CROMATOGRAFIA E SPETTROMETRIA DI MASSA DI COMPOSTI ORGANICI

CHIM/06 - 6 CFU - 1° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

ROSARIA SALETTI
Email: rsaletti@unict.it
Edificio / Indirizzo: Edificio 1, viale Andrea Doria, 6 95125 Catania
Telefono: 095 7385026
Orario ricevimento: Tutti i giorni previo appuntamento


Obiettivi formativi

Il Corso si prefigge lo scopo di fornire agli studenti gli aspetti teorici e applicativi di:

- metodi cromatografici al fine di un loro utilizzo per la separazione e purificazione di composti organici;

- spettrometria di massa (MS);

- utilizzo accoppiato di tecniche separative (GC, LC) con la MS;

- applicazioni della MS nella determinazione della struttura di composti organici;

- applicazioni della MS negli studi proteomici.


Prerequisiti richiesti

Conoscenza della chimica organica di base.



Frequenza lezioni

Obbligatoria



Contenuti del corso

CROMATOGRAFIA

Teoria della separazione cromatografica.

Ritenzione (tempo di ritenzione e volume di ritenzione). Fattore di capacità. Selettività, risoluzione, simmetria dei picchi. Efficienza e piatto teorico. Migrazione differenziale degli analiti e allargamento della banda cromatografica: percorsi multipli, diffusione longitudinale, trasferimenti di massa in fase mobile, in fase mobile stagnante e in fase stazionaria. Equazione di Van Deemter. Allargamenti del picco cromatografico non dovuti alla colonna.

Classificazione delle tecniche cromatografiche:

La cromatografia liquida di adsorbimento (liquido/solido, LS). Cromatografia liquida su colonna a bassa pressione (LPC) e su strato sottile. Descrizione di un sistema cromatografico a pressione atmosferica.

Cromatografia liquida su colonna ad alta pressione (HPLC). Caratteristiche delle fasi stazionarie utilizzate in HPLC in fase normale (liquido/solido) e inversa (RP-HPLC, liquido/liquido).

Descrizione di un sistema cromatografico ad alta pressione. Il sistema di iniezione (“loop”). Le pompe: a siringa, reciprocante a singolo pistone e a doppio pistone. Smorzatori delle pulsazioni (“dampers”).

Gli eluenti per HPLC: proprietà fisiche, forza e selettività. Preparazione della fase mobile: disidratazione, filtrazione e degasaggio. Preparazione del campione. Fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. Esempi di separazione di composti organici mediante HPLC in fase normale e inversa. Ottimizzazione dei metodi cromatografici.

Sistemi di rivelazione per cromatografia liquida: caratteristiche dei rivelatori (limite di rilevabilità, LOD, e intervallo dinamico di linearità, LDR).Tipi di rivelatori: UV-Vis, a serie di diodi, ad indice di rifrazione, a fluorescenza. Spettrometro di massa.

Cromatografia ad esclusione molecolare. Principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. Esempi di separazione di biopolimeri.

Cromatografia a scambio ionico. Principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. Esempi di separazione di composti organici: l’analizzatore di amminoacidi. Derivatizzazione post-colonna degli amminoacidi con ninidrina.

Cromatografia di affinità. Principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. La cromatografia di affinità proteina-colorante per la purificazione delle proteine.

Gascromatografia. Descrizione di un sistema gascromatografico. Gascromatografia di adsorbimento (GSC) e di ripartizione (GLC). Colonne capillari e impaccate. Gas di trasporto. Fasi stazionarie solide e liquide. Criteri per la scelta della fase stazionaria.

Rivelatori in gascromatografia: a termoconducibilità, a ionizzazione di fiamma, a fiamma alcalina, a cattura di elettroni. Spettrometro di massa.

 

SPETTROMETRIA DI MASSA

Principi operativi.

La sorgente per ionizzazione elettronica. Principi di funzionamento.

Analizzatori a settore magnetico. Risoluzione. Analizzatori a settore magnetico ed elettrostatico. Alta risoluzione. Massa nominale, massa isotopica e massa media ponderale .

Ione molecolare e picchi isotopici. Regola dell’azoto. Criteri per l’individuazione dello ione molecolare. Informazioni deducibili dallo ione molecolare e dai picchi isotopici.

Principi generali di frammentazione. Teoria del quasi-equilibrio. Classificazione delle reazioni di frammentazione. Scissioni semplici e riarrangiamenti: localizzazione della carica. Criteri per stabilire l’intensità degli ioni frammento.

Frammentazione di composti che contengono solo legami sigma. Frammentazioni di composti che contengono insaturazioni o eteroatomi. Scissione alfa. Scissione induttiva. Frammentazioni di composti ciclici. Riarrangiamenti. Frammentazioni tipiche delle principali classi di composti organici.

La sorgente MALDI. Principi di funzionamento. Matrici. Preparazione del campione. Calibrazione.

Analizzatori a tempo di volo. Principi di funzionamento. Aumento della risoluzione. Delayed extraction e ion reflectron.

La sorgente electrospray. Principi di funzionamento. Formazione e trasferimento degli ioni nella sorgente electrospray.

La sorgente APCI. Principi di funzionamento.

Analizzatori quadrupolari. Principi di funzionamento.

Trappole ioniche. Principi di funzionamento.

Spettrometria di massa tandem nello spazio e nel tempo.

Interfacciamento GC/MS e HPLC/MS.



Testi di riferimento

  1. Materiale didattico fornito dai docenti

2. R. Cozzi, P. Protti, T. Ruaro, ANALISI CHIMICA STRUMENTALE, Zanichelli, 2001

3. J. H. Gross, MASS SPECTROMETRY- A Textbook, Springer 2011

4. F.W. McLafferty, INTERPRETATION OF MASS SPECTRA University Science Books1980

5. K.A. Rubinson, J.F. Rubinson, Chimica analitica strumentale, 1a ed., Bologna,

Zanichelli, luglio 2002. ISBN 88-08-08959-2



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1*Principi generali di spettrometria di massa. Sorgente a ionizzazione elettronica (EI). Efficienza di ionizzazione. Analizzatori a settore magnetico.  
2*Risoluzione. Calibrazione dell’asse delle masse. Analizzatori a doppio fuoco. Alta risoluzione. 
3*Ione molecolare e picchi isotopici. Massa nominale, massa isotopica e massa media ponderale. Composizione isotopica dei principali elementi. 
4* Principi generali di frammentazione. Teoria del quasi-equilibrio. Classificazione delle reazioni di frammentazione. Frammentazione di composti che non contengono insaturazioni o eteroatomi.  
5* Scissione alfa. Scissione induttiva. Scissione di composti ciclici. Riarrangiamenti. 
6* Frammentazioni tipiche delle più comuni classi di composti organici.  
7* Analizzatori a tempo di volo. La sorgente ESI. La sorgente di ionizzazione MALDI. 
8*Analizzatori a quadrupolo e a trappola ionica. Spettrometria di massa tandem. 
9*Teoria della separazione cromatografica: migrazione differenziale degli analiti. Allargamento della banda cromatografica: percorsi multipli, diffusione longitudinale, trasferimenti di massa in fase mobile, in fase mobile stagnante e in fase stazionaria. 
10* Concetti di ritenzione e fattore di capacità, efficienza e piatto teorico, selettività, risoluzione, simmetria dei picchi. Equazione di Van Deemter. Allargamenti del picco cromatografico non dovuti alla colonna. 
11*Classificazione delle tecniche cromatografiche: la cromatografia liquida. Cromatografia liquida su colonna a bassa (LPC) e alta pressione (HPLC). Descrizione di un sistema cromatografico a pressione atmosferica e di un cromatografo ad alta pressione. 
12*Il sistema di iniezione (“loop”). Le pompe: a siringa, reciprocante a singolo pistone e a doppio pistone. Smorzatori delle pulsazioni (dampers). Sistemi di mescolamento a bassa e ad alta pressione. Tipi di gradiente. 
13*Gli eluenti per HPLC. Caratteristiche delle fasi stazionarie utilizzate in HPLC. Sistemi di rivelazione per cromatografia liquida; caratteristiche dei rivelatori: limite di rivelabilità (LOD), intervallo dinamico di linearità (LDR). 
14*Rivelatori nella cromatografia liquida: UV-Vis, a serie di diodi, a indice di rifrazione e a fluorescenza. 
15*Cromatografia liquida ad alte prestazioni in fase normale e inversa (RP-HPLC): principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. 
16*Cromatografia ad esclusione molecolare: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati. 
17*Cromatografia a scambio ionico: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati.  
18*Cromatografia di affinità: principi del metodo; fasi stazionarie ed eluenti utilizzati.  
19*Gascromatografia. Il gascromatografo. Gascromatografia di adsorbimento (GSC) e di ripartizione (GLC). Colonne capillari e impaccate. Gas di trasporto. 
20*Fasi stazionarie solide e liquide. Criteri per la scelta della fase stazionaria. Rivelatori in gascromatografia. 
21 *Interfacciamento GC/MS e HPLC/MS. 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Esame orale




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