Tecniche di misurazione

Questa tecnica consente di separare i singoli componenti di una miscela di sostanze ignote (GC), per poi rilevarli e identificarli (MS). La separazione dei componenti avviene al raggiungimento del loro punto di ebollizione e grazie all’interazione con la fase stazionaria di una colonna gascromatografica. La colonna gascromatografica è un sottile tubo capillare della lunghezza di circa 30 metri. La fase stazionaria si trova all’interno del tubo. La polarità della fase stazionaria tenta il più possibile di uniformarsi alla polarità dei componenti, consentendo di separare i componenti della miscela. La colonna viene posta in un forno gascromatografico. Attraverso la colonna fluisce una quantità costante di gas inerte (elio). La miscela, eventualmente disciolta in un solvente adeguato, viene introdotta all’inizio della colonna. A questo punto, il forno viene gradualmente scaldato finché il solvente non evapora.

Se la temperatura del forno raggiunge il punto di ebollizione di uno dei componenti della miscela, tale componente evapora e la corrente del gas lo trasporta fino al rilevatore, lo spettrometro di massa. Questo strumento ionizza e scompone il componente in frammenti liberi e caratterizzati da pesi e intensità differenti. Nel loro insieme, questi frammenti sono chiamati spettro di massa. Grazie alle impostazioni standardizzate dello spettrometro di massa, gli spettri di massa possono essere riprodotti e i loro componenti identificati.

La gascromatografia-spettrometria di massa è ritenuta la tecnica di misurazione più facilmente applicabile alla misurazione dei composti organici volatili.

Si tratta di un tipo di spettrometria di massa diretta. Questa tecnologia è stata sviluppata negli anni Settanta del Novecento dal professor D. Smith per l’analisi delle reazioni tra ioni e molecole nell’atmosfera. Da allora, grazie a varie migliorie, riguardanti, per esempio, la tecnica di gestione del vuoto e i componenti elettronici, questo tipo di spettrometria si è trasformato in una tecnica di misurazione analitica di alto livello.
Oggi viene infatti utilizzata per le misurazioni sui container nei porti di Australia, Canada e altri paesi.

Il principio di misurazione della SIFT-MS si basa su una leggera ionizzazione chimica delle molecole, ottenuta mediante ioni precursori in condizioni di vuoto create all’interno di un cosiddetto tubo di flusso. Questi ioni precursori (H3O+, NO+ e O2+) generano il sistema stesso, mentre gli ioni prodotto vengono misurati con precisione grazie a uno spettrometro di massa a quadrupolo integrato. Interferenze e ioni prodotto vengono separati usando questo spettrometro di massa a quadrupolo. Un controllo cinetico completo delle reazioni all’interno del tubo di flusso consente la quantificazione dei campioni. La selettività della tecnica SIFT-MS deriva dal fatto che ciascun composto chimico reagisce con i vari ioni precursori in modo univoco. In questa reazione, per ciascuna combinazione di molecola e ione precursore vengono creati ioni prodotto noti in anticipo. Il risultato è un metodo di rilevazione selettivo e universale per tutti i composti organici volatili. La leggera ionizzazione chimica si traduce in spettri semplificati, che a loro volta comportano minori interferenze e risultati più precisi.

L’assorbimento della radiazione infrarossa di un materiale in varie frequenze si traduce in un’”impronta spettrale” univoca. Quest’impronta si basa, da un lato, sulle frequenze in cui tale materiale assorbe l’infrarosso e, dall’altro, sulle intensità di tale assorbimento. La scansione spettrale ottenuta (assorbimento o trasmissione) è in genere specifica per un certo gruppo di materiali. I composti possono, pertanto, essere identificati grazie al risultante spettro infrarosso.

Grazie a questo tipo di sensori, è possibile rilevare vari gas, per esempio ossigeno, monossido di carbonio, anidride carbonica e fosfina. All’interno dei sensori elettrochimici si verifica una reazione chimica che produce un segnale elettrico. Misurando tale segnale elettrico, viene determinata e indicata la concentrazione dei gas. A causa della limitata durata utile di questo tipo di sensori, EWS li gestisce, calibra e sostituisce in proprio.

Questo strumento indica la quantità dei vari composti organici volatili, consentendo all’esperto di misurazione dei gas di iniziare a spiegare i valori registrati.

In questa tecnica, una miscela di gas è condotta lungo una lampada a raggi UV che bombarda il gas con fotoni ad alta energia. I gas con un potenziale sufficientemente basso di ionizzazione (cioè l’energia necessaria per essere ionizzati) vengono ionizzati, portando alla creazione di ioni liberi (cioè che hanno perso momentaneamente un elettrone). Questi ioni sono condotti lungo un elettrodo di rilevazione polarizzabile. Il rilevatore di fotoionizzazione converte questa corrente di ioni in una tensione elettrica proporzionale alla quantità di gas ionizzato presente nel campione. Il segnale viene, quindi, potenziato e rappresentato in modo digitale sullo schermo del dispositivo.

Un tubo di rilevazione o misurazione dei gas è un tubo in vetro pieno di gel di silice impregnato con sostanze chimiche specifiche per ciascun composto. Queste sostanze chimiche aggiunte provocano una reazione cromatica con il gas da rilevare.

I tubi di misurazione non sono molto precisi e possono verificarsi differenze notevoli. Occorre, inoltre, tenere conto di corrosione e temperatura. Tra il valore misurato e quello effettivo sono frequenti delle differenze fino al 30%. È quindi importante che il valore misurato con il tubo risulti significativamente inferiore al limite.

Per trarre conclusioni corrette sulla composizione dei gas all’interno del container, sono necessarie un’adeguata conoscenza dei vari tubi di misurazione, un’apposita formazione, informazioni sul carico all’interno del container e una lunga esperienza sul campo.