Analitica

Corso di Chimica Ambientale
Introduzione alla
Chimica Analitica
Prof. Paola
Gramatica
http://dipbsf.uninsubria.it/qsar/
Education
paola.gramatica @ uninsubria.it
Prof. Paola Gramatica - QSAR Research Unit - DBSF - University of
Insubria - Varese (Italy)
CAMPIONAMENTO
L’obiettivo della raccolta di campioni ambientali
per analisi è ottenere una piccola porzione,
ricca di informazioni, della matrice che si intende
studiare (acqua, suolo, sedimento, biota)
I campioni devono essere rappresentativi
dell’area del prelievo e del periodo di studio.
La corretta pianificazione del campionamento
permette di ottenere il massimo di informazione
con il minimo consumo di tempo e denaro.
Obiettivi essenziali del campionamento:
• Esplorazione (sorveglianza puntuale)
• Monitoraggio (valutazione nel tempo e nello
spazio)
PROTOCOLLI DI CAMPIONAMENTO
Si devono indicare:
• Posizioni dei campioni
•Variabili fisiche, meteo, idrologiche,
chimiche (pH, ossigeno, ecc)
•Tipi di apparecchiature (per prelievo,
per trasporto, per conservazione ecc)
•Volumi e caratteristiche campioni
•Numero e tipi di bianchi
•Trattamenti in campo
•Metodiche di trasporto, conservazione)
:
ESTRAZIONI
ORGANICI
Estrazioni con Solventi Organici
da campioni acquosi
Imbuto Separatore:
• Pochi campioni
• Piccole quantità
Estrattore di Soxhlet: (in continuo)
• Numerosi campioni
•
•
Grosse quantità
Batteria di estrattori (Soxhtec)
ORGANICI
Estrazioni con Solventi Organici
da campioni solidi
Estrattore di Soxhlet: Con ditale di cellulosa
INORGANICI
Digestione con acidi (HCl HNO3)
Imbuto Separatore
Estrazione Liquido-Liquido
Estrazione con solvente organico meno denso dell’acqua
solvente
organico
acqua
Estrattore di Soxhlet: (in continuo)
Estrattore di Soxhlet: (in continuo)
Batteria di estrattori (Soxhtec)
con ditale di cellulosa per campioni solidi
Fasi in successione:
1) Isolamento del campione (miscela)
OK
2) Separazione dei componenti la miscela
Metodi cromatografici
3) Analisi identificativa dei singoli componenti
Metodi spettroscopici per Indagine strutturale
Stato del Campione
e Tecniche di analisi
adatte
Fasi in successione:
2) Separazione dei componenti la miscela
Dopo l’isolamento della miscela da
analizzare, se ne devono separare i
singoli componenti applicando alcuni dei
più comuni metodi di separazione
cromatografica:
¾ Cromatografia su strato sottile (TLC)
¾ Cromatografia su colonna
gravitazionale (varie fasi stazionarie)
¾ Cromatografia su colonna ad alta
efficienza (HPLC)
¾ Gas-Cromatografia (GC)
METODI CROMATOGRAFICI
Si distinguono in base alla fase mobile eluente
liquida (LC)
LC o gassosa (GC).
GC
• CROMATOGRAFIA LIQUIDA (LC)
• Adsorbimento Liquido-Solido
(TLC, Colonne)
• Ripartizione Liquido-Liquido
(HPLC)
• Scambio Ionico
• Esclusione molecolare
(Gel permeation)
• Affinità
GAS-CROMATOGRAFIA (GC)
• Adsorbimento Gas-Solido
Ripartizione
• Gas-Solido
TIPI di CROMATOGRAFIE 2
PRINCIPI di BASE delle SEPARAZIONI
CROMATOGRAFICHE
Il più comune principio alla base delle
tecniche cromatografiche è
la competizione tra forze
che tendono a “legare” alla fase
stazionaria (fase fissa) i singoli
componenti della miscela da analizzare e
forze che tendono a “staccare” ed eluire
questi componenti con la fase mobile
(eluente).
I diversi componenti della miscela saranno
trattenuti ed eluiti in modo diverso e quindi
separati lungo il sistema cromatografico
prescelto.
CROMATOGRAFIE LIQUIDE
Fasi mobili (liquidi organici) sia per
¾
Cromatografia su strato sottile (TLC)
¾
Cromatografia su colonna
¾
Cromatografia su colonna ad alta
prestazione (HPLC)
La polarità della fase mobile determina la
forza e quindi la velocità con cui un singolo
componente, della miscela da separare,
viene eluito dal sistema cromatografico
(viene cioè “staccato” dalla fase stazionaria
e “trascinato” con la fase mobile).
E’ quindi determinante per differenziare
dagli altri il movimento di ogni singolo
prodotto da separare nel sistema
cromatografico utilizzato.
SERIE ELUOTROPICA
Singoli solventi o miscele a varie composizioni.
TECNICHE CROMATOGRAFICHE
Cromatografia piana
Su Carta
LC
Liquido
Crom
Su Strato Sottile (TLC)
Cromatografia su colonna
Liquido
Crom
(LC)
a Pressione Atmosferica
(colonne gravitazionali)
a Pressione Elevata (HPLC)
Gas Crom
(GC)
Colonne Impaccate
Colonne Capillari
TIPI di CROMATOGRAFIE :
Cromatografia piana
La cromatografia piana su strato sottile (TLC),
o su carta, è una cromatografia liquida di
adsorbimento liquido-solido
sistema ascensionale: l’eluente liquido (la
fase mobile) sale per capillarità sulla fase
fissa solida (carta, silice o allumina
supportata su vetro o alluminio), nel suo
movimento ascensionale scioglie, e quindi
stacca dall’interazione con la fase fissa,
preferenzialmente le sostanze più solubili in
esso, spostandole più in alto nella “lastrina”.
Comunemente, sostanze meno polari
“corrono” verso il fronte dell’eluente, mentre
le più polari restano assorbite in basso.
Rf= retention factor
Rf è diverso per uno stesso prodotto a
seconda dell’eluente utilizzato. Per
caratterizzare in TLC un prodotto bisogna
indicare accanto al suo Rf il sistema eluente
con cui questa separazione è stata ottenuta
Cromatografia su strato sottile (TLC)
Piana, Liquido Crom.,
Adsorbimento Solido-liquido
Rf= retention factor è il parametro che misura la
“corsa” di ogni singolo prodotto rispetto alla
“corsa” dell’eluente.
TIPI di CROMATOGRAFIE :
Cromatografie su Colonna
La cromatografia su colonna è un sistema
analogo alla TLC, ma gravitazionale per cui
le sostanze che “corrono” di più si trovano
nel basso della colonna e vengono eluite
per prime.
Vari tipi: gravitazionale, HPLC, GC.
Caratteristica principale della GC è la fase
mobile inerte: gas di trasporto, e della
HPLC la pressione di esercizio.
Cromatografia su colonna e TLC
GAS-CROMATOGRAFIA:
la strumentazione
GAS-CROMATOGRAFIA
COLONNE in GC
Colonne Impaccate
•Vetro
•Lunghezza: 2-3 m
•Diametro: 0.2-0.4 cm
•Forma ad U o a spirale
•Fase stazionaria liquida supportata su
materiale inerte solido (diatomee) 60-100
mesh
Colonne Capillari
•Vetro o silice fusa (capillari flessibili)
•Lunghezza: 25-50 m
•Diametro: 0.2-0.5 mm
•Forma a spirale
•Fase stazionaria legata alle pareti
10 volte più efficace:
- Diffusione trascurabile
- Risoluzione migliore (picchi stretti e ben
separati)
- Separazione migliore
- Tempi di eluizione inferiori
GAS-CROMATOGRAFIA a
Temperatura Programmata
Isoterm
a
a 45°C
Isoter
ma
a
145°C
T
programm
ata
30-180°C
Esempi di
separazioni
GasCromatografic
he
SPETTROMETRIA DI MASSA
r = mv/zH
m/z=H2r2/2V
m= massa z= carica
v=velocità particella
V=potenziale campo elettrico accelerante
H= intensità campo magnetico deviante
r= raggio curvatura
Gli ioni vengono deviati in base al loro rapporto
massa/carica
z=1
Deviazione in base alla MASSA
Uno Spettro di Massa
I PICCHI ISOTOPICI in MS
32.5
98
Esempio di analisi
GC-MS
HPLC (High Performance Liquid
Cromatography):
la strumentazione
Sistema di iniezione:
il loop
HPLC: High Performance Liquid
Chromatography
E’ una Cromatografia di Ripartizione
Liquido/Liquido
il soluto si ripartisce tra fase stazionaria (un
liquido supportato o chimicamente legato su solido
all’interno di una colonna di acciaio o vetro speciale e
la fase mobile liquida (il solvente eluente).
Diversi tipi e possibilità:
Cromatografia liquida in fase diretta:
fase stazionaria più polare della fase mobile
sostanze più polari più trattenute, escono dopo,
TR >
Cromatografia liquida in fase inversa
(“Reverse Phase”):
fase mobile più polare della fase stazionaria
sostanze più polari meno trattenute, escono prima,
TR <
Eluizione isocratica = stesso eluente
Eluizione a gradiente = varia polarità eluente
COLONNE
•Fasi stazionarie a
granulometria
fini ssima (400 mesh)
•Colonne d’acciaio
•Sotto pressione (fino
400 atm)
Fase inversa
Esempi
di
separazio
ni
HPLC
Fase diretta
Spettri UV : tipi di transizioni e
assorbimenti di cromofori caratteristici
Spettri UV di sostanze molto diverse
possono essere molto simili
Assorbimento Atomico (AA)
ICP