GASCROMATOGRAFO - SPETTROMETRO DI MASSA (GC-MS)
La gascromatografia-spettrometria di massa, indicata come GC-MS, è una tecnica analitica basata sull'utilizzo di un gascromatografo accoppiato ad uno spettrometro di massa. Tale tecnica costituisce uno dei metodi analitici più avanzati e consente l'identificazione e la quantificazione di sostanze organiche in una varietà di matrici anche complesse.
L'idea dell'accoppiamento nasce dal fatto che queste due tecniche svolgono funzioni analitiche complementari:
> il gascromatografo consente la separazione anche di miscele complesse presenti nel campione,
> lo spettrometro di massa funziona da rivelatore e consente la caratterizzazione e la quantificazione dei composti.
L'utilizzo dello spettrometro di massa come rivelatore per la gascromatografia presenta molti vantaggi:
- è estremamente specifico nella selezione di ioni da quantificare;
- è uno dei rivelatori più sensibili in assoluto;
- è estremamente versatile.
L'implementazione delle tecniche GC e MS richiede un adattamento delle caratteristiche della strumentazione cromatografica e spettrometrica per raggiungere un sufficiente grado di compatibilità.
Innanzitutto la colonna cromatografica lavora sotto pressione, mentre lo spettrometro di massa lavora in alto vuoto. Inoltre il flusso delle colonne cromatografiche, soprattutto quelle impaccate, è molto importante e per niente trascurabile, soprattutto in ambito di cromatografia liquida.
Un altro aspetto estremamente importante nasce dalla necessità di operare una scansione molto velocemente: gli analiti devono essere rivelati non appena escono dalla colonna o il rischio è quello di vanificare la separazione, in più l'eventuale spurgo della colonna crea molti problemi.
Lo schema a blocchi dello strumento
Una rappresentazione schematica di un moderno GC/MS comprende: un cromatografo, uno spettrometro di massa e un sistema di raccolta ed analisi dei dati (Data System) che costituisce il sistema per l'analisi e la separazione (qualitativa e quantitativa) di miscele complesse.
Il cromatografo consiste di un iniettore (auto-campionatore), un sistema per il controllo della temperatura della colonna e una linea di trasferimento che consente all'effluente della colonna di entrare nello spettrometro di massa.
Lo spettrometro di massa consiste di una camera di ionizzazione (sorgente di ioni), di un analizzatore di masse (analizzatore a quadrupolo) e di un rivelatore di ioni; il tutto tenuto sotto alto vuoto mediante pompe a diffusione supportate da pompe molecolari.
Funzionamento
Il campione da analizzare viene sottoposto al flusso di un gas di trasporto (solitamente inerte) e avviato all’interno di una colonna cromatografica. All’interno della colonna si trovano sostanze in grado di separare i vari componenti della miscela gassosa. All’uscita della colonna, uno o più rivelatori segnalano l’arrivo dei diversi componenti a un sistema di elaborazione e analisi. Il prodotto finale è un gascromatogramma in cui la miscela analizzata è scomposta nei vari componenti.
Il principio su cui si basa la spettrometria di massa è la possibilità di separare una miscela di ioni in funzione del loro rapporto massa/carica generalmente tramite campi magnetici statici o oscillanti. Tale miscela è ottenuta ionizzando le molecole del campione, principalmente facendo loro attraversare un fascio di elettroni ad energia nota. Le molecole così ionizzate sono instabili e si frammentano in ioni più leggeri secondo schemi tipici in funzione della loro struttura chimica.
Il diagramma che riporta l'abbondanza di ogni ione in funzione del rapporto massa/carica è il cosiddetto spettro di massa, tipico di ogni composto in quanto direttamente correlato alla sua struttura chimica ed alle condizioni di ionizzazione cui è stato sottoposto.