METODE DE SEPARARE şi ANALIZĂ CROMATOGRAFICĂ

Victor DAVID Andrei MEDVEDOVICI
METODE DE SEPARARE
şi
ANALIZĂ CROMATOGRAFICĂ
(Ediţia a doua, revizuită)
Editura Universităţii din Bucureşti
2008

Mai bine să nu ştii un lucru, decât să-l înveţi prost.
(Syrus: „Satius ignorare est rem quam male discere”)
Cugetare preluată din Un dicţionar al înţelepciunii,
Th. Simenschi, Ed. Junimea, Iaşi, ediţia a II-a, 1979.
Cuvânt înainte
Această a doua ediţie aduce câteva îmbunătăţiri şi revizuiri, dar probabil lasă loc încă
discuţiilor şi completăriilor viitoare, fireşti într-un domeniu atât de dinamic şi perfectibil, cum este
ştiinţa separărilor. Despre importanţa sa în cercetarea nu numai analitică este inutil a se mai
discuta, fiind pe deplin recunoscută de cei care se ocupă de sinteză în chimia organică sau de
caracterizare a materialelor înconjurătoare (mediu, sănătate, industrie, artă şi sport). Dar cea mai
bună dovadă este numărul mare de reviste de specialitate din literatură. De aceea, ne exprimăm
părerea că secolul trecut ţara noastră a dat cel puţin trei chimişti de renume, toţi profesori mari la
trei universităţi din ţară: Profesorul Gh. Spacu (în domeniul chimiei anorganice), Profesorul C.D.
Neniţescu (în domeniul chimiei organice) şi Profesorul C. Liteanu (în domeniul chimiei analitice).
Facem această mărturisire în semn de recunoaştere a noilor tendinţe de plasare a chimiei analitice
în activitatea de cercetare şi didactică.
Mulţumirile noastre colegilor care ne-au fost de real ajutor, menţionaţi în ediţia anterioară,
rămân valabile. Unul dintre autori (V.D.) doreşte în plus să aducă sincere mulţumiri unor agenţii,
care prin programe naţionale au permis şi asigurarea financiară a activităţii noastre de cercetare,
atât de legată de activitatea didactică, prin derularea a două proiecte ce au legătură directă cu
domeniul prezentat în acest material didactic:
- CEEX 107/2006: Sisteme azopolimerice nanostructurate cu aplicaţii în microelectronică şi
biologie, prin colaborare cu Universitatea Tehnică „Gh. Asachi”, Iaşi, prin sprijinul deosebit
al Profesorului Nicolae Hurduc;
- PNII-IDEI nr. 55/2007 (cod 957/2007): Corelaţii structura-retenţie în cromatografia de
lichide de înaltă performanţă şi aplicaţii pentru compuşi organici de importanţă
farmaceutică, prin colaborare cu colegii noştri, Dr. F. Tache şi Dr. E.E. (M.) Iorgulescu.
Importanţa cromatografiei, prin diversitatea fazelor staţionare şi a sistemelor de detecţie,
este evidentă în caracterizarea calitativă şi cantitativă a sistemelor materiale şi nu lasă loc
amatorismului în operarea pe instrumentele moderne sau în interpretarea datelor chimico-analitice
obţinute. De aceea, cugeterea de mai sus este foarte potrivită chimiştilor care lucrează într-un
laborator de cromatografie; pentru o bună activitate ei trebuie să aibă cunoştinţe serioase de chimie
în general, precum şi putere de muncă, multă pasiune şi talent.
Autorii
3

CUPRINS
pg.
Cap. 1. Generalităţi privind separarea în chimia analitică
1.1. Rolul separării în procesul analitic de măsură . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2. Funcţia de răspuns a procesului analitic de măsură . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3. Parametrii analitici ai procesului analitic de măsură . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4. Parametrii statistici ai unui proces analitic de măsură . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5. Propagarea erorilor într-un proces analitic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6. Calibrarea procesului analitic global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.7. Rolul standardului intern în procesele de separare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8. Prelevare şi implicaţii asupra procesului de măsură . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.9. Clasificarea metodelor de separare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Cap. 2. Noţiuni extra-analitice privind procesele de separare
2.1. Definiţii generale despre solvenţi şi sisteme heterogene . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2. Elemente de termodinamică a proceselor de repartiţie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3. Interacţii intermoleculare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4. Hidrofobicitate / hidrofilicitate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Cap. 3. Separări bazate pe echilibre gaz-lichid şi gaz-solid
3.1. Distilarea, condensarea şi sublimarea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2. Absorbţia fizică într-un mediu lichid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3. Procedee „head-space” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4. Teoria procedeului „head-space” dinamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5. Aplicaţii analitice ale procedeului „head-space” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.6. Absorbţia chimică într-un mediu lichid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7. Adsorbţia compuşilor gazoşi sau volatili pe solide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.8. Separarea componenţilor gazoşi prin metode bazate pe difuzie. . . . . . . . 50
Cap. 4. Extracţia lichid-lichid (LLE)
4.1. Clasificare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2. Echilibrul de distribuţie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3. Randamentul de extracţie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4. Raport de concentrare . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5. Selectivitatea extracţiei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.6. Extracţia repetată . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.7. Extracţia compuşilor cu caracter slab acid, slab bazic sau amfoter . . . . . . 59
4.8. Extracţia perechilor de ioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.9. Extracţia complecşilor ionilor metalici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.10. Extracţia combinată cu derivatizarea compuşilor organici . . . . . . . . . . . . 72
4.11. Etapele unei proceduri de extracţie lichid-lichid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.12. Aplicaţii analitice ale extracţiei lichid-lichid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.13. Membrane lichide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Cap. 5. Extracţia solid-lichid (SLE)
5.1. Principiul de bază . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.2. Extracţia Soxhlet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
5.3. Extracţia accelerată cu solvent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.4. Extracţia cu solvent asistată de microunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Cap. 6. Extracţia în fază solidă (SPE)
6.1. Principiul SPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4

6.2. Adsorbanţi utilizaţi în SPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.3. Adsorbanţi imprentaţi şi imuno-adsorbanţi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.4. Capacitatea de reţinere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.5. Etapele unei proceduri SPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 101
6.6. Cuplarea on-line între SPE şi HPLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.7. Derivatizarea cuplată cu SPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.8. Aplicaţii analitice ale SPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.9. Micro-extracţia în fază solidă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.10. Extracţia cu adsorbant depus pe suport sub agitaţie magnetică . . . . . . 114
6.11. Extracţia prin dispersarea adsorbantului în matricea probei . . . . . . . . . 115
Cap. 7. Extracţie în fluide supercritice (SFE)
7.1. Noţiuni despre fluide supercritice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.2. Principiul metodei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
7.3. Etapele unei proceduri SFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.4. Aplicaţii analitice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Cap. 8. Concentrarea ionilor cu răşini schimbătoare de ioni
8.1. Noţiuni despre schimbători de ioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.2. Reţinerea de cationi pe răşini schimbătoare de anioni . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.3. Tipuri de schimbători de ioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
8.4. Răşini cu proprietăţi complexante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.5. Aplicaţii analitice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Cap. 9. Separarea cromatografică - aspecte generale
9.1. Clasificarea metodelor cromatografice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2. Parametrii unei separări cromatografice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.3. Teoria talerelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
9.4. Ecuaţia van Deemter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.5. Semnificaţia cinetică şi termodinamică a factorului de capacitate . . . . . . 146
Cap. 10. Separarea prin cromatografie de gaze (GC)
10.1. Scurt istoric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.2. Tipuri de coloane în cromatografia de gaze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.3. Faze staţionare în cromatografia gaz-solid (GSC) . . . . . . . . . . . . . . . . 149
10.4. Faze staţionare în cromatografia gaz-lichid (GLC) . . . . . . . . . . . . . . . . 151
10.5. Parametri şi tipuri de eluţie în GC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.6. Indici de retenţie în GC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
10.7. Componentele unui sistem GC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
10.8. Sisteme de injecţie în GC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
10.9. Detectori în cromatografia de gaze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.10. Reacţii de derivatizare în cromatografia de gaze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Cap. 11. Separarea prin cromatografie de lichide (LC)
11.1. Istoric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
11.2. Clasificarea separărilor prin cromatografia de lichide . . . . . . . . . . . . . 180
11.3. Faze mobile în cromatografia de lichide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
11.4. Faze staţionare în cromatografia de lichide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
11.5. Mecanismul de separare LC în fază normală . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.6. Mecanismul de separare LC în fază inversă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
11.7. Separarea RP-LC prin mecanism cu formare de perechi ionice . . . . . . 194
11.8. Tipuri de eluţie în cromatografia de lichide în fază inversă . . . . . . . . . 197
11.9. Separarea LC prin mecanism de schimb ionic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5

11.10. Separarea prin mecanism de excluziune sterică . . . . . . . . . . . . . . . . 201
11.11. Cromatografia de lichide bazată pe separări chirale . . . . . . . . . . . . . . 203
11.12. Componentele unui sistem HPLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
11.13. Detectori în cromatografia de lichide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
11.14. Derivatizarea în analiza HPLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
11.15. Cromatografia în strat subţire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Cap. 12. Alte metode de separare
12.1. Cromatografia cu fluide supercritice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
12.2. Electroforeza – principiul de separare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
12.3. Electroforeza capilară . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
12.4. Cromatografia electrocinetică micelară . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.5. Izotacoforeza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Cap. 13. Spectrometria de masă (MS) - tehnică de detecţie în cromatografie
13.1. Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
13.2. Componentele unui spectrometru de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
13.3. Spectrul de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
13.4 Sistemul de introducere a probelor în spectrometrul de masă . . . . . . . 232
13.5. Ionizarea în spectrometria de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
13.6. Analizoare de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
13.7. Sisteme de detecţie a ionilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
13.8. MS secvenţial multiplu (cuplaj MS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
13.9. Fragmentarea în spectrometria de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
13.10. Compararea spectrelor de masă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Bibliografie generală . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
6