martedì 22 aprile 2014

GC-MS for beginners.



(ENGLISH-ITALIAN)

"Gas-Chromatography & Mass-Spectrometry" for beginners.

Let's start with the basics. What is gas-chromatography (abbreviated as "GC"), how does it work, and -this is important- what is GC used for?
In very simple words, the GC is a chemical-analysis technology which allows to separate and identify all the substances present in a complex mixture (i.e., the perfume).
The principle of the GC consists in the fact that substances dissolved in a mixture are different from each other (due to chemical structure, weight, and physical-chemical properties) and, when put in motion along an heated column, the different substances (or “molecules”) will move with different speeds: from the starting line 'A', to the arrival 'B'. This means that the fastest substance X will arrive at the arrival in 5 minutes, while the substance Y will take 9 minutes, and finally the slowest substance Z will need 15 minutes.

Try to imagine an athletic track with a lot of very different athletes during a race: the amateur, the champion, the obese guy, the well-trained, the young, the old one… and we will have a good idea of what's going on. Starting at the same point, top athletes will be the first to reach the finish line ; others will need more time.



The substances to be separated are placed at the starting point  by injection with a syringe, and "pushed" through the “track” (i.e. the heated column) via a continuous flow of inert gas (hence the name “gas chromatography”). At arrival point, there is a detector recording elapsed time, and checking all substances arriving, from the fastest to the slowest ones.




At this point, it's all over? Unfortunately not, because, we just separated individual substances, but we have not identified any.
Therefore , immediately after the arrival ('ending') point B , the substances go to another machine : the "mass spectrometer" (“MS”). In a nutshell, all substances are virtually "cracked in small pieces" now  (misnomer, but you get the idea)   Based on the subsequent recognition of these particular 'fragments', the substances are then identified by the real chemical name.
And so, putting in order all the results obtained, we can say that the scent we are analyzing contains -for example- 55 or 70 different substances, and we may also be able to say which ones.



At this point pay attention! In the way we described it, the "Gas Chromatography" (GC) , coupled with "Mass Spectrometry" (MS) might appear something to get excited about, probably it's the ultimate answer to all questions, it's the final answer about the “real” perfume formula. 
Actually, things are not so immediate, and we should hold off the enthusiasm: GC-MS is a very complex tool and results obtained should always be interpreted: it is not always so easy. Just to give an example, the famous "Oak Moss" (in French: mousse de chene) is not a single substance but is composed of -at least- 70 different “molecules”, which all together give precisely "the oakmoss" smell. Figuring out which of these 70 substances are present (all? Or only a few?), in what amounts (abundance? scarcity?), well, it’s not simply. Not to say about the fact that many of the molecules are present in more than a single ingredient. For example, when we find a perfume containing "linalool", this may indicate the presence of a variety of fruits or flowers, not only one .... or maybe it could be synthetically produced, and added to the perfume to give it a "flowery" note. You need a well trained nose to understand these things, crossing GCMS and olfactory data.


Mass Spectrometry (picture by ZenobiWeb)

As you can see, the GCMS analytical method is very complex, and it’s useful to give a general overview of the perfume, rather than provide the exact formula of its composition. Anyway, GC-MS is the most important instrument used in modern perfumery.
In next days we'll see a few examples of real perfumes GCMS, with analysis and discussion. It will be a very interesting reading!


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Gas-Cromatografia per principianti.

Cominciamo proprio dalle basi. Che cosa è la gascromatografia (abbreviata in “GC”), come funziona, e soprattutto, perché si usa?
In parole molto semplici, la GC è una tecnologia chimica di analisi che permette di separare e individuare tutte le sostanze presenti in una miscela complessa.
Il principio di funzionamento della GC consiste nel fatto che le sostanze presenti in un miscuglio sono differenti l’una dall’altra (per struttura chimica, peso, o per proprietà chimico-fisiche) e messe in movimento lungo un apposito tubo riscaldato, esse si muoveranno con differenti velocità: dal punto di partenza A, fino al punto di arrivo B. Questo significa che la sostanza X, più veloce, arriverà al punto di arrivo in 5 minuti, mentre la Y impiegherà 9 minuti, e infine la sostanza Z, più lenta a muoversi, ne impiegherà 15. Per rendere questo processo visivo, proviamo ad immaginare una pista di atletica leggera con tanti atleti in pista, molto diversi tra loro, dal campione al dilettante, dall'atleta in forma a quello sovrappeso, e avremo una buona idea di quello che succede. Gli atleti migliori arriveranno al traguardo per primi; quelli meno allenati, per ultimi. Partono tutti insieme nello stesso momento (una massa di persone indistinta), ma arrivano al traguardo, singolarmente, in tempi differenti.
Le sostanze da separare (in genere si utilizzano quantità piccolissime di 'miscela' di partenza, nel nostro caso il profumo che ci interessa analizzare) vengono poste al punto di partenza A mediante una iniezione con una siringa e “spinte” attraverso il percorso grazie a un getto continuo di gas inerte (da qui il nome gas-cromatografia). Al punto B, cioè alla fine del percorso (“traguardo”), vi è un rilevatore che “cronometra” il tempo di arrivo, e registra il passaggio di ogni sostanza.
A questo punto, è tutto finito? Purtroppo no, perché, così facendo, abbiamo solo separato le singole sostanze, ma non le abbiamo identificate. Pertanto, subito dopo il punto di arrivo B, le sostanze passano ad un altro macchinario: lo “Spettrometro di massa”. Qui, In poche parole, le singole sostanze chimiche separate (più propriamente, le "molecole"), attraversando questa nuova macchina vengono praticamente “smontate in pezzi” (termine improprio, ma che rende l’idea): in base al riconoscimento successivo di questi particolari “pezzettini”, le sostanze vengono quindi identificate con il nome chimico.
E così, mettendo in ordine tutti i risultati ottenuti, possiamo dire che, in un certo profumo analizzato erano presenti, ad esempio, 55 sostanze disciolte differenti, e possiamo anche essere capaci di dire quali, una per una.
A questo punto attenzione…..
Descritta così, la “gas-cromatografia” (GC), accoppiata con la “spettrometria di massa” (MS) potrebbe sembrare un qualcosa di entusiasmante, la risposta definitiva a tutte le domande, la soluzione a tutti gli interrogativi sulla composizione “reale” dei profumi. Sapendo quali sono le sostanze che compongono realmente un profumo, e in che quantità sono presenti, in teoria sappiamo tutto!
In realtà, le cose non stanno proprio così, e bisognerebbe tenere a bada l’entusiasmo: la GC-MS è uno strumento molto complesso da usare, e -cosa più complessa di tutte- i risultati ottenuti vanno sempre interpretati: la cosa di per se non è sempre molto semplice. Solo per fare un esempio, il celebre “muschio di quercia” (oakmoss/mousse de chene) non è una sostanza ("molecola") unica, bensì è composto da almeno 70 differenti sostanze (“molecole”) che tutte insieme danno appunto “il muschio di quercia”, e il suo profumo caratteristico. Capire quali di queste 70 sostanze siano presenti (tutte? solo qualcuna?), e in che quantità (abbondante? scarsa?), non è propriamente semplice. Per non dir del fatto che molte delle singole sostanze o molecole sono presenti in più ingredienti differenti. Ad esempio, quando troviamo in un profumo il “linalolo”, questo potrebbe essere indice di presenza di una certa varietà di frutti o fiori (ma quale di preciso? potrebbero essere diversi...) oppure potrebbe essere linalolo prodotto sinteticamente in laboratorio, e addizionato al profumo per dargli un aspetto “fiorito”. Da questa impasse se ne esce accoppiando l'informazione GCMS con quella olfattiva. Un naso davvero ben allenato è in grado di risolvere molte situazioni dubbie. 
Come descritto, la GCMS è una metodica analitica molto complessa, e serve per dare una visione generale del profumo, riconoscere le sostanze di cui è composto, più che a fornire la formula esatta della sua composizione. Oggi, il gas-cromatografo è probabilmente lo strumento più importante utilizzato nel campo della profumeria: le sue informazioni sono preziose, e il suo utilizzo ormai considerato di routine.
Nei prossimi post verranno pubblicati esempi di GC-MS di alcuni profumi, senza voler infrangere alcun copyright, insieme all'analisi e discussione dei risultati ottenuti. Vedremo cose davvero interessanti!



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