STUDIUL COMPUȘILOR ORGANICI VOLATILI (COV) PRIN METODA CUPLAJULUI CROMATOGRAFIE GAZOASĂ -SPECTROMETRIE DE MASĂ (GC/MS) Coordonator științific Prof…. [606082]

UNIVERSITATEA „BABEȘ -BOLYAI” CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA DE FIZICĂ
Fizică Medicală

LUCRARE DE LICENȚĂ
STUDIUL COMPUȘILOR ORGANICI VOLATILI (COV) PRIN METODA
CUPLAJULUI CROMATOGRAFIE GAZOASĂ -SPECTROMETRIE DE
MASĂ (GC/MS)

Coordonator științific
Prof. Dr. Monic a CULEA

Absolvent: [anonimizat] 2016 –

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 2 –

CUPRINS
Introducere …………………………………………………………………………………………3
I. SPECTROMETRIA DE MASĂ
1.1. Introducere …………………………………………………………………………….. …………………. ……… 4
1.2. Principiul spectrometriei de masă ………………………………………………….. …………………….. 6
1.3. Elementele unui spectrometru de masă…………………………………. …………….. ……………….. .7
1.4. Tipuri de spectrome tre de masă …………………………………………… ………………… ……………. .8
1.5. Sisteme de introducere a probelor (SIP)………………………………. …………… …………………… .9
1.6. Surse de ioni ……………………………. …………………………………….. ……………………….. ………14
1.7. Analizorul de masă …………………………………………………………. …………………………. ……..17
1.8. Înregistratorul…………………………………. ……………………………………………… ………………..2 6
1.9. Tipuri de ioni……………………………………………………………………. ……………….. ……………. 29
1.10. Cromatografia de gaze…………………………….. ………………………………………… ………….34
1.10.1. Coloane Cromatografice………………………………………. …………………….. ………37
1.10.2. Tipuri de injectări……………………………………………. ………………………….. ……..38
1.11. Cuplajul GC/MS……………………………………………………………. ……………………… ……..38

II. PREPARAREA PROBELOR
2.1. Obține rea unor probe reprezentative………………………… ………………. …………………………. 41
2.1.1. Tipuri de probe și metode de tratare……………… ……………………………… ………41
2.1.2. Obținerea probelor reprezentative……………… …….. …………… ……………………. 43
2.1.3. Extracția pe fază solidă a compușilor organici volat ili din aer… ……………… .. 44
2.1.4. Extracția pe fază solidă a compușilor volatili și semi volatili ……… …………… 45

III. METODA EXPERIMENTALĂ.
DETERMINAREA COMPU ȘILOR ORGANICI VOLATILI PRIN METODA GC/MS
3.1. Introducere…………………………………………………………………………………………………… 47
3.2. Realizarea probelor experimentale…………………………………………….. …………………. …51
3.3. Rezultate…………………………………………………………………………… …………………………5 4
3.4. Concluzii……………………………………………………………………………… ………………………5 7
Bibliografie………………………………………………………………………………………… …………………………5 8

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 3 –

INTRODUCERE
Efectele compușilor cancerigeni vo latili reprezintă astăzi un subiect de stul de discutat în
lumea științei deoarece impactul acestora asupra mediului înconjurător și asupra sănătății noastre este
foarte puternic. Studiile au demonstrat gradul ridicat de nocivitate al compușilor organici volatili
asupra organelor esențiale ale organismului. Fiind prezenți în atmosferă și nu numai, o cantitate
ridicată a compușilor organici volatili poate provoca afecțiuni ale căilor respiratorii, prejudicii ale
ficatului sau chiar ale sistemului nervos central, în unele cazuri fiind responsabil i de dezvoltarea
tumorilor canceroase în organism.
Lucrarea „Studiul compușilor volatili prin metoda cuplajului cromatografie gazoasă –
spectrometrie de masă” prezintă efectele generale ale compușilor cu o volatilitate ridicată proveniți
din diferite spaț ii sau din atmosferă. Principalul scop al lucrării a fost analiza cantităților de BTEX
(benzen, toluen, etil benzen, orto,meta,para -xilen) din medii cu care ne intersectăm zilnic,
evidențierea efectelor asupra corpului uman și demonstrarea faptului că ace știa reprezintă o
amenințare pentru funcționarea normală a organismului.
Capitolul I al lucrării prezintă atât principiul spectrometriei de masă și al cromatografiei de
gaze cât și importanța cuplajului GC/MS în dezvoltarea unor noi direcții ale spect roscopiei de masă
către numeroase aplicații.
Capitolul al II -lea însumează m etodele de tratare și de obținere a probelor reprezentative,
tipurile de extracție și tipur ile de adsorbanți. De asemenea influența benzenului, toluenului, etil
benzenului și xilenilor este prezentată în cadrul acestui capitol.
În final, Capitolul III conturează datele experimentale obținute în laborator și concluzionează
prin analiza spectrelor de masă ale compușilor organici volatili de interes. Este detaliată o metodă
cantitativă îmbunătățită pentru determinarea cantității de BTEX prin preconcentrare pe cărb une activ,
urmată de analiză cu ajutorul spectrometriei de masă cuplată cu cromatografie de gaz (cuplaj
GC/MS).
Obiectivul principal al temei a fost atins, demonstrând prin analiza GC/MS faptul că trebuie
acordată o importanță mult mai ridicată compușilor organici volatili din mediul înconjurător, aceștia
reprezentând o amenințare pentru sănătate.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 4 –

I. SPECTROMETRIA DE MASĂ
1.1. Introducere
Spectrometria de masă este astăzi una dintre cele mai utilizate tehnici folosite în vederea
analizei cantitative, oferindu -ne posibilitatea de obținere a ionilor și de separare a acestora în funcție
de raportul dintre masă și sarcină, având ca rezultat final spectrele de masă ale unor molecule
complexe.
Având la bază ionizarea și fragmentarea moleculelor ca urmare a unei acumulări energetice
ce provoacă ruperea legături lor interatomice, spectrometria de masă reprezintă una dintre cele mai
importante metode fizice de analiză.
Aplicațiile acestei metode sunt numeroase și extrem de generale: analize complexe ale
structurii, studiul căilor de fragmentare , analize cantitati ve și calitative de mare precizie dar și
identificarea și analiza compușilor dintr -un amestec complex.
Progresul în știință a tehnicilor spectrometrice a permis urmărirea unor procese precum
descompunerea moleculelor excitate și de asemenea au oferit posib ilitatea înțelegerii principiului de
funcționare ale diferitelor reacții nucleare create de produșii reacțiilor .
Spectrometria de masă a deservit în mod esențial la înțelegerea metodelor chimice și fizice
contribuind la catalogarea izotopilor elementelor , măsurarea maselor exacte ale elementelor,
determinarea potențialelor de ionizare, determinarea potențialelor de apariție și a energiilor de
legătura, determinarea structurii moleculelor.
Având o sensibilitate și o acuratețe ridicată, spectrometria de m asă a fost utilizată în mod
special în analize cantitative de urme și în determinarea izotopilor stabili, venind ca o completare a
metodelor spectroscopice. A jucat un rol deosebit de util în perioada celui de -al doilea război mondial
oferind într -un timp scurt răspunsuri precise privind analiza calitativă și cantitativă ale amestecurilor
volatile petrochimice.
Spectrometrele de masă au ajuns instrumente de bază pentru determinarea compoziției
izotopice a materialelor nucleare precum combustibili ai centra lelor atomice, produse de fisiune sau
materiale precum apa grea. Este totodată instrumentul de bază în studierea abundențelor naturale ale
izotopilor în hidrologie sau meteorologie , permițând să analiza asupra vârstei, genezei sau mișcărilor
materiei în na tură.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 5 –

Spectrometria de masă a fost studiată pentru prima dată în anul 1912 de către J.J. Thomson
urmând ca în anul 1958 să continue cu studiul compușilor volatili prin apariția cuplajului GC/MS.
Revoluționarea în studiul co mpușilor nevolatili precum fosfol ipidele, acizii biliari, peptidele și
oligozaharidele a avut loc 42 de ani mai târziu, în 1980.
Ionii, a căror mișcare este urmărită într -un spectrometru de masă, pot să provină fie de la
atomi, fie de la molecule sau de la fragmente moleculare. Toate ace ste specii au sarcină electrică care
permite separarea lor în vederea detecției folosind câmpuri electrice și/sau magnetice. Separarea și
detecția se realizează pe baza raportului m/z (unde m este masa ionului iar z sarcina sa). În consecință ,
informația obținută se referă la masa ionilor atomici sau moleculari care sunt detectați. Ca atare,
spectrometria de masă este utilizată pentru determinarea cantitativă a atomilor sau moleculelor și de
asemenea pentru determinări chimice și informații structurale desp re molecule. Moleculele au căi de
fragmentare distincte care dau informații structurale pentru identificarea componenților . Analizorii
cei mai utilizați sunt cei care folosesc câmp electric sau magnetic pentru a aplica o forță asupra
particulelor încărcate (ioni). Relația dintre forță , masă și câmpul aplicat se poate rezuma la aplicarea
legii a doua a lui Newton și a forței Lorentz.
F = m a ( Legea a doua a lui Newton );
F = e ( E + v x B ) ( Legea forței Lorentz ); [1]
unde: F- forța aplicată ionului ,
m = masa ionului.
a = accelerația ,
e=sarcina ionului,
E = câmpul electric
v x B = vectorul produs de viteza ionului și câmpul magnetic aplicat
Cea de -a doua lege a lui Newton demonstrează faptul că forța cauzează o accelerație
dependentă de masă în timp ce forța Lorentz indică de asemenea o dependență a forței aplicată față
de sarcina ionului. Putem spune așadar că spectrometrele de masă nu separă ionii d oar în funcție de
masă ci acestea sunt capabile să realizeze o separare a ionilor în funcție de raportul m/z (masă pe
sarcină).
Perioada de după anul 1950 a dat startul studiului compușilor cu greutăți moleculare mari.
Realizarea cuplajului dintre cromatog raful de gaze și spectrometrul de masă a stat la baza dezvoltării
unei tehnici moderne de analiză cu aplicații de seamă în domenii precum fizica, chimia, biologia,

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 6 –

medicina, farmacia, geologia, ecologia, arheologia, criminalistica sau toxicologia. Unul din
avantajele majore ale utilizării tehnicii computerizate îl reprezintă costul redus al analizelor. Cuplajul
GC/MS permite analiza concentrațiilor de µg/ml sau chiar și mai mici.
Spectrometria de masă ne furnizează cea mai mare cantitate de informații spe cifice per
microgram de substanță comparativ cu alte metode, folosind totodată o cantitate mică de probă pentru
obținerea spectrului de masă.
Un alt aspect important al spectrometriei de masă îl reprezintă relația structură -spectru de
masă. Putem spune că spectrul de masă reprezintă o „amprentă” a substanței. Metoda evidențiază
părțile componente ale moleculei. În cazul izomerilor se obțin spectre de masă identice încât nu pot
fi deosebiți fără ajutorul altor metode pr ecum cromatografia, UV, RMN, IR.
Limita cea mai importantă a spectrometriei de masă o reprezintă necesitatea evaporării probei,
care elimină posibilitatea analizei unor compuși polari și greu volatili. Sunt accesibile analizei
substanțele care au presiunea de vapori de cel puțin 10-6 torri ș i temperatura de fierbere de până la
400oC. Acest lucru a dus la dezvoltarea instrumentației , a tehnicilor auxiliare de evaporare prin
încălzirea probei în sisteme de introducere, conversia chimică a componenților nevolatili în
componenți cu proprietăți de volabilitate mai mari, prin derivatizare și prin diferite tehnici de ionizare
(surse de ioni). [1]

1.1. Principiul spectrometriei de masă
Spectrometria de masă este o metodă ce ajută la obținerea ionilor, separarea acestora în funcție
de raportul m asă/sarcină și înregistrarea ulterioară a lor. Această metodă are scopuri analitice foarte
generale, analize structurale complexe, studiul metodelor de fragmentare, analize cantitative de mare
precizie, identificarea și analiza cantitativă a compușilor unu i amestec complex.
Analiza prin spectrometrie de masă constă în introducerea probelor gazoase, lichide sau solide
în sursa de ioni a acestuia. Acest procedeu de introducerea a probei trebuie să îndeplinească anumite
condiții, motiv pentru care spectrometre le de masă sunt prevăzute cu adevărate sisteme complexe de
introducere a probei.
Obținerea și înregistrarea ionilor se înregistrează cu ajutorul dispozitivelor numite
spectrometre de masă. Majoritatea spectrometrelor de masă se bazează pe următorul princi piu: ionii
de mase diferite, după accelerarea într -un câmp magnetic perpendicular pe direcția lor de deplasare,

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 7 –

vor fi deviați mai mult sau mai puțin (în funcție de masa acestora), fapt care se poate reprezenta fie
într-un tabel fie sub formă grafică.
În spectrul unei substanțe pure, ionul molecular, dacă este prezent, va fi reprezentat ultimul în
spectru, urmat de peak -urile corespunzătoare izotopilor și ne va da masa moleculară a substanței.
Descoperirea cuplajului GC/MS a marcat începutul unui șir de inovații datorită capacității
acestuia de a oferi informații în detaliu a compușilor studiați.
1.2. Elementele unui spectrometru de masă
Spectrometrul de masă, în general, se compune din următoarele:
– Sistemul de introducere al probei, unde proba este introdusă în forma și cantitatea potrivită ;
– Sursa de ioni, unde se produce un fascicul de ioni din substanța de analiza sub formă de vapori ;
– Analizorul, care separă ionii în funcție de raportul masă/sarcină ;
– Detectorul, care înregistrează abundența relativă sau intensitatea în funcție de masă ;
– Computerul, care procesează datele, pro duce spectrul de masă în forma potrivită și controlează
dispozitivul.

Fig. 1.1 Componentele unui spectrometru de masă : sursa de ioni, analizor, detector.
http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey5th/Ch13/ch13 -ms.html

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 8 –

Trebuie remarcat faptul că atât în sistemul de introducere cât și în sursa de ioni și în analizor
trebuie creat vid pentru ca procesul de analiză al probei să nu fie influențat de prezența moleculelor
din aer, în situația în care unii compuși se află în concentrații extrem de mici (de ordinul
nanogramelor).

1.3. Tipuri de spectrometre de masă
Criteriul du pă care vom analiza tipurile de spectrometre de masă este mai general decât altele
care grupează un număr de aparate destinate unui anume gen de aplicații (spre exemplu: analize
izotopice, analize de solide) deși în unele cazuri pentru o anume aplicație se potrivește o anume
configurație sau cel mult câteva configurații optice. Cazul extrem este desigur analiza de solide prin
scânteie cu colectare pe placă fotografică. Pentru acest caz singura metodă posibilă este geometria
Mattauch -Herzog. Așa cum se va ve dea în cele ce urmează, aparatele sunt construite după o anumită
geometrie pe baza particularității unor soluții de optică ionică.

Spectrometre de masă cu focalizare unghiulară și câmp magnetic omogen
Un astfel de spectrometru de masă este constituit de regulă din următoarele părți: sursă de ioni
cu bombardament electronic, ionizare termică sau fotoionizare, un sistem de vid principal și unul
auxiliar, sistemul de introducere, un magnet deflector, colectorul și unitățile electronice.
Unitățile electron ice sunt de obicei stabilizatoarele de curent, tensiune, unitățile de exploatare
ale spectrului, sistemele de detecție a curentului ionic, amplificare, înregistrare, prelucrarea
informației.
Cei mai utilizați analizatori magnetici în spectrometria de mas ă sunt magneții cu jug în forma
literei C. Utilizarea electromagneților ne permite acoperirea unui domeniu de masă de ordinul miilor
de unități atomice de masă, la energii ale ionilor superioare valorii de 1kw.
Acest tip de aparate permite exploatarea înt regului domeniu de mase cerute pentru aplicații
incluzând analiza unor substanțe organice. Utilizarea magneților permanenți aduce o economie în
greutate și simplificare prin lipsa unității de alimentare stabilizată a electromagnetului.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 9 –

Spectrometre de m asă cu focalizare unghiulară
Principalul avantaj al spectrometrelor de masă cu câmp neomogen (cu axa fascicolului ionic
circulară) îl reprezintă dispersia mărită. Pentru spectrometrele cu câmp magnetic neomogen n=1,
deoarece focalizarea fascicolului se pr oduce prin intrarea și ieșirea oblic ă a acestuia, rezoluția acestuia
se poate exprima astfel:
𝑅=(2𝑑
𝜙𝑚𝑙+𝛿)−1
(1.1) [3]
Acest tip de spectrometru permite efectuarea analizelor izotopice pe domeniu de mase cuprins
între 1 -500 u.a.m. la o rezoluție superioară valorii 500 la 1% din înălțimea vârfului, cu o sensibilitate
ce depășește 10-3% cu tensiuni acceleratoare de 1 și 2.5 kV. [1]

Spectrometre de masă cu focalizare unghiulară în tandem
Pentru eliminarea din fascicul a ionilor difuzați neelastic și pentru mărirea sensibilității la
concentrații izotopice mici, s -au imaginat spectre de masă alcătuite din mai mulți analizatori ce
funcționează în tandem.
Un spectrometru tandem este alcătuit din 2 trepte cu câmp omogen a cărui rază a traiectoriei
centra le este de 15 inch în ambele trepte. Acesta a servit la analizele de uraniu, proba cea mai mică
supusă analizei fiind de aproximativ 10-13g. Aparatul este operant la energii ale ionilor de 15k V la
rezoluția de 1200, peak -urile prezentând platouri .
Spectro metrele de masă în tandem sunt de asemenea folosite pentru a satisface o gamă largă
de studii asupra proceselor de ciocnire a ionilor cu moleculele neutre.

1.4. Sisteme de introducere a probelor (SIP)
Spectrometria de masă reprezintă o metodă fizică de analiz ă strict legată de practică.
Fenomenele fizice care stau la baza spectrometriei de masă sunt:
– Interacțiunea particulelor încărcate cu substanța poliatomică

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 10 –

– Deviația în câmp a ionilor încărcați
În cazul spectrometrelor de masă cu bombardament electronic (EI ) compușii aflați în stare de
vapori sunt admiși în camera de ionizare a spectrometrului de masă unde sunt bombardați cu electroni ,
care având energie suficientă se ciocnesc cu substanța. În urma acestei interacțiuni substanța se
ionizează, se supraexcită și se disociază formând ioni moleculari și ioni fragment.
Spectrul de masă este reprezentarea abundenței relative a ionilor în funcție de masa lor.
Proba trebuie să ajungă în sursa de ioni în stare de vapori iar concentrația trebuie să fie
constantă în pe rioada înregistrării probei. Analiza unei substanțe cu spectrometrul de masă necesită
introducerea unor probe gazoase, lichide sau solide în sursa de ioni a acestuia. Sistemele de
introducere a probelor sunt sisteme complexe, deoarece trebuie satisfăcute a numite cerințe pentru a
eficientiza procesul de analiză.
Ținând cont de cantitățile mici de probă care se introduc în general în analizor, sistemele de
introducere trebuie să asigure întotdeauna introducerea fără pierderi de substanță. Tipul de sistem de
introducere depinde de starea de agregare a probei, natura analizei și modul de producere a ionilor.

Introducerea indirectă a probei
Sistemul de introducere este partea aparatului în care proba se introduce ȋn forma și cantitatea
adecvată. Poate fi sist em de introducere indirect și direct în sursa de ioni.
Sisteme de introducere (indirectă) pentru gaze (Fig 1.3) conține rezervorul, căile de
introducere ale probei și pompele de vid care sunt necesare îndepărtării probei din rezervor. Se
utilizează rezervo are de capacitate de câțiva litri (balon 1 -3l) în care se introduc probele în fiole
etanșe, cu posibilitatea de măsurare a presiunii. Se utilizează rezervoare încălzite sau reci, iar proba
trece în spectrometru printr -o duză. Între abundența ionilor citiți în spectrul de masă și presiunea
vaporilor din sistemul de introducere există relația:
𝐼𝑖=𝑆𝑖𝑃𝑖 ( 1.2) [1]
unde – Ii reprezintă înălțimea peak -ului corespunzător componentului i
– Si reprezintă factorul de sens ibilitate al componentului i
– Pi reprezintă presiunea componentului i

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 11 –

Fig. 1.3 – Sistem de introducere indirectă pentru gaze [2]
Determinarea componenților unui amestec se face cunoscând presiunile parțiale ale acestora
în sistemul de introducere a l spectrometrului. Concentrațiile se vor calcula cu ajutorul relației:
𝑐𝑖(%)=𝑃𝑖
∑ 𝑃𝑗 𝑗=1 ∙100 , (1.3) [1]
unde P j reprezintă presiunea componenților din sistemul de introducere

Sistemele de introducere (indirectă) pentru lichide (Fig. 1.4) n ecesită ca proba să fie trecută
în vapori prin încălzire și introdusă ulterior în sursa de ioni. Sistemele pentru lichide se utilizează de
regulă pentru introducerea de probe. Capacitatea acestor sisteme de introducer e este de cca 30ml.
Sistemele de introducere indirectă se caracterizează prin existența unui rezervor auxiliar din care
proba curge printr -o conductă mică formată din robinet de reglare, duză și capilar, în sursa de ioni a
spectrometrului. Pentru reglarea scurgerii este necesară o presiune de cel puțin 10-3 torr.
Fig. 1. 4 Sistem de referință (introducere pentru lichide) [1]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 12 –

Introducerea directă a probei
Sisteme de introducere (directă) pentru probele solide – Probele se introduc etanș, foarte
aproape de sursa de ioni , cu o tijă prevăzută cu creuzet din material inert (aur sau sticlă cu rezistență
crescută la temperatură) , cu posibilitate de încălzire termostatată (de până la 400oC).
Se numesc sisteme de introducere directă și ajută la analizarea substanțelor greu volatile cu
presiunea de vapori de cel puțin 10-3 torr. Se utilizează în analiza calitativă a unor compuși puri , de
sinteză. Există și posibilitatea unei analize cantitative a unui component de interes prin introducerea
directă a acestuia și programar ea temperaturii tijei, utilizând un standard adecvat, analiza făcându -se
pe ioni selectați ai substanțe i de interes a standard ului cunoscut.

Fig. 1.5 – Introducerea directă pentru solide [3]

Sisteme de introducere (indirectă) pentru amestecuri – Se uti lizează cromatrograful de gaze
ca sistem de separare al componenților, iar ca detector se utilizează spectrometrul de masă.
Datorită sensibilității foarte ridicate, cantitatea de probă introdusă indirect trebuie să fie de
ordinul 0,05 -1mg probă. La intro ducerea directă sunt necesare 0.5 -100µg probă iar în cazul cuplajului
GC/MS 5ng -10µg.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 13 –

Fig. 1.6 – Cromatograf de gaze (separare de amestecuri) [3]

Producerea ionilor .
Ionii sunt a ccelerați către sistemul analizor și sunt separați în câmp în funcție de raportu l
masă/sarcină. Abundența ionilor este direct legată de intensitatea relativă a ionilor sau de înălțimile
de peak sau de ariile de peak înregistrate după amplificarea curentului ionic de la colector. Presiunea
unui compus în sursa de ioni trebuie să fie de cca 10-4 torr, iar temperatura sursei de io ni de regulă
200oC.
Sensibili tatea se definește ca raportul intensității (ariei sau înălțimii de peak ) și cantitatea de
probă. În cazul gazelor sensibilitatea este egală cu raportul intensității pe presiunea com pusului în
rezervorul în care se introduce , conform ecuației 1.2 .
În cazul amestecurilor în care compușii nu interferă, analiza cantitativă în procente molare se
poate efectua măsurând înălțimile de peak și utilizând sensibilitățile de răspuns ale compon enților
respectivi. Când compușii de interes sunt în cantități mici, este necesară concentrarea lor înainte de
înregistrarea spectrului de masă, prin distilare, extracție cu solvenți sau cromatografie.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 14 –

1.5. Surse de ioni
Sursa de ioni constituie, după analizor , partea cea mai importantă a unui spectrometru de
masă, fiind locul unde moleculele neutre se transformă în ioni pozitivi și ioni negativi, alături de
particulele neutre. Domeniul de aplicabilitate a surselor de ioni este foarte larg, ele putând fi utiliz ate
pe lângă spectrometria de masă și în alte scopuri. La acceleratorii de particule, la studiul proceselor
de ciocnire, la separatori electromagnetici, etc.
În funcție de scopul urmărit, sursa de ioni produce fascicule d e ioni de intensități diferite.
Astfel, pentru sursele spectrometrelor de masă, intensitatea fascicolului ionic este de cca 10-16 A, deci
putem spune că este de intensitate redusă.
În spectrometria de masă se utilizează mai multe tipuri de mecanisme de ionizare, fapt ce a
dus la concepere a unei mari varietăți de surse ionice. Putem enumera surse precum: surse cu impact
electronic (EI), surse prin ionizare chimică (CI), surse cu desrobție în câmp (FD), surse cu desorbție
în plasmă (PD), surse cu desorbție din matrice asistată laser ( MALDI), termospray (TSP),
electrospray (ES), surse de ionizare la presiune atmosferică (A PPI), surse cu plasmă cuplate inductiv
(ICP). La momentul actual, nu există surse de ioni care să cumuleze toate aplicațiile.
Există câteva cerințe care trebuie să fie satisf ăcute de către sursele de ioni:
Intensitatea fasciculului ionic trebuie să fie suficient de mare (în funcție de detector) pentru a
permite măsurători corecte. în acest sens se definește sensibilitatea sursei de ioni ca și raportul dintre
curentul de ioni obținut și presiunea în sursa de ioni (A/torr). în general este indicat ca intensitatea
totală a fasciculului ionic să nu fie mai mică de 10 .
Este necesar ca energia ionilor să fie cât mai omogenă cu putință . Puterea de rezoluție a
spectrometrului d e masă este direct legată de uniformitatea energiei ionilor. In consecință fluctuațiile
în accelerarea io nilor trebuie reduse la minimum , mai ales la instrumentele cu simplă focalizare.
Fasciculul ionic trebuie să fie suficient de stabil în timp din punc t de vedere al intensității .
Datorită naturii procesului de ionizare această condiție nu poate fi satisfăcută în toate cazurile.
Ionii datorați gazelor reziduale (fond) trebuie să fie produși în cantitate cât mai mică. în acest
sens de o mare importanță este o viteză de pompaj ridicată a gazelor reziduale din sursă și posibilitatea
unei bune decontaminări prin degazarea sursei între analizele unor probe de compoziție diferită.
Este important ca o cât mai mare parte din atomii introduși în sursă să se i onizeze, mai ales
dacă proba de analizat este mică. Eficiența de ionizare depinde de detaliile de construcție a sursei și
de natura substanței de ionizat.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 15 –

Trebuie ca efectele de memorie între probele succesive să fie eliminate sau reduse la
minimum . Între altele și reducerea fondului contribuie în mod substanțial la eliminarea efectelor de
memorie.
Sursa de ioni trebuie astfel concepută ca să necesite un număr cât mai mic de prelucrări
chimice a probelor înainte de analiză. Fiecare fază de prelucrare i ntroduce în mod inevitabil erori.
Este de preferat să se aleagă o sursă potrivită cu materialul de analizat decât acesta să fie transformat
printr -un număr mare de operații chimice.
Ionizarea prin impact electronic (E.I.)
Are la bază interacțiunea unui f ascicul de electroni de energie mare (70eV) cu proba adusă în
stare de vapori (la o presiune de 10-7-10-5 torr). Metoda de ionizare prin bombardament electronic
este caracterizată de sensibilitate și stabilitate mărită și este utilizată în foarte multe apl icații. Proba
adusă în stare gazoasă difuzează în camera de ionizare în care există un vid înalt de ordinal 10-6 torr
(1 torr = 1mmHg) așa cum se vede în schema din Fig. 1.7 și Fig. 1.8. Aici ea este supusă acțiunii unui
fascicul subțire de electroni gener ați de un catod.
Fig. 1.7 Sursa de ioni cu impact electronic [1]
Electronii emiși de filament sunt accelerați la o diferență de potențial anod -catod la energie
de 70eV. Ei traversează camera de ionizare și intră în coliziune cu moleculele din fluxul gazos al
probei de analizat. Impactul dintre un electron și o moleculă determină ionizarea molecule i prin
expulzarea unui electron:
M + e- → M+ + 2e-

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 16 –

Menținerea constantă a energiei electronilor pe toată durata înregistrării unui spectru este o
condiție foar te importantă pentru reproducerea spectrului, deoarece numărul ionilor formați este
direct proporțional cu curentul electronic. Asupra fasciculului de electroni se aplică un câmp magnetic
ce imprimă electronilor o mișcare elicoidală, ceea ce face ca timpul de staționare a acestora în camera
de ionizare să crească și astfel crește probabilitatea ciocnirii electronilor cu moleculele probei. De
asemenea fasciculul este colimat așadar traiectoria este controlată. Cu cât energia electronilor
depășește energia de ionizare, cu atât disocierea va fi mai abundentă.
Caracteristicile pe scurt ale sursei de ioni E.I.
1. Poate fi utilizată în sisteme GC/MS precum și în tehnici de introducere indirectă
2. Produce spectre de compuși care se pot găsi cu ușurință în bibliotecile de spectre
3. Sunt utile pentru identificarea structural ă
a. Spectrele EI sunt ușor de obținut
b. Tehnica de ionizare este fiabilă și sensibilă
c. Poate fi folosită pentru analiza compușilor sensibili la aer și umezeală
d. Analiții trebuie să fie sub formă de vapori deoa rece există anumite problem cu degradarea
termică. [1]

Ionizarea chimică (C.I.)
Ionizarea chimică s -a dezvoltat pentru a produce ioni cu un transfer de energie redus, dând
ioni moleculari mai stabili. Ionizarea chimică se utilizează pentru a determina masa moleculară mai
ales în cazul compușilor în care ionul molecular este absent în spectrul de masă EI. Transferul de
energie în procesul de ionizare chimică nu depășește 5eV, spre deosebire de cel din ionizarea EI unde
depășește 10eV. Acest mod de ionizare s e bazează pe producerea în fază gazoasă de specii acide sau
bazice care reacționează cu molecula neutră formând [M+H]+ sau [M -H]-. Ionii protonați MH+ sunt
ionii cei mai abundenți în spectrul de masă.
Caracteristicile pe scurt ale sursei de ioni C.I.
1. Conf eră informații referitoare la masa moleculară
2. Analiza cantitativă se face doar cu ajutorul standardului intern
3. Constituenții monomerici și dimerii legați covalent nu dau diferențe

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 17 –

4. CI poate fi utilizată ca metodă de ionizare GC/MS
5. Gazele de reacție utiliz ate sunt: metanul, izobutanul și amoniacul [1]
Fig. 1. 8 Surse duale EI/CI [3]

1.6. Analizorul de masă
După producerea ionilor, aceștia trebuie separați în funcție de masa lor, care trebuie
determinată. Analizarea masei ionilor în fază gazoasă are la bază interacțiune a lor cu câmpuri
electrice sau magnetice. Separarea maselor are la bază fenomenul deviației traiectoriei ionilor în
câmpuri electrice și magnetice. Fenomenul trebuie să aibă loc în absența ciocnirii ionilor cu alți atomi
sau molecule și din acest motiv toa te spectrometrele de masă funcționează în condiții de vid înalt (10-
6-10-9 torr).
Cele mai comune și cu aplicații mai generale sunt analizoarele de masă magnetice și
cuadrupolare. Analizorul de masă în cazul instrumentelor cu timp de zbor și transformată Fourier este
utilizat doar în aplicații speciale.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 18 –

În funcție de principiul ce stă la baza separării, se pot utiliza următoarele tipuri de analizori:
– Magnetic
– Electrostatic
– Cuadrupolar
– Cu timp de zbor – Cu focalizare cicloidală
– Cu radiofrecvență
– Cu rezonanț ă ciclotronică

Principalele mărimi ce caracterizează performanța unui analizor de masă sunt sensibilitatea
și rezoluția acestuia. Sensibilitatea ne permite să observăm ce curent ionic vom putea colecta la o
anumită presiune parțială în sursa de ioni sau ce sarcină electrică pentru o anumită cantitate de
substanță introdusă în sursă.
Sensibilitatea se exprimă ca fiind raportul dintre curentul colectat pentru o specie ionică
dată, măsurat în Amperi, și presiunea parțială a gazului din a cărui ionizare prov ine, măsurată în
torr. Cantitatea de sarcină electrică transportată de toți ionii de o specie dată produși la un
nanogram de substanță (C/ng) reprezintă de asemenea o modalitate de a exprima sensibilitatea
analizorului.
Rezoluția caracterizează capacitate a spectrometrului de masă de a separa ionii de diferite
rapoarte m/z.

Fig. 1.9 – Rezoluția pentru două vârfuri adiacente [4]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 19 –

Considerând două peak -uri adiacente de intensități egale, corespunzătoare ionilor cu mase
ml și m2, puterea de rezoluție necesară p entru a separa cei doi ioni este dată de raportul m1 / ∆m,
unde ∆m=m2 –m1. Atunci când se indică puterea de rezoluție m/ ∆m a unui aparat se dă și valoarea
∆H/H, adică înălțimea relativ ă a văii dintre două peak -uri rezolvate. Acest mod de exprimare a
rezoluției este cel mai des utilizat atunci când spectrul se înregistrează în scopuri calitative. Dacă
spectrul este înregistrat în scopuri cantitative este foarte important să se poată aprecia contribuția
fiecărui ion la înălțimea peak -ului vecin, adică gradu l de interferență a celor două peak -uri.
Rezoluții de câteva sute sunt denumite rezoluții joase și permit determinarea masei
nominale ca număr întreg. Rezoluții de ordinul miilor sau mai mari reprezintă rezoluții înalte și
permit măsurarea masei cu precizi e de ordinul miliunităților sau mai bună.
În sistemele GC/MS se folosesc analizori de masă cu sector magnetic și analizori
cuadrupolari. Pe lângă aceștia mai există analizori de masă cu "timp de zbor" și cu sector
electrostatic.

Analizorul magnetic
Ionii pozitivi ce ies din camera de ionizare sunt accelerați datorită unei tensiuni V și intră
într-un câmp magnetic. Câmpul magnetic este produs între polii unui magnet perpendicular pe
fasciculul de ioni. Deflexia în câmp magnetic a maselor încărcate este da tă de mărimea tensiunii
de accelerare a câmpului magnetic. Energia ionului (E) de masă m este dată de următoarea relație:
𝐸=𝑒𝑉= 𝑚𝑣2
2 (1.4) [1]
unde: e – sarcina electronului
V – diferența de potențial
v – viteza ionilor
m – masa ionului
Deflexia în câmp magnetic a maselor încărcate este dată de mărimea tensiunii de accelerare
(V) și a câmpului magnetic (B).
𝑒𝑣𝐵 =𝑚𝑣2
𝑟 sau 𝑚𝑣 =𝑒𝐵𝑟 (1.5) [1]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 20 –

În câmp magnetic, asupra ionului în mișcare acționează o forță centripetă (Forța Lo rentz)
F=evB, care este contrabalansată de forța centrifugă 𝑚𝑣2
𝑟.
Pentru a focaliza un ion la detector trebuie satisfăcută ecuația generală:
𝑚
𝑒=𝐵2𝑟2
2𝑉 (1.6) [1]
𝑟2=2𝑚𝑉
𝐵2𝑒 (1.7) [1]
Focalizarea produsă de un câ mp magnetic este numită focalizare pe direcții, iar
spectrometrele de masă construite pe acest principiu sunt spectrometre de masă cu simplă
focalizare. Dintre analizoare, analizorul magnetic este cel mai comun și cu cele mai multe aplicații.
Separa rea maselor are loc prin acțiunea câmpului asupra fasciculului de ioni obținut prin
delimitare de către o fantă la ieșirea din sursa de ioni. Câmpul magnetic realizează imaginea acestei
fante în vecinătatea colectorului unde trece printr -o a doua fantă. Di n jocul celor două fante se pot
obține diferite forme de peak. Pentru fante de lățimi comparabile se obține pic triunghiular iar
pentru cazul în care lărgimea unei fante este sensibil mai mare decât cealaltă, se obține un pic
trapezoidal.

Fig. 1.1 0 – Spectrometru cu deflexie la 180o.
a) Sursă de ioni, b) Fante, c) Fantă de intrare, d) Fascicul de ioni, e) Fantă de ieșire,
b) f) Colector [2]
Câmpul magnetic are o intensitate de H≈1Tesla (10.000 Gauss).

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 21 –

Analizorul electrostatic
La părăsirea camerei de ionizare, ioni i cu același raport m/e posedă energii diferite datorită
faptului că pe de o parte moleculele au energii termice diferite înainte de ionizare, iar pe de altă
parte datorită faptului că nu toți ionii se formează pe suprafețe riguros echipotențiale.
Presupu nem că un condensator cilindric produce un câmp electrostatic radial. Traiectoria
va fi circulară iar viteza va fi perpendiculară pe câmp. Forța centrifugă echilibrează forța
electrostatici după cum urmează:
𝑒𝐸=𝑚𝑣2
𝑟 (1.8) [1]
E – intensitatea câm pului electric. Introducând energia cinetică de la intrare
𝑟=2𝐸𝑐
𝑒𝐸 (1.9) [1]
cu traiectoria independentă de masă, câmpul electric nu este un analizor de masă ci un
analizor de energie cinetică, precum câmpul magnetic este un analizor al momentul ui cinetic.
Se observă că traiectoria ionului nu depinde de masa sa, ci doar de energia datorată
potențialului de accelerare V. Astfel ionii de energii egale, indiferent de masă, vor focaliza în
același punct. Focalizarea produsă de un câmp electrostatic este numită focalizare în viteză.

Analizorul cu „timp de zbor”
Este o metodă folosită în spectrometria de masă în care ionii sunt accelerați în câmpuri
electrice la o intensitate stabilită. Rezultatul accelerării sunt ionii cu aceeași energie cinetică, viteza
lor depinzând doar de raportul masă/sarcină (m/z).
Principiul timpului de zbor este similar cu cel descris în Fig. 1.11. Timpii de zbor a
particulelor sunt măsurați prin detectori convertori digitali de timp. Cea mai bună acuratețe este
obținută at unci când fasciculul de ioni este injectat perpendicular pe intrarea în detector.
Un element de bază al spectrometrelor moderne îl reprezintă analizorul de timp de zbor
folosit pentru a detecta ionii secundari. Ionii sunt extrași din materialul eșantion ș i accelerați în
analizorul timp de zbor cu aceeași energie însă cu viteze diferite.
În cazul ideal, toți ionii generați în zona sursei vor părăsi sursa în același moment de timp,
cu aceeași energie cinetică, deoarece aceștia au fost accelerați la aceeași diferență de potențial. În
acest caz, timpul de zbor al ionilor generați va depinde numai de masa și de sarcina ionilor produși.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 22 –

Diferențele de viteză indică faptul că ionii mai ușori străbat analizorul mai rapid decât ionii
grei, realizându -se astfel se pararea ionilor după masa lor. La momentul în care ionii secundari
ating detectorul, masa lor este determinată din timpul de zbor sau de durata acestora de traversare
a analizorului.
Fig. 1. 11 – Anlizor cu timp de zbor [3]

Analizori cuadrupolari
Cuadrupolul este un analizor care utilizează stabilitatea unei traiectorii în câmpuri electrice
oscilante pentru a separa ionii în funcție de raportul lor m/z. Principiul cuadrupolului și al trapei
de ioni este același. Analizorii cuadrupolari sunt constituiți din pa tru bare cu secțiune circulară sau
ideal cu secțiune hiperbolică, perfect paralele.
Cele 4 bare sunt de fapt 4 electrozi de unde și denumirea de cuadrupol a sistemului format
din aceștia. Datorită câmpului de înaltă frecvență ionii vor oscila pe axa OZ. Nu mai ionii cu un
raport m/z bine determinat vor putea ajunge la fanta de ieșire, ceilalți căzând pe electrozi.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 23 –

Fig. 1.1 2 –Analizor cuadrupolar [1] [3]

Ionii accelerați de -a lungul axei Z intră în spațiul dintre bare și își mențin viteza de -a lungul
axei, fiind supuși accelerării de -a lungul axei x și y de forțele induse de câmpurile electrice:
𝐹𝑥=𝑚𝑑2𝑥
𝑑𝑟2=−𝑧𝑒∂ϕ
∂x (1.10) [3]
𝐹𝑦=𝑚𝑑2𝑦
𝑑𝑟2=−𝑧𝑒∂ϕ
∂y (1.11) [3]
𝜙(𝑥,𝑦)=𝜙0𝑥2−𝑦2
𝑟2=(𝑥2−𝑦2)(𝑈−𝑉𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 )
𝑟2 (1.12) [3]
După derivare și rearanjând termenii se obțin ecuațiile de mișcare:
𝑑2𝑥
𝑑𝑟2+2𝑧𝑒
𝑚𝑟02(𝑈−𝑉𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 )𝑥=0 (1.13) [3]
𝑑2𝑦
𝑑𝑟2+2𝑧𝑒
𝑚𝑟02(𝑈−𝑉𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 )𝑦=0 (1.14) [3]
Traiectoria unui ion va fi stabilă dacă valoarea x și y nu devine r 0, deci ionul nu atinge
barele. Pentru a obține valorile x ți y, trebuie integrate ecuațiile.
Ecuația lui Mathieu stabilește relația dintre coordonatele unui ion și timp:
𝑑2𝑢
𝑑𝜉2+(𝑎𝑢−2𝑞𝑢𝑐𝑜𝑠2𝜉)𝑢=0 (1.15) [3]
𝜉=𝜛𝑡
2,𝑎𝑢=𝑎𝑥=−𝑎𝑦=8𝑧𝑒𝑈
𝑚𝜔2𝑟2 ș𝑖 𝑞𝑢=𝑞𝑥=−𝑞𝑦=4𝑧𝑒𝑈
𝑚𝜔2𝑟2 (1.16) [3]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 24 –

Considerând ecuațiile pentru a x și q x se poate deduce:
𝑈=𝑎𝑢𝑚
𝑧𝜔2𝑟02
8𝑒 ș𝑖 𝑉=𝑞𝑢𝑚
𝑧𝜔2𝑟02
4𝑒 (1.17) [3]

Analizor cu rezonanță ciclotronică
Dacă viteza ionului este mică și câmpul este intens, raza traiectoriei devine mică. Astfel
ionul poate fi „captat” într -o traiectorie circulară în câmp magn etic. Acesta este principiul
ciclotronului cu ioni sau trapă Penning.
Forța centripetă: F=qvB
Forța centrifugă: 𝐹′=𝑚𝑣2
𝑟
𝑞𝑣𝐵 =𝑚𝑣2
𝑟 𝑠𝑎𝑢 𝑞𝐵= 𝑚𝑣
𝑟 (1.18) [3]
Câmpul magnetic de 3T, frecvența ciclotronului este 1,65MHz la 28T și 11,5KHz la
4000T.

Principiul dublei focalizări
La spectrometrele cu dublă focalizare, ionii pozitivi ce ies din camera de ionizare (a) ce
trec prin fanta de ieșire a acesteia, vor trece prin analizorul electrostatic (b) și apoi printr -unul
magnetic (c) și abia apoi vor ajunge la colector (e) în care intră trecând prin fanta colectorului (d).
În schemele de mai jos sunt prezentate spectrometrele de mas ă cu dublă focalizare cel mai
des întâlnite și anume spectrometrul Nier -Johnson și analizor Mataugh -Herzog.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 25 –

Fig. 1.1 3 – Spectrometre de masa cu dublă focalizare [5]

Detecția ionilor. Sensibilitatea spectrometrului
Intensitatea curenților de ioni se situează în intervalul 10-9 și 10-16 A și măsurarea sa
necesită amplificatoare electrometrice corespunzătoare.
Cole ctorul se poate realiza sub formă de cușcă Faraday iar pentru analize izotopice precise
se utilizează doi colectori pentru înregistrarea simultană a curenților de ioni și măsurarea direct a
aportului.
Ca detector se pot utiliza – placă fotografică
– cușcă Faraday
– multiplicator de electroni
– electrometre
Detectorul cel mai uzual este multiplicatorul de electroni secundar (dinode Cu -Be, dinode
continue), care detectează curenți de 10-10 și 10-18 A și-i amplifică cu un câștig de aproximativ 106.
Eficiența utilizării probei în operațiile GC/MS este importantă în practică în vederea obținerii
sensibilității maxime. Sensibilitatea (în C/mg) a instrumentului, se definește în funcție de
intensitatea de peak la cantitatea de probă.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 26 –

Sensibilitatea spectrometrului de masa este în funcție de numărul de ioni care lovesc
detectorul față de masa substanței introduce în sursa de ioni și factorul de amplificare al
detectorului. Doar un singur ion ajunge la detector din 106 molecule introduse în sursa de ion i la
rezoluție joasă.
Sensibilitatea spectrometrului (C/µg) se definește în funcție de intensitatea de răspuns la
conținutul de probă:
𝑆=𝐴
𝑅𝑓𝐺𝑛 (1.19) [1]
unde A – aria de sub peak (C=Vs)
Rf – rezistența amplificatorului
G – factorul de ampli ficare
n – cantitatea de probă măsurată
Sensibilitatea spectrometrului de mas ă se măsoară întotdeauna în funcție de
semnal/zgomot.

1.7. Înregistratorul – Înregistrarea și prelucrarea datelor MS
Spectrul de masa reprezintă înregistrarea abundenței ionilor d in compus în funcție de masa
(raportul m/e) și este specific substanței, caracterizând -o. Impulsurile succesive ale ionilor,
detectate și amplificate, sunt înregistrate gra fic cu ajutorul înregistratorului, care trebuie să
îndeplinească două condiții foart e importante:
1. Să fie capabil să înregistreze la fel de clar peak -urile foarte intense și cele mai
puțin intense
2. Să fie capabil să înregistreze spectrul într -un timp cât mai scurt (deoarece
prelungirea timpului de înregistrare duce la o scădere a intensităț ii relative a
peak -urilor ionilor înregistrați mai târziu, ca urmare a consumului unei părți din
substanță)
Spectrul de masa repre zintă „amprenta” unei substanțe și de aceea spectrometrul de masa
reprezintă un detector ideal pentru compușii separate prin c romatografie de gaze. Cuplajul

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 27 –

cromatograf de gaze -spectrometru de masă (GC/MS) are un număr foarte mare de aplicații în
domenii foarte numeroase ale științei.
Spectrele EI conțin alături de ionul molecular [M]+, ioni fragment, care pot fi explicați prin
pierderi de grupări funcționale din ionul molecular. Spectrul de masă se poate utiliza la
identificare a unui compus necunoscut. Peak -urile spectrului de masă ale compusului necunoscut
se pot utiliza pentru determinarea structurală a acestuia. Prin corelar ea structurii moleculare cu
configurația spectrului de masă, obținem informații privind natura și numărul atomilor ce compun
molecula, existența grupărilor funcționale și modul în care sunt așezate.
Una din informațiile importante oferite de spectrul de ma să este masa moleculară. Însă nu
toate moleculele au ion molecular. Compușii aromatici se caracterizează prin prezența ionului
molecular, în timp ce alcoolii dau informații de masă prin prezența ionului M -18. Majoritatea
spectrelor de masă dau informația d espre masa moleculară prin prezența fragmentului M -15 (m/z –
15 reprezintă CH 3 – prezent în majoritatea moleculelor organice).
Ordinea descreșterii stabilității ionului molecular în spectrele de masă este următoarea:
Compuși organici → olefine conjugate → compuși ciclici → sulfuri → hidrocarburi
neramificate → mercaptani → cetone → amine → esteri → eteri → acizi carboxilici →
hidrocarburi ramificate → alcooli. [1]
Spectrul de masă se obține pe baza baleiajului magnetic . La folosirea computerului, acesta
contro lează baleiajul și optimizează condițiile în sursa de ioni. Semnalele de la SEM sunt trecute
prin filtrul analog înainte de a trece la convectorul analog digital (ADC) Viteza de digitalizare se
selectează pentru a obține un număr suficient de date punctifo rme de -a lungul fiecărui ion semnal
pentru definirea peak -ului și determinarea cu acuratețe a poziției intensității lui.
Facilitatea mânuirii volumelor mari de date prin computer a condus la operarea cu baleaj
repetat, asigurându -se astfel o mare colecție de date. În cazul în care nu există computer pentru
achiziția de date, se utilizează înregistratorul pe hârtie pentru a înregistra spectrele de introducere
în gaze, lichide, solide și un oscilograf pentru înregistrarea spectrelor de masă în cuplaj GC/MS.
Oscilograful proiectează lumina de la o lampă cu mercur spre oglinda galvanometrelor și apoi pe
o hârtie sensibilă razelor UV. Hârtia este mișcată de un rotor și semnalele se înregistrează ca peak –
uri.
Noile spectrometre de masă prezintă un computer care c ontrolează operarea instrumentului
și achiziția de date.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 28 –

Modul de lucru cu ioni selectați (SIM) . În modul de lucru SIM masele individuale ale
ionilor sunt selectate continuu sau când se dorește măsurarea mai multor ioni, fiecare fiind detectat
în secvența pentru o perioadă de timp. Sensibilitatea în acest caz este mult mărită față de un baleiaj
în care fiecare ion este înregistrat în timp scurt (0,05 -1ms). Datele SIM achiziționate pentru
detecția cantitativă sensibilă la componenți specifici sunt reprezent ate grafic sub forma unei
cromatograme conținând trasarea fiecărui ion în funcție de timp. Sensibilitatea crește cam de 1000
de ori în modul de lucru SIM.
La instrumentele magnetice fiecare ion este detectat pe rând prin alegerea tensiunii de
accelerare c orespunzătoare câmpului magnetic constant. Comutarea ionilor se face rapid, dar
domeniul de masă este limitat de discriminarea de masă. Instrumentele cuadrupolare sunt potrivite
în mod particular modului de lucru SIM întrucât tensiunile barelor pentru tran smiterea ionilor
selectați pot fi schimbate rapid și cu o foarte mare acuratețe.
Prelucrarea datelor cu MS . În prima etapă în prelucrarea datelor de achiziție este
identificarea masei de calibrare. Computerul prelucrează o listă de mase de referință balei nd un
compus de calibrare utilizat pentru stabilirea valorilor maselor de ioni din probă. Se utilizează de
obicei o scară de timp sau așa cum s -a menționat la instrumentele cuadrupolare, masele de referință
sunt legate de o scară de tensiune derivată de la tensiunea barelor cuadrupolului. Se utilizează de
asemenea ca standarde perflorokerosen sau perflorotributilamina.
Ajustările spectrometrului de masă privind focalziarea fascicolului de ioni privesc ajustarea
tensiunilor „repeller” -ului, a detectorilor orizontali , valorile de pe plăcile de extracție și focalizare.
Una din informațiile importante oferite de spectrul de masă este masa moleculară.
Prezentarea grafică a spectrului de masă constă în prezentarea pe abscisă a raportului m/z și pe
ordonată a abu ndenței relative a ionilor față de cel mai intens ion al spectrului care se ia 100%.
Această procedură se numește normarea spectrului. Există programe care reprezintă spectrul de
masă și marchează automat ionii cei mai intenși.
Scăderea spectrului. Prezen ța spectrului de masă al fondului cauzat de „strângerea” fazei
coloanei cromatografice sau de prezența unui alt component se poate îndepărta prin scăderea
ionilor de interferență din spectrul compus. Acest program se întrebuințează pentru „curățirea”
spect rului în cazul unor componenți parțial rezolvați.
Biblioteca de spectre este utilizată pentru identificarea componenților prin comparație cu
spectrele de masă ale unor compuși cunoscuți.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 29 –

Identificarea unui component necunoscut poate fi asistată de măsură tori de masă exactă,
metastabile, utilizarea unor derivatizări, încorporate de izotopi stabili, metode de ionizare
alternative, MS/MS, etc.

1.8. Tipuri de ioni

Este bine cunoscut faptul că energia necesară ionizării unei molecule este de ordinul 10eV.
O bună parte din sursele de ioni folosesc drept agent ionizant un fascicul de electroni de energie
de aproximativ 70eV. Acest surplus de energie face ca moleculele să sufere, pe lângă ionizare, o
serie de fragmentări, astfel încât în final obținem diferite tipuri de ioni: pozitiv, negativi, radicali
sau molecule mai simple. Intensitatea peak -urilor depinde foarte mult de natura aparatului și
factorii externi (energia electronilor, temperatura camerei de ionizare, intensitatea curentului
electronic).
Există mai mul te tipuri de ioni ce se formează în sursa de ioni a unui spectrometru de masă.
Dintre principalii ioni generați putem aminti: ioni părinte, ioni metastabili, ioni de rearanjare, ioni
negativi, ioni reziduali, ioni -moleculă, ioni ai produșilor de reacție, e tc.

Ioni părinte
Ionii părinte se formează în momentul în care ionizarea unei molecule are loc prin pierderea
unui electron.
M + e → M+ + 2e [6]
Electronul ionizat străbate molecula într -o fracțiune a perioadei de vibrație și astfel poziția
nucleelor este p uțin modificată în timpul tranziției electronice care duce la fenomenul de ionizare
(conform principiului Frank -Codon). Relația M + e → M++ 2e evidențiază faptul că masa ionului
părinte M+ diferă foarte puțin față de masa moleculei neutre M. Determinând va loarea m/z a
ionului părinte se poate determina masa moleculară a probei.
De asemenea ionii părinte pot fi și ioni fragment din care iau naștere ulterior alți ioni.

Ioni fragment
Ionii fragment sunt ionii produși prin diferite procese de rupere a legăt urilor în ionul
părinte. Dacă potențialul de ionizare al unei molecule este E, atunci pentru fragmentarea sa este
necesară o cantitate mai mare de energie. Probabilitatea ca o fragmentare să aibă loc este cu atât

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 30 –

mai mare cu cât diferența dintre energia de fragmentare și energia de formare a ionului este mai
mică. Cu cât diferența energetică este mai mare, cu atât stabilitatea ionului crește.
Sistemul de ecuații 1.20 prezintă probabilitățile de fragmentare ale ionului de CH 4+:
𝐶𝐻4+→𝐶𝐻3++𝐻
𝐶𝐻4+→𝐶𝐻2++𝐻2 (1.20) [1]
𝐶𝐻4+→𝐶𝐻++𝐻2+𝐻
𝐶𝐻4+→𝐶++2𝐻2
Când se produce disocierea, fragmentele ce rezultă apar cu o anumită cantitate de energie
cinetică relativă. Aceasta este de obicei mică, dar în anumite cazuri poate să fie de 1 eV sau chiar
mai mult.

Ioni metastabili
In urma impactului electronic o parte a moleculelor primesc o cantitate de energie suficient
de mare pentru ca ionul rezultat să se fragmenteze. Ionul părinte, aflat pe un nivel vibrațional
excitat care poate duce la fragmentare, poate avea o viață medie suficient de lungă pentru a părăsi
cam de ionizare a sursei, înainte ca fragmentarea să se fi produs. Un astfel de ion poate să disocieze
pentru a da ioni mai ușori în regiunea de accelerare a sursei sau undeva pe traiectoria sa între fanta
de ieșire a sursei și colector.
Fie m masa ionului părinte, mx masa ionului care apare prin fragmentarea ionului părinte ,
V tensiunea de accel erare a sursei de ioni a spectrometrului și B inducția magnetică în analizorul
magnetic .Raza de curbură r a traiectoriei mediane în câmpul magnetic va fi:

𝑟=143 ,95 √𝑚𝑉
𝐵 (1.21) [1]

Spectrometrul de masă are în cazul metodelor electrice de detecție a ionilor o rază de
curbură fixă, dată de construcția aparatului, fasciculele ionice fiind rând pe rând aduse pe
traiectoria corectă care atinge colectorul prin modificarea continuă a valorii B sau V.
Presupunând că disocierea are loc undeva între fanta de ieșire a sursei de ioni și limita câmpului
magnetic, fragmentul m1 apărut din disocierea lui m nu va mai avea energia eV ci o altă energie:
𝑒𝑉1=𝑚1
𝑚𝑒𝑉 (1.22) [1]
adică acest fragment străbate analizorul ca și când ar fi accelerat la tensiunea V1. Pentru ca acesta
să se înscrie pe traiectoria corectă de rază r trebuie ca inducția magnetică B să aibă valoarea:

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 31 –

𝐵=143 ,95√𝑚1𝑉1
𝑟=143 ,95√𝑚12
𝑚𝑉
𝑟 (1.23)
Deci fragmentul va atinge colectorul ca și când ar avea masa:
𝑚∗=𝑚12
𝑚 (1.24)
Acești ioni sunt în general numiți ioni metastabili iar m* se numește masă aparentă.
Denumirea este improprie pentru că de fapt la colector ajung ionii produs ai disocierilor
metastabile. Din expresia inducției magnetice rezultă că în spectrul de masă acești ioni vor fi
colectați și la numere de masă neîntregi.
Nu toți ionii colectați la masa aparentă m* provin din disocieri metastabile propriu – zise.
Posibil de asemenea și se întâmplă adesea ca ionii aflați pe nivele vibrațional e stabile să primească
un plus de energie internă în urma ciocnirii cu o moleculă neutră din probă sau din gazul rezidual
și în felul acesta să ajungă pe un nivel de disociere. Acestea sunt așa numitele disocieri induse prin
ciocnire. Intensitatea curențil or ionici dați de produșii acestor disocieri este funcție de presiunea
spectrometrului de masă.
De obicei fragmentul neutru care părăsește ionul în timpul unei tranziției metastabile este
o moleculă stabilă sau un radical. In tabelul următor sunt date câte va grupări de atomi care sunt
foarte frecvent pierdute din ioni complecși , prin disociații metastabile. În tabelul următor sunt date
câteva grupări de atomi care sunt foarte frecvent pierdute prin ioni complecși prin disociații
metastabile:
Masa 1 2 15 18 28 28 42 43
Formula H H2 CH 3 H2O CO C2H4 CH 3CH=CH 2 C3H7

Descifrarea peak -urilor metastabile din spectrele de masă este foarte utilă în scopuri
analitice în studiul structurii unor molecule complexe sau în analiza amestecurilor pentru a stabili
dacă doi ioni aparțin spectrului de masă al aceluiași component.

Ioni de rearanjare
Ionii de rearanjare sunt ionii cu masă mai mică decât a ionilor moleculari și a căror apariție
nu poate fi atribuită unei simple rupturi a unei legături.
Aceștia apar prin rearanj area unor atomi sau unor grupări de atomi, care în ionul părinte
ocupau altă poziți e față de întregul complex. Această rearanjare însoțește fragmentarea mai cu
seamă în moleculele mari. Există compuși pentru care procesele de rearanjare sunt atât de

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 32 –

import ante încât în spectrul de masă ionii de rearanjare sunt cei mai abundenți . Este foarte
important să se aibă în vedere posibilitatea apariției ionilor de rearanjare atunci când se încearcă
stabilirea structurii moleculare a unui compus prin spectrometrie de masă.
lonizarea multiplă poate fi reprezentată prin relația :
R + e → Rn+1 + (n + 1)e
Ionii poliatomici multiplu încărcați nu au în general o contribuție semnificativă în spectrele
de masă.
Ioni negativi
Alături de ionii pozitivi, sub impactul electroni c iau naștere și ioni negativi. Formarea
acestora se poate realiza prin două modalități:
captură de electroni: Y Z + e- → Y Z- →Y- + Z
formarea de perechi: Y Z + e-→Y++Z-+e-
Spre deosebire de spectrele ionilor negativi, spectrele de masă ale ionilor pozitivi sunt mai des
folosite. În acest caz ionii negativi formați în camera de ionizare sunt neutralizați și evacuați cu
ajutorul pompelor de vid, motiv pentru care aceștia nu pot fi vizualizați în spectrul de masă. [11]

Ioni produși ai reacțiilor ion -moleculă
Datorită secțiunii de ionizare mici, o parte din moleculele probei vor fi ionizate, în sursa
de ioni găsind atât ioni cât și molecule neutre. În urma ciocnirii dintre ioni și moleculele neutre se
pot genera reacții chimice (ion -moleculă).
Aceste reacții au ca rez ultat ionii produs. Cea mai importantă caracteristică a reacțiilor
dintre ioni și moleculă o reprezintă dependența de presiune a curentului format din ionii produs.
După modul în care se desfășoară reacțiile ion -moleculă, acestea pot fi clasificate în:
transferuri de sarcină, transferuri disociative de sarcină, transferuri de atomi sau de ioni, asocieri,
disocieri induse prin ciocniri, rearanjări, etc.
Dacă un ion molecular se ciocnește cu o moleculă neutră, aceasta îi poate ceda un atom de
hidrogen, dând naștere unui ion de masă MH+. Acestui ion îi va corespunde un peak situat la m/z
= M+1 astfel încât prin scăderea unei unități de masă se obține greutatea moleculară a substanței.
Substanțele care prezintă un peak mai pronunțat M+1 sunt de regulă esterii , eterii, aminele,
aminoesterii, nitrilii și aminoacizii. În cazul acestora, peak -ul corespunzător ionului părinte M este
foarte mic. [11]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 33 –

Izotopii în spectrele de masă
Majoritatea elementelor chimice se regăsesc în natură sub forma unor izotopi ce diferă pri n
numărul neutronilor din nucleu. Pentru aceeași substanță putem avea greutăți moleculare diferite
în funcție de numărul izotopilor și de natura acestora. În concluzie putem avea un spectru de masă
ce prezintă mai multe peak -uri corespunzătoare acestor mas e.
Intensitatea relativă a peak -urilor este dată în funcție de răspândirea naturală a izotopilor
ce intră în compoziția substanței. Cunoașterea modului de repartiție al izotopilor la diferite numere
de masă din spectrul de masă al compusului este foarte im portantă atunci când scopul
măsurătorilor este de analiză izotopică a probelor.

Ioni reziduali
Urmele de aer din spectrometrul de masă produc întotdeauna într -o măsură mai mare sau
mai mică semnale ionice care se suprapun peste spectrul de masă al probei . Acesta este așa numitul
spectru de fond și este un element care stânjenește munca analistului.
El cuprinde de obicei următoarele peak -uri: [6]

Compoziția H2O N2 O2 Ar Co2
m/e 18 28 32 40 44

El trebuie măsurat înainte de introducerea probei și contribuți a sa scăzută din spectrul de
masă al compusului studiat. Există totuși un avantaj în aceea că spectrul de fond conține peak -uri
puține a căror poziție și configurație este ușor de recunoscut după puțină practică.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 34 –

1.9. Cromatografia de gaze (GC)
Cromatografia e ste o metodă de separare a amestecurilor multicomponente. Ea se bazează
pe repartiția diferită a componentelor unui amestec între o fază mobilă și una staționară
(nemiscibile), având ca urmare deplasarea cu viteză diferită a componentelor purtate de faza
mobilă de -a lungul fazei staționare . Cele două faze sunt o fază staționară imobilă cu o suprafață
mare și una mobilă care curge într -o direcție și poate fi gazoasă sau lichidă.
La început, cromatografia presupunea separarea pigmenților din plante în benzi d iscrete
colorate. Termenul "cromatografie" (scriere colorată) a devenit o denumire generică pentru o gamă
largă de științe ce se ocupă cu separarea substanțelor .
Faza mobilă este gazoasă, faza staționară poate fi lichidă sau solidă. Separarea este realiza tă
prin diferențele în distribuția componenților individuali ai probei între faza mobilă și staționară ,
cauzând mișcarea componenților prin coloană cu diferite viteze.

Fig. 1.14 – Schema unui cromatograf de gaze care demonstrează separarea substanțelor pe o
coloană [9]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 35 –

Principala deosebire a cromatografiei de celelalte metode de separare constă în faptul ca
una dintre faze este staționară .
Putem afirma despre cromatografia de gaze următoarele:
Este o tehnica de lucru foarte simplă , faza staționa ră putând fi fixată fie în coloane de
dimensiuni reduse, sub formă de umplutură sau pe pereții interiori ai unor tuburi capilare, fie pur
și simplu pe hârtie de filtru sau pe un strat subțire dintr -un alt material;
Imobilitatea fazei staționare permite dis punerea ei în straturi de grosime foarte mică, ceea
ce asigură o suprafață de contact mare și un transfer de masă rapid între cele două faze și, deci, o
eficacitate ridicată de separare,
Oferă posibilitatea folosirii unor cantități de probă extrem de mici și realizarea separării
într-un timp foarte scurt.
[9] Cromatograful, de regulă, este alcătuit din următoarele elemente:
– Sursă de gaz purtător
– Injector
– Coloană cromatografică
– Cuptor
– Detector
– Înregistrator

Fig. 1.15 – Schema cromatografului de gaze
http://www.sisweb.com/sptd/autothry.htm

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 36 –

Diferența între viteza de migrare a fazei mobile și cea a componentului este specifică pentru
natura chimică a acestuia din urmă.
Astfel că, o dată separate componentele, pentru detectarea lor se pot folosi metode
nespecifice, universale, fapt care simpli fică considerabil analiza calitativă și cantitativă a unui
amestec de substanțe . Posibilitatea de a utiliza o gamă largă de faze staționare și mobile,
eficacitatea și simplitatea tehnicii de lucru, la care se adaugă viteza mare de separare și ușurință
de d etectare a unor cantități foarte mici de probă, sunt principalele calități datorită cărora
cromatografia constituie, alături de metodele spectroscopice, cea mai importantă metodă de
analiză. Principalul domeniu de aplicație al cromatografiei este microanal iza amestecurilor
multicomponente.
Cromatograma
Cromatograma reprezintă înregistrarea grafică a abundenței relative a componenților
separați în timp (peak -urilor).
Aria peak -ului este proporțională cu cantitatea de component. Rezoluția este dată de gradul
de întindere al benzii compacte inițiale a vaporilor ce trec prin coloană.
𝐻=𝐿
𝑛 (1.25) [3]
unde n- nr. talere teoretice
H – înălțimea talerului
L – lungimea coloanei (măsurată în cm)

Relația dintre lățimea peak -ului gaussian și deviația standa rd
Parametrii de care depinde separarea cromatografică sunt următorii:
– Temperatura coloanei cromatografice
Se întocmesc programe de temperatură astfel încât toți componenții să aibă aceeași
lățime la jumătate a ȋnălțimii peak -lui. Dacă această condiție nu e ste respectată
atunci temperatura nu este suficientă să elueze proba.
– Debitul gazului purtător
– Faza staționară
Aceasta se alege încât să nu difere mult ca polaritate față de proba de analizat. În
cazul cromatografiei gaz -lichid vom avea un lichid cu presi une de vapori mică, care
este absorbit pe un suport poros, inert, așezat într -un tub de diametru mic. Pentru
cromatografia de gaz, faza staționară este cea solidă.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 37 –

Cromatografia gazoasă este deosebit de utilă în separarea, detecția și determinarea
canti tativă a componenților unui amestec complex. Din punct de vedere al determinărilor
cantitative, cromatografia gazoasă nu prezintă un randament la fel de ridicat.

1.9.1. Coloane cromatografice
Coloana este partea esențială sau „inim a” cromatograf ului. Puterea de rezoluție necesară
pentru o separare adecvată depinde de complexitatea amestecului de analizat. Fără puterea sa de
separare, spectrele de masă ar fi mult mai greu de interpretat. Coloanele convenționale sunt
potrivite pentru amestecuri simple și au timp i de analiză relativ scurți , iar pentru amestecurile
complexe sunt necesare coloanele capilare cu timpi de analiză mai lungi.

Coloanele convenționale
Coloana convențională de separare din metal sau sticlă, are în general o lungime de 0,5 -3
m și un diametr u interior de 2 mm, umplută cu o umplutură, care poate fi un adsorbant cu granulație
de 0,1 -0,5 mm sau un material solid, inactiv, numit suport, impregnat în proporție de 5-20% cu un
lichid cu volatilitate redusă, faza staționară , de obicei un polimer. [9] Creșterea lungimii coloanei
duce la creșterea posibilității de reamestecare a probei, obținând – se astfel picuri mai late. Din
cauza acestui efect, limita superioară a lungimii unei coloane convenționale este de 3 -4 m.

Coloanele capilare
Acest tip de colo ane nu are material de umplutură. Faza staționară este depusă fie direct pe
pereții coloanei (WALLCOT) sau pe un suport material care îmbracă peretele interior (OSCOT)
în grosimi de sub l µm. Coloanele capilare au o eficiență mai mare decât cele convențion ale
deoarece gazul curge doar pe o singură cale, fiind îndepărtat efectul de reamestecare a probei și de
lărgire a picurilor. Astfel, aceste coloane pot avea lungimi de 25 până la 50 m cu un număr de 4 –
500 de talere teoretice pe metru. [9]
Pentru o interacțiu ne eficientă între gaz și faza lichidă diametrul interior trebuie să fie mic,
de obicei 0,1 mm. Coloanele capilare au o limită scăzută a cantității de solvent și probă pe care o
pot transporta, fiind astfel necesară divizarea probei în injector pentru a pr eveni distrugerea
coloanei. Pentru a se evita pierderea unei cantități de probă au fost studiate și dezvoltate sisteme
injectoare fără împărțirea substanței introduse. Timpii de reținere la acest tip de coloane tind să fie
lungi, ducând la timpi lungi de a naliză, ce pot ajunge la o oră.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 38 –

1.9.2. Tipuri de injectări
Există diferite tipuri de injectare cromatografic.
– Concentrarea în precoloană
Reprezintă injectarea în care componenții se concentrează în faza lichidă la
începutul coloanei în timp, apoi se ridică tem peratura
– Injectarea fără purjare (splitless)
Utilizează un efect de solvent. Este esențial ca solventul să condenseze la intrarea
coloanei, creând condiții de supraîncărcare, jucând temporar un rol de fază lichidă.
– Injectarea cu purjare (cu splitare)
Permi te spălarea rapidă a camerei de injectare în așa fel încât proba este urmată de
gaz purtător pur și se injectează o cantitate mică de probă

– Injectarea pe coloană
Se utilizează în coloanele convenționale și coloanele capilare cu bor. Este necesar
un ac de seringă foarte fin. Timpul de injectare se alege în funcție de timpul de
analiză. În cazul în care există probleme ale sistemului de introducere vom avea
probleme în detecția compușilor și în final vor influenț a rezultatele analizei.

1.10. Cuplajul GC/MS

Cuplajul GC/MS întrunește cerințele ideale pentru un sistem de introducere – detecție ,
realizând separarea componenților unui amestec și identificarea lor, cu posibilități sensibile de
analiză cantitativă.
Principala problemă în realizarea acestui cuplaj es te datorată presiunilor de lucru a celor
două aparate. Apărută după anul 1965, cea mai mare problemă este diferența de presiune de
operare de la 1 atm în GC la 10-6 torr în SM. În sistemul de interfață se reduce presiunea gazului
purtător fără pierderi de probă. Pentru a realiza căderea de presiune necesară se folosesc interfețe
special concepute. În cazul coloanelor capilare debitul gazului este scăzut, 0,1 -1 ml/min, ceea ce
face posibilă conexiunea directă la spectrometrul de masă, fără folosirea unui sep arator de gaz
purtător.
Posibilitatea separării compușilor și obținerea de spectre pentru fiecare component pentru
identificarea acestuia a condus la o serie de aplicații ale spectrometrului de masă precum studiul
compușilor de interes biologic.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 39 –

Acest cup laj GC/MS a impus viteze mărite de lucru la spectrometru datorită timpului scurt
și schimbării rapide a concentrației compușilor supuși separării cromatografice. Deoarece o parte
din peak -uri sunt doar de câteva secunde lățime, baleiajul complet trebuie re alizat de mai multe
ori pe secundă pentru interpretarea cu exactitate a datelor.
Utilizarea separatorilor moleculari este necesară în cazul în care spectrometrul de masă
nu dispune de un sistem de vidare cu o viteză de pompare suficient de mare sau când d omeniul de
dinamică (raportul între picul cel mai mare și cel mai mic) este mare. Astfel aceștia măresc raportul
între cantitatea de probă și cea de gaz purtător.
Separatorii moleculari se pot baza pe trei fenomene: îmbogățire prin scurgere prin pori
fini sau printr -o fantă îngustă, difuzie preferențială a gazului purtător sau al probei printr -o
membrană semipermeabilă și fracționarea gazelor într -un jet care se împrăștie . Pentru anumite
cazuri particulare de probă sunt indicate anumite tipuri de separato are.

Fig. 1.16 – Schema cuplajului cromatograf de gaze – spectrometru de masă (GC/MS)
http://www.chromacademy.com/resolver -november2010_understanding_gcms_part_1.html

În urma analizei Fig. 1.16 (Schema cuplajului GC/MS) putem deduce următoarele
componente ale aparatului:
1. Port de introducere al gazului purtător
2. Dispozitiv de re glare
3. Injector de probă
4. Cuptor
5. Coloană Interfața
6. Sursa de ioni
7. Analizorul de masă
8. Detectorul
9. Sistemul de vid

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 40 –

10. Controlul electronic

Cele mai utilizate și recomandate gaze purtătoare sunt H 2, He, N 2 deoarece permit
migrarea probei de -a lungul coloanei și ofe ră condițiile necesare de presiune în vederea
funcționării corecte a aparatului.
În cadrul injectorului de probă , proba este volatilizată iar gazele rezultate sunt antrenate
de fluxul gazului purtător și sunt conduse către coloană.
Cuptorul este programat la temperaturi capabile să mențină proba în stare gazoasă
(temperaturi de până la 400oC).
Interfața este utilă după separarea componenților în cuplajul GC/MS atunci când speciile
trebuie transportate la spectrometrul de masă unde urmează să fie ionizate și detectate.
În cadrul sursei de ioni compușii sunt ionizați înainte de a fi trimiși spre analiză. Ionizarea
reprezintă procesul în care o moleculă este încărcată prin crearea unui cation sau prin asocierea
sau transfer de sarcină, producând ioni.
Analizor ul de masă ajută la analiza ionilor și filtrarea acestora în funcție de masa lor
moleculară.
Fasciculul de ioni ce se desprinde din analizor trebuie să fie transformat într -un semnal
utilizabil ce va fi captat de către detector.
Sistemul de vid este neces ar ca analiza să se poată desfășura într-un mod previzibil și
eficient.
Tehnica de măsurare GC/MS a ajutat în dezvoltarea unor noi direcții ale spectroscopiei de
masă către aplicați i numeroase, fiind mereu o tehnică de modernizare și valorificare a resur selor.
Prin prezența spectrometrului de masă – caracterizat prin specificitate și sensibilitate – s-
a putut realiza dezvoltarea aplicațiilor clinice și biochimice utilizând trasori marcați cu izotopi
stabili, prezentând reale avantaje în aplicații față de cei radioactivi.
În cazul spectrometrului de masă cuplat cu un cromatograf de gaze, sistemul include
programe de calibrare (focalizare) al spectrometrului de masă, achiziție de date de procedură,
posibilitate de comandă și editare. Programul pentru foc alizare este utilizat la ajustarea tensiunilor
în sursa de ioni, calibrarea maselor, controlarea și producerea spectrului de masă în analizorul de
masă.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 41 –

II. PREPARAREA PROBELOR
De cele mai multe ori, amestecurile provenite din surse biologice sau din mediul
înconjurător sunt prea complexe, diluate sau chiar incompatibile cu introducerea directă în
cromatrograf în vederea unei analize. Pentru a putea însă realiza analiza probei se realizează o
serie de operații preliminare de fracționare, izolare și concentrar e a componenților pe care dorim
să îi studiem. Scopul preparării probei este de a obține o soluție simplă care este relativ liberă față
de interferenți, este compatibilă cu sistemul cromatografului și este compatibilă cu faza mobilă și
cu sistemul de detec ție.
Până la introducerea finală a probelor în cromatograf trebuie parcurși o serie de pași,
prezentați în următoarea figură:

Fig. 2.1 – Etape în pregătirea și analiza probei

2.1. Obținerea unor probe reprezentative
2.1.1. Tipuri de probe și metode de tratare
Probele de studiat se pot clasifica în probe organice și probe anorganice. Acestea la rândul
lor pot fi clasificate în solide, semi -solide (geluri, suspensii, coloizi sau creme), lichide și gaze. În
funcție de natura probei se pot utiliza diferite metode de tratare. Metodele de trat are sunt prezentate
în tabelul 2 .1

Prelevarea
probei
•
colectare
•
păstrare
•
conservare
Purificarea
probei
•
extracție
•
concentrare
•
izolare
Analiza probei
•
identificare
•
determinare

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 42 –

Tabelul 2.1 – Metode de tratare
NATURA PROBEI METODĂ DE TRATARE
Volatile organice Reținere într -o trapă pe faza solidă
Reținere într -o trapă pe faza lichidă
Lichidă Extracție pe fază solidă
Extracție lichid -lichid
Evaporare
Distilare
Microdializă
Liofilizare
Suspensii Filtrare
Centrifugare
Sedimentare
Solidă Dizolvare
Extracție Soxhlet
Extracție Soxhlet automată
Extracție asistată de ultrasunete
Extracție cu solvent accelerată
Extracție cu fl uide în stare supercritică
Extracție asistată de microunde

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 43 –

2.1.2. Obținerea probelor reprezentative
Una din cele mai importante părți din analiza unui compus îl reprezintă obținerea unei
probe reprezentative. Dacă în etapele de preparare ale probei sunt comise erori, acestea nu mai pot
fi remediate în următoarele etape ale analizei.
Prelevarea probelor pentru analiză dintr -o cantitate mare sau dintr -un volum mare ridică o
serie de probleme pe care trebuie să le luăm în considerare pentru ca rezultatele pe care le obținem
în final să fie semnificative.
Pentru obținerea unei valori reprezentative a componentului de analizat vor fi necesare
multiple probe prelevate din locuri diferite și la diferite intervale orare. De asemenea se va avea în
vedere și cantitatea de probă necesară. În cazul produselor vegetale, probele se vor usca iar ulterior
se vor măcina și omogeniza.
Analiza cantității medicamentelor sau controlul calității aerului, apei sau solului ridică de
asemenea câteva probleme în ceea ce privește prot ocolul de lucru. Agențiile care în prezent se
ocupă cu studiul acestor compuși lucrează după protocoale bine stabilite pentru a evita comiterea
erorilor.
Numărul de probe recoltate depinde de problema abordată. Pentru o concentrație medie
simplă, numărul de probe se va calcula cu ecuația:
N=4 [s/(d)]2 (2.1)
în care s reprezintă deviația standard estimată, media aritmetică iar d reprezintă toleranța de
nesiguranță a rezultatului.
Volumul de probă variază foarte mult în funcție de natura compușilor pe care dorim să îi
analizăm. Spre exemplu, pentru analiza metalelor grele o probă de 100ml este suficientă. În cazul
pesticidelor acest volum poate varia între 1 și 20 de litri.
O problemă deosebit de importantă o reprezintă contaminarea probei în timpu l lucrului cu
aceasta. Timpul scurs, orice contact al probei cu suprafața devine o sursă de contaminare. De
asemenea , procesele chimice care au loc în momentul prelevării probei până în momentul analizei
pot duce la invalidarea probelor. Intervalul de timp de la constatarea contaminării trebuie să fie
foarte scurt. Procesele chimice care se produc în acest interval sunt multiple. Poate avea loc
descompunerea termică , acțiunea microbiologică și reacționarea chimică.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 44 –

Păstrarea probelor, pentru a inhiba proce sele amintite anterior, trebuie făcută la întuneric,
în containere de sticlă, menținute la temperaturi sub zero grade. Conservanții, antioxidanții și
ajustarea pH -ului probei pot fi de asemenea luați în considerare. Probele de țesuturi și alimente.
După ce au fost macerate, ar putea elibera enzime capabile să schimbe compoziția probei în timpul
păstrării. Este indicat ca păstrarea probelor să se facă după ce au fost recoltate iar macerarea să se
facă înaintea analizei. Păstrarea trebuie să fie făcută în sta re înghețată și sub azot.
2.1.1. Extracția pe fază solidă a compușilor organici volatili din aer
Prelevarea probelor din aer
Compușii organici volatili din aer precum hidrocarburile și hidrocarburile halogenate sunt
recoltate prin absorbția aerului într -un tub colector de gaz din sticlă (Fig 2.2), o seringă un
container sau o pungă din plastic. Pungile de plastic sunt confecționate din materiale precum
teflon, mylar, tedlar, etc și uneori sunt laminate cu aluminiu pentru reducerea permeabilității
acestora.
Acestea prezintă o serie de avantaje precum: rezistența la spargere, au o greutate foarte
mică și sunt ușor de umplut într -o stare colapsată cu o seringă sau o mică pompă. Containerele
rigide trebuie în prealabil deoarece proba poate fi contaminată de către sursa de vacuum. Pe timpul
păstrării în aceste containere pot avea loc o serie de fenomene fizice sau chimice cum ar fi:
adsorbția, cataliza sau reacții între diverși compuși. În consecință se impune ca prelucrarea și
analiza să se facă într -un timp cât m ai scurt.

Fig. 2.2 – Tub de sticlă colector de gaze
http://olpartner.wiessoft.de/INFO1013_LANG_UK.HTM?
Vasele colectoare sunt limitate ca mărime așa că pomparea la o presiune superioară celei
atmosferice sau răcirea criogenică a containerului sunt folosite pentru creșterea mărimii probei
pentru anali ză. Această operație devine foarte importantă în cazul prelevării unor probe din medii

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 45 –

de atmosferă din afara mediului urban unde concentrația compușilor organici poate fi de ordinul
părți-pe-milion (ppm), părți -pe-bilion (ppb) și părți -pe-trilion (ppt).
Conversia acestor exprimări în mg/m3 măsurat în condiții normale de presiune și
temperatură (mg/Nm3) se face cu formula:
𝑝𝑝𝑚 =(𝑚𝑔
𝑁𝑚3)(𝑉𝑀
𝑀) (2.1) [1]
(𝑚𝑔
𝑁𝑚3)=𝑝𝑝𝑚 (𝑀
𝑉𝑀) (2.2) [1]
În general este necesară o preconcent rare a probei în vederea analizei. În acest caz teh nica
de reținere la rece se va f olosi pentru izolarea și concentrarea componenților din aer înainte de
separarea și determinarea acestora. Deoarece aerul conține volume relativ mari de vapori de apă și
dioxid de carbon în comparație cu concentrația componenților de analizat, acești compuși trebuie
separați de cei de interes prin utilizarea unei trape de fracționare la temperatură joasă. Viteza de
evaporare a compușilor organici volatili este mult mai mare d ecât a apei înghețate, așadar o
perioadă scurtă de evaporare este suficientă ca acestea să părăsească trapa înaintea apei. Se mai
poate monta și o trapă pentru desicare completă.
Compușii organici semi -volatili de regulă sunt colectați din aer prin coloa ne umplute cu un
adsorbant adecvat. Cei mai utilizați adsorbanți sunt polimerii poroși, diferitele varietăți de cărbune
și silicagelul sau alumina (ca adsorbanți anorganici). Alegerea adsorbantului se realizează în
funcție de natura compușilor organici pe care dorim să îi reținem.

2.1.2. Extracția pe fază solidă a compușilor volatili și semi volatili
Tipuri de adsorbanți
Tenax (2,6-difenil -p-fenilen oxid) este cel mai utilizat pentru reținerea compușilor volatili
cu o masă moleculară mai mare ca a heptanului la temperatura camerei. Texan -GC prezintă
următoarele caracteristici: densitate de umplere liberă 0,37g/ml, suprafață specifică 18,6m2/g,
granulometrie 80 -100mesh și temperatura limită de 375oC.
Caracterul hidrofobic al Texan -ului îl face să prezinte o capac itate redusă în privința
reținerii vaporilor de apă. Prezintă în schimb o capacitate de reținere mare pentru compușii nepolari

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 46 –

și prezintă o stabilitate termică ridicată. Este preferat datorită purității chimice și sensibilității
termice.
Spuma poliuretan ică are o eficiență mai mică decât adsorbanții obișnuiți pentru reținerea
compușilor volatili. Ca și aplicații sunt mai limitați la compușii polari cu punct de fierbere ridicat
(spre exemplu pesticidele și bifenilii policlorurați). Compușii sunt recuperați prin eluție sau
extracție Soxhlet.
Cărbune. Diferitele forme ale carbonului (cărbunele, cărbunele grafitat și sitele
moleculare pe bază de carbon) au suprafața specifică cuprinsă între 5 și 900 m2/g. Această
suprafață specifică ridicată le conferă propri etatea de a reține probele gazoase și compușii organici
foarte volatili în timp ce aceia cu suprafață mai redusă se vor utiliza pentru compușii organici semi
volatili . Diferite varietăți de cărbune sunt preferate față de Tenax în cazul în care volumul de
străpungere al compușilor este prea mic.
Carbopack B cu media particulelor cuprinsă între 20 și 40 mesh are la bază cărbunele
negru care a fost parțial grafitat prin încălzirea particulelor la aproximativ 2700oC într -o atmosferă
reducătoare de azot. Două p rocedee au fost utilizate pentru purificarea acestuia și au fost selectate
în funcție de natura probei care trebuie să fie îmbogățită. Când coloana a fost utilizată pentru
colectarea compușilor volatili din aer, atunci a fost introdus într -un sistem de înc ălzire la 350oC
pentru 6 ore într -un curent de heliu pur la un debit de 100ml/min. Apoi a fost închis la ambele
capete. Pentru cazul în care carbopack -ul B a fost utilizat la îmbogățirea probelor din apa de ploaie
sau a compușilor grei prezenți în emisiile industriale, materialul a fost prepurificat prin extracție
Soxhlet cu benzen : metanol (4:1, v/v) timp de 12 ore. Materialul a fost uscat într -un curent de
heliu, iar apoi reziduu l de solvent a fost îndepărtat prin procedeul de încălzire descris anterior.
Recent s -a constatat că o încălzire la microunde poate ridica rapid temperatura cărbunelui la 700oC
fapt ce permite o cinetică rapidă de desorbție a compușilor ce prezintă stabilitate termică. O
potrivire corectă a ariei adsorbantului cu proprietățile com pusului de desorbție/sorbție va contribui
la reușita desorbției termice în particular pentru compușii foarte volatili.
Silicagelul și alumina prezintă o retenție înaltă pentru compușii volatili polari. Ei
mai pot fi impregnați cu reactivi chimici pentru o reținere reactivă. Au un mare avantaj deoarece
au capacitatea de a reține volumele mari de apă.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 47 –

III. METODA EXPERIMENTALĂ. DETERMINAREA
COMPUȘILOR O RGANICI VOLATILI PRIN METODA GC/ MS
3.1. Introducere
Compușii organici volatili (VOCs sau COV) sunt acei compuși chimici cu o volatilitate
ridicată datorită presiunii chimice crescute a vaporilor. Orice compus organic cu un punct de
fierbere cel mult egal cu 250oC măsurat la o presiune standard reprezintă un compus organic
volatil. Aceste proprietăți distinctive ale VOCs sunt întâlnite la aproximativ 150 de compuși, cea
mai mare pondere având -o hidrocarburile cu 4 -12 atomi de carbon (spre exemplu aromatice,
parafine, ole fine). [23]
Sursele de producere ale compușilor organic i volatili sunt multiple și diversificate din
punct de vedere ale domeniilor din care acestea provin. Putem aminti industria petrolieră sau
manipularea unor produse petroliere, fabricarea vopselelor, adezivilor, lacurilor și cernelurilor,
folosirea solvenților la curățarea diferitelor suprafețe sau la a ctivități de tipărire, laminarea
lemnului și a materialului plastic, conversia cauciucului. De asemenea surse de producere a COV
pot fi reprezentate atât de industria alimentară, metalurgică sau farmaceutică cât și de transportul
rutier sau chiar de vegeta ție. Copacii s -au dovedit a fi importante surse de izopren și terpen.
Efectele compușilor volatili au un impact puternic atât asupra mediului înconjurător cât și
asupra sănătății noastre. Efectul major asupra mediului se răsfrânge în mod direct asupra pânz ei
freatice, solului și în special aerului respirabil. Există compuși organici specifici care reacționează
în atmosferă cu oxizii de azot și formează ozonul troposferic în prezența razelor solare. Atunci
când ozonul se acumulează în troposferă devine o rea lă problemă pentru sănătatea noastră fiind o
cauză a problemelor respiratorii. [26]
Din punct de vedere medical, compușii organici volatili s -au arătat nocivi pentru organele
esențiale ale organismului provocând în cazurile cele mai ușoare iritații la nivelul sistemului
respirator și asupra vederii, migrene, dureri de cap, greață, prejudicii ale ficatului sau ale sistemului
nervos central (SNC).
În cazurile severe, compușii pot cauza cancer și deficiențe ale funcției de reproducere la
animale și om. Efectele b iologice rezultate în urma expunerii îndelungate la acești compuși chimici
se cunosc. Este foarte bine cunoscut faptul că tutunul și fumul de țigară este responsabil pentru
geneza diferitelor tipuri de cancer în organismul uman. Cel mai des întâlnit tip de cancer provocat
de către compușii constituenți ai fumului de țigară este cancerul de plămâni. În cazul femeilor
poate apărea menopauza timpurie.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 48 –

În literatura de specialitate sunt prezente simptome clare ale expunerii îndelungate la COV
și putem aminti d isconfortul nazal sau faringian , reacțiile alergice cutanate, conjunctivitele,
respirația deficitară, epistaxis , oboseală și amețeli. Deși efectele COV ce se găsesc în interiorul
încăperilor nu sunt încă cunoscute, studiile au demonstrat o concentrație de până la 5 ori mai mare
în interiorul caselor decât în exteriorul acestora. [25]
Datorită proprietăților acestora de a se evapora după utilizare, compușii organici volatili
sunt folosiți foarte mult în industrie. Solvenții organici folosiți în industrie sunt de asemenea COV
folosiți fie în amestec fie în starea lor naturală, ca diluant, mediu de dispersie, agent de curățare,
conservant sau ajutor de vâscozitate.
Există numeroși solvenți asimilați compușilor organici volatili însă ca și principali putem
aminti: compușii alifatici precum hexanul, heptanul, pentanul, benzinele minerale, compușii
aromatici precum benzen, toluen, etilbenzen, xilen, alcooli precum butanolul , metanolul, etanolul,
esterii reprezentați de acetatul de etil, acetatul de butil, tetrahidrofu ranul, clorurile precum
percloretilena, tricoletilena, diclormetanul, cetonele , metilcetona , metilizobutilcetona, compușii
sulfurați, compușii azotați dar și plastifianții .
În tabelul următor sunt reprezentate principalele familii de compuși organici volat ili și
domeniul de utilizare al acestora
Tabelul 3.1 – Domenii de utilizare și tipuri de solvenți utilizați în industrii
Domeniul de utilizare (sau aplicații) Familia de solvenți
Automobile, pictură, degresare, mobilier Solvenți clorurați, compuși alifa tici,
aromatici și alcooli
Tipografie Toluen
Imprimare la nivelul suprafețelor Esteri, cetone, alcooli
Chimie, petrochimie și industria
farmaceutică Diclormetan, alcooli, cetone
Producerea vopselelor și cernelurilor Solvenți aromatici, esteri
Industri a de cauciuc (extragere din malaxor,
procese de lipire, vulcanizare) Triclormetan, hidrocarburi alifatice
Industria textilă (curățarea suprafețelor fără
apă) Percloretilena, hidrocarburi alifatice,
aromatice, plastifianți

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 49 –

De asemenea , la nivel European a fost realizat un raport al efectelor nocive pe care
compușii organici volatili îl reprezintă pentru sănătate. Au fost incluse atât efectele posibile
cauzate de tipurile de poluanți cât și valorile limită permise și nivelul regăsit în spații închise
(încăp eri). [23]
Tabelul 3. 2 prezintă efectele asupra sănătății cauzate de către diferiți poluanți
Tipul
poluantului Efecte asupra sănătății Valoare limită admisă Valoare
obținută în
încăperi
CO În stare ușoară provoacă dureri
de cap, în stare avansată poate
provoc a dureri de cap și chiar
moarte 50ppm/30min (60mg/m3) 1-3 ppm
CO 2 Somnolență – 600-900mg/
m3
NO 2 Astm, rinită, edem pulmonar  1h: >2ppm(0,4mg/m3)
 24h: 0,08ppm(>0,4mg/m3) 0,02-0,5ppm
(0,05 -1mg/m3)
NO X Astm, rinită, edem pulmonar  1h: >2ppm(0,4mg/m3)
 24h: 0 ,08ppm(>0,4mg/m3) 0,02-0,5ppm
(0,05 -1mg/m3)
O3 În stare ușoară provoacă simple
iritații ale gâtului. Ulterior
dezvoltă dureri toracice, rinite și
chiar moarte  1h: 0,15 -0,2 mg/m3
 24h: 0,1 -0,12 mg/m3 0,02-0,4mg/m3
Azbest Cancer pulmonar Nu există nivel dec larat 103-104
fibre/m3
Radon Cancer pulmonar Nivel anual mediu
>100Bq/m3 EER 10-3000
Bq/m3
Formaldehidă Dureri de cap, iritații respiratorii,
cancer >0,1mg/m3/30min 0,05-0,1mg/m3
Particule de
praf/bacterii/viruși Reacții alergice, iritații sau
infecți i 0,12 mg/m3 0,04 mg/m3

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 50 –

Scopul lucrării a fost dezvoltarea unei metode de analiză cantitativă și calitativă în vederea
măsurării nivelului de compuși organici volatili și implicit al poluanților aromatici din aer pe baza
metodei cuplajului GC/MS.
Avant ajele acestei metode de analiză sunt date de rapiditatea de lucru, liniaritatea conferită,
precizia și acuratețea pentru compușii studiați. Metoda a dovedit abilitatea de a măsura și identifica
corect la nivel de părți -pe-milion (ppm) a compușilor precum b enzen, toluen, etilbenzen, meta –
xilen, para -xilen, orto -xilen.
Compușii BTEX sunt foarte răspândiți și foarte toxici. Răspândirea lor este datorată
emanării unei cantități ridicate de noxe de către automobile cât și fumul produs de către țigări.
Benzenu l este responsabil pentru contaminarea apelor din pânza freatică el fiind absorbit
în mare măsură de către sol. Este categorizat drept un poluant foarte nociv deoarece la expunerea
prin inhalare sau la contactul cu ochii poate produce afecțiuni ale căii vi zuale și respiratorii, poate
fi cauză a edemului pulmonar și în cel mai rău caz atacă sistemul nervos central sau provoacă
cancer.
Toluenul este foarte volatil și are ca efect formarea smogului chimic. Vaporii de toluen
cauzează deficiențe ale sistemului respirator, afectează ficatul și rinichii fiind responsabil și de
dezvoltarea cancerului.
Xilenii ( orto-xilen , meta -xilen, para -xilen,) sunt eliberați în atmosferă și degradați de
către radiația solară. Sunt clasificate ca fiind cele mai toxice hidrocarb uri aromatice și pot provoca
reacții precum iritarea pielii, dezvoltarea edemului pulmonar , afectarea sistemului nervos.
Cantitatea foarte ridicată de xileni în organism are efect nociv asupra sistemului excretor.
În urma unui studiu realizat s -a constat at că un fumător activ inhalează 2mg de benzen/zi
în timp ce un fumător pasiv inhalează 0,2mg benzen/zi. De asemenea o cantitate importantă de
BTEX este emisă în mediul interior în care ne desfășurăm activitatea zilnic. Compușii emiși în
fumul de țigară, v opselele, cernelurile, lacurile, adezivii au impact asupra sănătății noastre, motiv
pentru care interesul pentru un mediu în zilele noastre trebuie să fie ridicat. [24]

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 51 –

3.2. Parte experimental ă (extracția probei)
Materiale necesare
– Cărbune activ Carbotrap B ( Supelco, Bellefonte, PA, USA)
– Benzen deuterat 99.5% (Alfa Aesar GmBH, Germania)
– Soluție BTEX 2000ng/ml (Supelco, Elveția)

Metoda de extracție
Pentru absorbția BTEX au fost utilizați cilindri din sticlă cu o lungime de 40 mm, cu 300mg
de cărbune activ , cu o dimensiune a particulei de 35 -50 mesh.
Debitul de absorbție a fost de 60 ml/min. Substanțele volatile au fost extrase în diclormetan
timp de 2 minute. După centrifugare a fost adăugat standardul intern – benzen deuterat (99.5%
atomi) și 2µl au fost injectați în cromatograf.
Aparatură
Determinarea BTEX în probele de aer a fost realizată utilizând cuplajul GC/MS. A fost
utilizat un spectrometru de masa cuadrupolar Trace DSQ Thermo Finnigian cuplat cu un
cromatograf de gaze Trace GC și de asemenea p entru absorbție s -a utilizat o pompă de tip Fisher
Brand FB70155 .

Fig. 3.1 – Cuplaj GC/MS utilizat

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 52 –

Fig. 3.2 – Pompă de tip Fisher B rand FB70155 .
BTEX și standardul intern au fost separate pe o coloană capilară RTX -5MS, 30m x
0,25mm, grosimea f ilmului 0,25 μm, folosind un program de temperatura de 7,5 min de la 33oC
(2min), cu viteza de 10oC/min la 70oC, apoi cu 30oC/min până la 200oC.
Au fost utilizate următoarele condiții: temperatura liniei de transfer 250oC. temperatura
injectorului 200oC și temperatura sursei de ioni de 250oC. Energia electronilor a fost de 70eV și
curentul de emisie de 100 μA.
S-a lucrat î n modul de lucru SIM ( monitorizare pe ion selectat) pe mase selectate din
spectrele de masă ale benzen ului, toluen ului, etilbenzen ului și xilen ului: m/z 78 pentru benzen ,
m/z 91 și 92 de toluen, m/z 91 și 106 pentru etilbenzen și xileni și m/z 84 pentru benzen deuterat.

Fig. 3.3 – Spectrele de masă ale compușilor volatili studiați: Benzen (B), Toluen(T), Etilbenzen
(EB) și Xilen (X)
(mainlib) E thylbenz ene10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120050100
15273951 65 7791
106
(mainlib) p-Xylene10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120050100
2739 51657791
106
(mainlib) B enz ene10 20 30 40 50 60 70 80 90050100
15263951
63 7478
(mainlib) T oluene20 30 40 50 60 70 80 90 100050100
273945 516591

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 53 –

Fig.3.4 Deconvoluția Benzenului(B) și Benzenului deuterat (BD=SI)
Metoda a fost validată pentru domeniul 0 -80 μg BTEX și au fost studiați parametrii de
validare: liniaritatea, precizia, acuratețea și limitele de detecție și de determinare can titativă .

C:\Xcalibur\data\BTEX\40ugBzD_BTEX_pompa 3/2/2011 11:40:33 AM
RT:2.86 – 7.80
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5
Time (min)050100050100Relative Abundance050100
oX (m+p)XEBTB+BD
6.59 6.484.90 6.85
3.364.02 4.14 4.39 4.54 5.07 5.20 5.59 5.77 7.62 5.90 6.09 7.52 6.92 7.13
3.18
6.486.59 6.85
3.38 6.33 4.90 7.54 7.38 7.13 3.58 3.88 5.45 6.18 5.27 5.61 4.14 2.92 4.25 4.54 6.01
3.15
4.02 4.14 4.39 4.54 4.80 5.02 5.18 5.37 5.59 5.77 5.97 7.62 6.20 6.37 7.52 6.82 6.57 7.24 7.13NL:
8.09E6
TIC F: MS
40ugBzD_BTE
X_pompa
NL:
1.09E6
m/z= 78-79 F:
MS
40ugBzD_BTE
X_pompa
NL:
7.94E6
m/z= 84-85 F:
MS
40ugBzD_BTE
X_pompa
40ugBzD_BTEX_pompa #1-503 RT:2.90-7.77 AV:503 NL:3.07E5
T:+ c SIM ms [ 77.50-78.50, 83.50-84.50, 90.50-91.50, 91.50-92.50, 105.50-106.50]
78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106
m/z0102030405060708090100Relative Abundance84
91
10678 92
78 84 92 106

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 54 –

3.3. Rezultate
Probe conținând 20, 40, 60 și 80µg de BTEX au fost absorbite, cu o pompă la un
debit de 60ml/min, pe 300mg cărbune activ și ulterior au fost extrase într -un 1ml de diclormetan.
1mg de standard intern (benzen deuterat) a fost adăugat la fiecare probă în parte. Pentru comparație
s-au folosit probe BTEX cu piridina utilizată ca standard intern.
Dreptele de regresie au fost obținute reprezentând raportul dintre aria picurilor standardelor
de BTEX și aria picului de standard intern (benze n deuterat sau piridin ă), în funcție de cantitatea
cunoscut ă de standard BTEX.
Cantitatea de BTEX s -a obținut prin ad ăugarea aceleași cantit ăți de standard intern și la
probele necunoscute și după analiză , calculul s -a făcut cu ajutorul dreptelor de regre sie. Benzenul
a fost calculat în programul Excel prin calcul matricial sau prin calcul izotopic . Au putut fi
analizate astfel cantități de probă de ordinul ppb.

Fig. 3. 5 Cromatograma de separare a BTEX și a standardelor interne, benzen deuterat (DB) și
piridina (Py). Programul de temperatur ă este de 7.5 min: 33oC (2 min), 10oC/min la 700 C apoi
50oC/min la 200oC, în modul SIM

RT:2.91 – 8.00
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5
Time (min)05101520253035404550556065707580859095100Relative Abundance
oX(m+p)X
E
T PyB+DB3.14
6.59
6.476.84
4.89
4.58
4.095.08 5.35 5.58 5.85 6.04 7.86 7.62 7.37 6.99NL:
1.71E7
TIC F: MS
40ugPyBzD
_BTEX

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 55 –

Liniaritatea studiată în intervalul 0 -80 μg pentru BTEX, folosind benzen deuterat ca și
standard inter n, este prezentat în Tab elul 3.3 în comparație cu BTEX în intervalul 1 -100 μg
folosind piridina ca standard intern. Coeficienții de regresie obținuți pentru benzen deuterat ca
standard intern (r > 0 .99) au fost mai buni , în comparație cu cei obținuți cu piridina ca standard
intern (r > 0.90).

Tabel nr. 3.3 – Liniaritatea BTEX în domeniul 0 -80 µg și 0 -100 µg
Domeniul 0 – 80 µg (IS: 1mg benzen deuterat)
COMPUS DREAPTA DE REGRESIE r
B y=0.0017x+0.0032 0.997
T y=0.0032x+0.0188 0.988
E y=0.0029x+0.0067 0.996
X y=0.0065x+0.0139 0.997
Domeniul 0 – 100µg (IS: 1mg piridina)
COMPUS DREAPTA DE REGRESIE r
B y=0.0016x+0.0067 0.998
T y=0.005x+0.8572 0.908
E y=0.0137x+0.7655 0.962
X y=0.0266x+1.6832 0.966

Fig. 3. 6 Dreptele de regresie pentru BTEX, utiliz ând standard intern benz en deuterat
regression curves, IS 1mg
y = 0.0065x + 0.0139
R2 = 0.994y = 0.0017x + 0.0032
R2 = 0.9937
y = 0.0032x + 0.0188
R2 = 0.9756
y = 0.0029x + 0.0067
R2 = 0.9924
00.10.20.30.40.50.6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
BTEX(µg)A/IS
B
T
E
X

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 56 –

Tabel 3. 4 – Precizia și acuratețea metodei de analiză
Compusul Concentrația Compusul/IS Precizia Acuratețea
n Adăugat Măsurat SD RSD(%) RSD(%)
B 4 40 45,18 0,08 0,01 12,5 12,94
T 4 40 41,00 0,15 0,02 13,33 2,50
E 4 40 42,05 0,13 0,02 15,38 6,29
X 4 40 47,09 0,32 0,06 18,75 17,73
B 3 80 80,47 0,14 0,009 6,43 0,59
T 3 80 91,00 0,31 0,01 3,22 13,75
E 3 80 94,24 0,28 0,02 7,14 17,80
X 3 80 74,28 0,50 0,02 4,0 6,52

Tabelul 3.5 prezintă nivelele de BTEX măsurate în aerul din interior, dintr -o cutie de
mobilier nouă, într -o cameră cu mobilă cu vechime 1 an, cameră în care s -a colectat aerul dintr -o
saltea (sărind pe saltea la momentul colectării, salteaua a fost cumpărată vidată și dezambalată în
camera cu mobilier nou). Aerul din inter ior contaminat în primele zile, când mobila a fost adusă
în cameră, a fost reținut în saltea. A doua coloană din Tabelul 3. 5 arată că prin presare, sărind pe
saltea, au fost obținute valori ale BTEX asemănătoare cu cele din cutia de mobilă nouă, prima
coloană a tabelului. In ultima coloană sunt prezentate rezultatele obținute în interiorul unui
dulăpior de baie vechi de un an.

Tabel 3. 5 – Determinarea BTEX în mediul interior

Valorile BTEX în Tabelul 3. 5. au fost comparate în Fig. 3.7 , pentru a vizualiza necesitatea
de umflare a saltelei într -o cameră aerisită, fără contaminanți . Este foarte important să fim atenți
la camerele cu mobilă nouă, în special în cazul în care le destinăm copiilor. Compus Cutie nouă Cameră(saltea) Cameră Dulăpior baie
B 2021.8 1314.4 4.9 1017.5
T 938.5 659.7 36.5 546.5
E 14.5 15.7 6.5 7.3
X 54.0 48.7 12.6 35.3

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 57 –

Folosind piridina ca standard intern, rezultatele pentru BTEX în cazul aplicațiilor de mai
sus, au fost asemănătoare.

Fig.3. 7 Valorile comparate ale BTEX în aerul din interiorul cutii de mobilier nouă, a camerei cu
mobilă de 1 an sărind pe saltea, a camerei cu mobilă de 1 an; în interiorul unui dulăpior de baie

3.4. Concluzii
Metoda GC/MS elaborată pentru deter minarea BTEX din probe de aer di n interior, a fost
simpl ă, sensibilă, selectivă și specific ă.
Liniaritatea și precizia au prezentat rezultate mai bune când s -a folosit ca standard intern
benzenului deuterat, în comparație cu cazul folosirii piridinei ca standard intern. Rezultatele
obținute în aplicațiile prezen tate au fost asemănătoare cu ambele standarde interne. Când s -a folosit
benzenul ca standard intern, s -au obținut drepte de regresie mai bune, valorile ordonatei la origine
fiind mai mici, iar coeficie ntul de regresie mai mare decât 0.99.
Valorile BT EX măsurate in interiorul camerei cu mobilier nou de un an, când s -a sărit pe
saltea, au fost ridicate față de limita maxim ă pentru aerul din exterior recomandat ă de Comunitatea
Europeana, asemănătoare cu valori ale aerului în interiorul mobilierului nou sau dul ăpiorului nou.
Se impune ventilarea camerelor, în special când se cumpără saltele noi vidate, care se
dezambalează în interior. Trebuie evitat ă expunerea copiilor și femeilor gravide la VOCs emanate
de mobilierul nou.

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 58 –

Bibliografie

[1] M. Culea, Spectr ometrie de masă: principii și aplicații, Cluj -Napoca: Risoprint, 2008
[2] V. Mercea, P. Ardelean, D. Ioanoviciu, A. Pamula, D. Ursu, Introducere în spectrometria
de masă, Editura Tehnică, București, 1978
[3] M. Culea, E. Culea, Metode fizice de analiz ă, Cluj -Napoca: Risoprint, 2008
[4] J. H. Gross, Mass spectrometry – A textbook, S pringer -Verlag Berlin Heidelberg, 2004
[5] R. P. W. Scott, Principles and practice of chromatography , Chrom -Ed Book Series, Vol. 2,
2003, http://www.library4science.com/
[6] International Journal of Mass Spectrometry and Ion Porcesses, 54, 333 -336, 1983
[7] http://www.docbrown.info/page04/4_71atomMSintro.htm
[8] M. A. Eliasevici, Spectrometrie atomic ă și moleculară, Ed. Academiei, București, 1996
[9] I. Ciocanu, Cromato grafie de gaze cu coloane capilare, Ed. Academiei, București, 1990
[10] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168117683800214
[11] A.T Balaban., M. Banciu , I. Pogany, Aplicații ale metodelor fizice în chimia organică,
Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1983
[12] R.E. March, J.F.J. Todd, Practica l Aspects of Trapped Ion Mass Spectrometry, Vol IV,
CRC Press, May 2010
[13] R. E. March, R. J. Hughes and J. F. J. Todd, "Quadrupole Storage Mass Spectrometry",
volume 102 of Chemical Analysis, Wiley, 1989
[14] Ciccioli P, Brancaleoni E, Frattoni M, Mar ta S, Brachetti A, Vitullo M, Tirone G, Valentini
R, Relaxed eddy accumulation, a new tehnicque for measuring emission and deposition fluxed of
VOCs by capillary gas cromatography, J Cromatogr. A 2003, Jan. 24, 985 (1 -2): 283 -96
[15] Riter LS, Meuer EC, s olid phase micro -extrction in a miniature ion trap mass spectrometer
[16] Kaplan, L. A, Pesce A. J., Clinical Chemistry Theory, Analysis, and Correlation, The C.V.
Mosby Company, USA, 1984

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 59 –

[17] A new technique for measuring emission and deposition fluxes of volatile organic
compounds by capillary gas chromatography and mass spectrometry, Journal of Chromatography,
985(1 -2), 283 -96, 2003
[18] S. Gocan, Cromatografia de înaltă performanță. Partea I: Cromatografia de gaze , Ed. Dacia,
Cluj-Napoca, 1998
[19] http://old.lf3.cuni.cz/chemie/english/practical_trainings/task_B2.htm
[20] http://olpartner.wiessoft.de/INFO1013_LANG_UK.HTM?
[21] International Programme on Chemical Safety INCHEM – Environmental Health Criteria
Monographs (EHCs), http://www.inchem.o rg
[22] Harte, J., Holdren, C. – Toxics A to Z. A Guide to everyday pollution hazards, Oxford,
1984
[23] Ecosens, Ministerul Apelor si Protecției Mediului, Institutul de Economie a Industriei –
Model de registru al emisiilor și transferului de poluanți p entru România, 2002
[24] US Environmental Protection Agency – An Introduction to Indoor Air Quality,
http://www.epa.gov
[25] Defino RJ, Gong H, Linn WS, Hu Y, Pellizzari ED: Respiratory symptoms and peak
expiratory flow in children with asthma in relation to volatile organic compounds in exhalted
breath and ambiental air. J.Expo Anal Environ Epidemiol 2003, 13 (5): 348 -363.
[26] K. H. Jung, F. Artigas, J.Y. Shin, Environ. Monit. Assess, 2011, 173, 555 –567.
[27] C. Yoon, K. Lee, D. Park, Environ. Sci. Pol lut. Res, 2011, 18, 333 –345.
[28] P. Iovino, R. Polverino, S. Salvestrini, S. Capasso, Environ. Monit. Assess 2009 ; 150, 437 –
444.
[29] Zhang L, Weng HX, Chen HL, Gao CJ, Remove VOCs with membrane separation
techniques, J Environ. Sci, China, 2002, April , 14 (2): 181 -7
[30] Delfino RJ, Gong H, Linn W. S., Hu Y, Pellizzari Ed, Respiratory symptoms and peak
expiratory flow in children with asthma in relation to VOCs in exaled breath and ambient air, J
Exp, Anal Environ Epidemiology 2003, Sept, 13(5): 348 -63

Andreea -Cosmina CIOBANU Studiul uno r COV prin metoda GC/MS
– 60 –

[31] Young M. K, Harrad S., Harrison R., Concentration and Sources of VOCs in Urban
Domestic and Public Microenvironments, Indoor Built Environment, 2001, 10: 147 -153
[32] C.P. Weisel, S. Park, H. Pyo, K. Mohan, G. Witz, J. Expo. Anal. Environ. Epidem iol.,
2003, 13(5), 393 -402.
[33] I. Aguilera, M. Guxens, R. Garcia -Esteban, T. Corbella, M.J. Nieuwenhuijsen, C.M.
Foradada, J.Sunyer, Environ. Health Perspect, 2009, 117, 1322 –1327.
[34] J.T.M. Buters, W. Schober, J. Gutermuth, T. Jakob, A. Aguilar -Pimentel, J. Huss -Marp, C.
Traidl -Hoffmann, S. Mair, F. Mayer, K. Breuer, H. Behrendt, Environ. Sci. Techno., 2007 , 41,
2622 –2629.
[35] P.J. Lupo, E. Symanski, D. Kim Waller, W. Chan, P.H. Langlois, M.A. Canfield, L.E.
Mitchell , Environ. Health Perspect, 2011, 119, 397 –402.
[36] J. Castellsague, J. Sunyer, M. Saez, J.M. Anto, Thorax, 1995, 50, 1051 -1056.
[37] P.I. Serrano -Trespalacios, L. Ryan, J.D. Spengler, J. Expo. Anal. Environ. Epidemiol.,
2004,1, 118 -3