de abundenta) ale fragmentelor ionice īn functie de masa lor, mai exact raportul dintre masa si sarcina. Spectrele de masa pot fi īnregistrate sub forma de picuri cu maxime, care constituie de fapt forma originala a spectrului, dar īn practica se utilizeaza reprezentarea fiecarui pic sub forma unei linii (calculate pe baza spectrului original). Celei mai īnalte asemenea linii din spectru i se acorda īn mod arbitrar valoarea 100, iar restul sunt exprimate ca procentaje fata de aceasta, obtināndu-se concentratiei diverselor fragmente ionice ca valori de abundenta relativa.

Īn figura 3.12 este prezentata schema de fragmentare a acetatului de etil, iar īn Figura 3.13 spectrul de masa ala acestui compus īn care se regasesc principalele benzi corespunzatoare fragmentelor ionice rezultate.

Figura 3.11. Schema de fragmentare a acetatului de etil

Figura 3.13. Spectrul de masa al acetatului de etil

3.5.3. Cuplarea cromatografului de gaze cu spectrometrul de masa

Atāt cromatografia de gaze cāt si spectrometria de masa sunt tehnici analitice de mare utilitate pentru analiza compusilor organici. Combinarea lor īntr-un singur sistem duce īnsa la obtinerea unor rezultate care depasesc mult ceea ce s-ar realiza prin simpla īnsumare a datelor oferite de cele doua tehnici. Pentru a putea gestiona imensa cantitate de date oferita de un sistem GC-MS este neaparat necesara utilizarea unui calculator echipat cu un program adecvat. Cuplarea cromatografiei de gaze cu spectrometria de masa ofera īn primul rānd posibilitatea identificarii calitative a componentelor analizate, cu o probabilitate de eroare foarte mica.

Optimizarea performantelor unui sistem GC-MS nu este īnsa deloc simpla, deoarece este vorba despre doua aparate care lucreaza īn conditii mult diferite. Astfel, cromatograful de gaze foloseste diferite gaze purtatoare cu diverse debite, iar temperatura la iesirea din coloana si cantitatea din fiecare componenta variaza de asemenea pe un domeniu larg. Pe de alta parte, spectrometrul de masa lucreaza īn conditii de vid avansat realizat īn diferite variante, iar constructia camerei de ionizare si a analizorului de masa poate fi realizata īn diverse modalitati. Problema principala este de a plasa o cantitate cāt mai mare din fiecare compus organic, separat īn coloana si corespunzator unui pic cromatografic, īn camera de ionizare a spectrometrului fara a afecta vidul necesar functionarii acesteia. Īn aceasta camera presiunea trebuie mentinuta la o valoare sub 10^-4 torr pentru a evita ciocnirile dintre ionii formati si molecule neutre, care ar duce la o fragmentare necontrolata. De asemenea, īn analizorul de masa drumul liber mijlociu al moleculelor trebuie sa fie mai mare decāt 200 cm pentru a nu avea loc ciocniri īntre ionii formati, iar acest lucru īnseamna mentinerea unei presiuni mai scazute decāt 10^-5 torr.

Trecerea īntre cromatograf si spectrometru cu respectarea acestor conditii se realizeaza folosind niste dispozitive numite interfete.

3.5.3.1. Tipuri de interfete folosite īn cromatografia GC-MS

Pe baza celor aratate, rezulta ca la trecerewa īntre cromatograf si spectrometru trebuie realizata o reducere a presiunii efluentului (constituit din gaz purtator si componenta separata) de aproximativ 10⁸ ori, concomitent cu īndepartarea preferentiala a gazului purtator pentru ca īn detector sa ajunga, pe cāt posibil, numai moleculele componentei separate.

Īn cazul īn care cromatograful este echipat cu coloana capilara (la care debitul fazei mobile este cuprins īntre 1-3 ml/min). Īn aceste conditii, daca spectrometrul de masa poseda pompe de vid de capacitate suficienta, toata cantitatea de efluent din coloana poate fi introdusa īn sursa de ioni a spectrometrului. Aceste interfete se numesc directe, īnsa utilizarea lor prezinta inconvenientele ca schimbarea coloanei se poate face doar cānd spectrometrul de masa este oprit si cele doua instrumente nu se pot folosi independent una de alta. Pentru eliminarea acestor inconveniente au fost elaborate variante de interfete īn care se face divizarea (sau splitarea) probei.

Dintre acestea, cea mai folosita este interfata deschisa cu splitare (Figura 3.14). Ea se caracterizeaza prin faptul ca portiunea terminala a coloanei capilare si o capilara mai subtire (cu diametrul de 0,15 mm) sunt īmbinate cu ajutorul unui manson de sticla, iar īn spatiul īnconjurator se sufla un curent de heliu, care preia excesul de proba ce nu intra īn spectrometrul de masa. Divizarea probei se face īn functie de diametrul capilarei care face legatura la spectrometrul de masa, cu cāt aceasta este mai subtire raportul de splitare fiind mai mare. Īn acest mod, schimbarea coloanei cromatografice poate fi realizata fara a afecta functionarea spectrometrului de masa.

Figura 3.14. Interfata directa cu splitare

Īn cazul coloanelor cu umplutura nu se pot utiliza asemenea tipuri de interfete deoarece debitele de faza mobila sunt prea mari (uzual īn intervalul 15-40 ml/min). Este necesara de aceea eliminarea celei mai mari parti din efluentul coloanei, concomitent cu concentrarea probei, dar fara a afecta compozitia ei. Īn acest scop se utilizeaza niste dispozitive numite separatoare moleculare, care realizeaza o reducere brusca a presiunii efluentului īntr-un spatiu situat īntre capatul coloanei cromatografice si camera de ionizare a spectrometrului de masa, concomitent cu eliminarea preferentiala a gazului purtator. Separarea se bazeaza pe marimile diferite ale moleculelor gazului purtator si componentei de analizat. Ea se poate realiza de exemplu prin trecerea preferentiala a moleculelor gazului purtator prin peretii unui tub de sticla poroasa īn exteriorul careia se face vid, sau prin asezarea unei membrane din cauciuc siliconic la intrarea īn camera de ionizare a spectrometrului, membrana care este permeabila doar pentru moleculele organice.

Sistemul cel mai utilizat de separator molecular este īnsa separatorul (interfata) cu jet (Figura 4.15). Moleculele gazului purtator si componentei separate īn coloana trec dupa iesirea din coloana printr-o fanta īngusta īntr-un spatiu īn care se realizeaza un anumit vid, avānd loc o crestere īnsemnata a vitezei de curgere. Moleculele componentei organice, mai mari si mai grele, vor avea tendinta de a se deplasa rectiliniu si vor fi directionate printr-o a doua fanta care se gaseste la aproximativ 0,5 mm de prima. Īn acelasi timp, moleculele gazului purtator care sunt mai usoare vor fi aspirate preferential de pompa de vid. Mai departe, prin acelasi mecanism are loc trecerea moleculelor din separator īn camera de ionizare a spectrometrului de masa. Exista posibilitatea de a construi asemenea separatoare cu una, doua sau mai multe trepte. Separatorul din Figura 4.15 este construit īn doua trepte. Īn treapta a doua procesul de separare are loc īn mod identic, cu deosebirea ca presiunea trebuie sa fie mai scazuta decāt īn prima treapta.

Figura 3.15. Separatorul molecular cu jet

3.5.3.2. Realizarea practica a analizelor GC-MS

Pentru utilizarea practica a sistemelor GC-MS pot fi luate īn considerare doua alternative:

Fixarea spectrometrului de masa la o anumita valoare m/z caracteristica doar pentru o anumita componenta care ne intereseaza, el functionānd īn acest caz ca un detector foarte specific.

Parcurgerea (scanarea) īntregului domeniu de masa īntr-un interval de timp redus, ceea ce īnseamna ca se obtin sute sau chiar mii de spectre pentru fiecare analiza. Toate aceste spectre sunt stocate īn memoria calculatorului atasat instrumentului.

Īn practica se utilizeaza cu precadere cea de-a doua varianta, pentru ca ea permite identificarea calitativa a tuturor componentelor prezente īn amestecul supus analizei si nu doar a uneia dintre acestea. Acest lucru īnseamna īnsa ca este necesara prelucrarea unui numar foarte mare de date, deoarece spectrometrele moderne au viteza de scanare ridicata (de obicei īntre 0,1-1,5 secunde). Apelarea oricarui dintre spectrele de masa īnregistrate se poate face simplu, prin asociere cu numarul scanarii sau cu timpul trecut de la īnceputul analizei si care corespunde timpului de retentie obtinut īn conditiile utilizarii ca detector a spectrometrului de masa. Trebuie īnsa precizat ca acest timp de retentie nu va fi identic cu cel obtinut cu un alt detector (de exemplu FID), din cauza caracteristicilor constructive diferite ale celor doua detectoare, chiar daca se utilizeaza aceeasi coloana si acelasi gaz purtator. Din acest motiv este necesar ca analiza GC-MS sa produca si o cromatograma pe care sa fie evidentiate picurile corespunzatoare componentelor separate, la fel ca īn cazul celorlalte detectoare.

Aceasta cromatograma se realizeaza pe baza curentului ionic total, care reprezinta īnsumarea curentilor corespunzatori tuturor ionilor rezultati īn urma fragmentarii compusului respectiv. Acest curent ionic total este calculat pentru fiecare spectru de masa corespunzator unei scanari, iar diagrama curentului ionic total īn functie de timp (sau numarul de scanari) constituie cromatograma asociata analizei respective. Evident ca atunci cānd nu elueaza nici o componenta curentul ionic total va fi slab, corespunzator liniei de baza, iar pe masura ce numarul moleculelor din substanta respectiva care ajung īn spectrometrul de masa creste el va creste de asemenea si va fi maxim īn zona concentratiei corespunzatoare timpului de retentie al substantei respective (maximul picului cromatografic). Datorita faptului ca raspunsul detecorului pentru fiecare compus va fi diferit, rezulta ca si marimile reltive ale picurilor vor fi diferite comparativ cu aceeasi analiza realizata cu un alt tip de detector. Uneori este posibil ca īn cromatograma realizata pe baza spectrelor de masa sa nu fie separate toate picurile care apartin unor componente cu rezolutie mica, pentru ca capacitatea de rezolutie a acestui tip de detector este mai mica decāt a altora. Cu cāt viteza de scanare este mai mare, rezolutia componentelor īn cromatograma va fi si ea mai mare.

Viteza de scanare ridicata este importanta nu numai pentru a realiza o rezolutie buna a picurilor vecine ci si pentru a obtine spectre de masa cāt mai fidele si reproductibile. Daca īn timpul eluarii unei componente concentratia se schimba mai repede decāt timpul necesar realizarii spectrului de masa, acest spectru va fi distorsionat si identificarea calitativa a compusului va fi īngreunata. Din acest motiv pentru identificarea calitativa este recomandat sa se utilizeze un spectru de masa selectat din zona de vārf a picului compusului respectiv.

Īn conditii de analiza date, spectrul de masa al unei molecule reprezinta o caracteristica specifica numai compusului respectiv si poate fi utilizat pentru identificarea sa calitativa. Aceasta identificare este īnsa foarte dificila (desi nu imposibila) de realizat prin interpretarea spectrului de masa pe baza fragmentelor de ioni pe care le contine si a abundentei relative a acaestora. O varianta mult mai simpla este compararea cu spectre de referinta ale unor compusi cu structura cunoscuta. Aceasta comparatie se poate face cel mai usor cu ajutorul calculatorului. Exista o serie de variante de cautare pentru identificarea spectrului de masa al unui compus necunoscut prin comparatie cu spectrele stocate īn biblioteca de spectre a calculatorului. Eficienta acestei variante de identificare calitativa depinde de numarul de spectre de masa care se gaseste īn biblioteca, complexitatea programului de cautare si viteza de lucru a calculatorului. Bibliotecile moderne de spectre contin zeci de mii de spectre de masa ale compusilor organici cei mai folositi si ele se livreaza īn general odata cu programul care realizeaza achizitia si prelucrarea datelor provenite de la spectrometrul de masa. Rolul operatorului este īnsa de a evalua critic rezultatele analizei calitative oferite de calculator si de a le compara cu rezultatele unor analize paralele efectuate cu alte metode care pot oferi informatii despre compusul analizat.