STEP #28 - LA SINTESI FINALE

Siamo giunti alla fine di questo viaggio alla scoperta del catarometro [step 01]. Questo strumento si basa sul principio fisico della conducibilità termica, che dice che tale conducibilità termica è inversamente proporzionale al suo peso molecolare [step 05 – step 26 ].

 

Il catarometro è uno strumento appartenente alla scienza della cromatografia [link esterno], in particolar modo alla gascromatografia, proprio per questo il catarometro e il gascromatografo [step 16] hanno molti tratti in comune, ecco perché è stato difficile separare, in alcuni casi, i due strumenti. Il gascromatografo ha un’anatomia [step 08] piuttosto complessa ma formata principalmente da 3 parti: l’iniettore, le colonne e il detector, mentre il catarometro è costituito da più parti [step 03].

 cromatografia su colonna:

Le prime notizie che si hanno sul catarometro risalgono al 1920 quando GA Shakespear creò un apparecchio, commissionato dal Board of Invention and Research dell'Ammiragliato [link esterno],  in grado di rilevare le piccole quantità di idrogeno presente nell’aria, ma il titolo di inventore [step 09] del catarometro viene assegnato a W. Stuve, 1957. Nel 1964 iniziarono gli studi sulla ventilazione polmonare presso la London School di igiene, venne utilizzato un catarometro per calcolare la quantità di elio espirato nei test di capacità vitale dei polmoni [step 24]. Ed è proprio in questi anni che nacquero numerosi brevetti [step 17]. Oggigiorno la sua costruzione deve rispettare la normativa [step 23] ISO 3924:2019 che è quella inerente al metodo della gascromatografia.

Katharometer, progettato da W.Stuve, c. 1957:

Il catarometro è semplice da usare [step 22] e per questo ha un ampio raggio di utilizzo, viene utilizzato in campo medico, analizzando l’esalato [link interno], per ottenere informazioni sullo stato di salute della persona, o nell’industria della birra per quantificare la quantità di anidride carbonica nei vari campioni [step 04].

 Analisi dell'esalato:

Sono numerosissimi i fumetti [step 21] e i libri [step 10] che parlano o citano questo strumento o il suo principio fisico. Riferimenti alla gascromatografia e ai gas fecero gli alchimisti [link esterno], ad esempio loro legavano il ciclo dell’azoto al ciclo della vita, a questo colleghiamo il mito dell’Uruboro [step 07], il serpente che si mangia la coda, a simboleggiare il fatto che tutto l’universo è un processo ciclico.

 

Le case costruttrici [step 11] del catarometro sono diverse in particolare nel nostro viaggio abbiamo evidenziato la Be Atex, il suo modello ‘Serie GT Cercafughe’ l’abbiamo preso come riferimento per suoi numeri [step 15], e la Eaton, il cui marchio [step 20] è ben riconoscibile su tutti i suoi catarometri.

 Numerosi riferimenti al catarometro e, più in generale, alla cromatografia li troviamo anche nel mondo della filatelia [link esterno], tanti sono i francobolli [step 18] che rimandano alla cromatografia o ai gas, oppure nel mondo del cinema [step 12] un bellissimo esempio è il film Mato Grosso in cui un gas cromatografo viene utilizzato per analizzare i vari componenti di un campione.

 

link francobollo 

La cromatografia è utilizzata anche per fatti di cronaca, gascromatografi e catarometri vengono utilizzati ogni giorno dalle forze dell’ordine per rintracciare pacchi contenenti sostanze stupefacenti semplicemente analizzando i gas che provengono da esse. La Polizia Stradale negli ultimi tempi sta testando il cosiddetto ‘Drogometro’ capace di percepire se, chi è alla guida, ha fatto uso di sostanze stupefacenti [link interno].

Infine per riassumere le varie sfaccettature di questo strumento che abbiamo scoperto lentamente in questi mesi ecco a voi una mappa concettuale [link mappa concettuale].

Ve lo sareste mai immaginato che uno strumento prettamente scientifico avesse tutti questi collegamenti con il mondo ‘non scientifico’?

LA MAPPA CONCETTUALE

Il catarometro analizza le miscele di gas, e identifica le quantità delle singole sostanze in esse disciolte, esso si basa sul principio di conducibilità termica. Il gas quindi è il centro intorno al quale si espande la mia mappa concettuale. Il catarometro viene utilizzato in medicina per analizzare la quantità di elio inspirato nei test di capacità polmonare, o anche nelle industrie petrolifere le quali sono la principale causa di inquinamento per emissione di gas. Tutto questo non può far a meno di collegarsi alla vita.

 

Analisi dell'esalato

 La gascromatografia è una scienza che si sposa perfettamente con una vasta gamma di settori come la medicina. L'analisi dell'esalato permette di ottenere informazioni inerenti allo stato di salute della persona. L'aria espirata viene prodotta naturalmente dal corpo umano attraverso l'atto del respiro e per questo motivo può essere raccolta in modo completamente non invasivo e in maniera illimitata. 

Attraverso l'analisi dei composti organici volatili presenti nell'esalato è possibile identificare dei biomarcatori specifici per alcune patologie (tumore del polmone, asma, broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e altre). 

Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Analisi_dell%27esalato

STEP #26 - LA CHIMICA E GLI STRUMENTI SCIENTIFICI

 Il catarometro basa il suo principio di funzionamento sul fenomeno della conducibilità termica. Essa rappresenta l'attitudine di un materiale a trasmettere il calore attraverso la modalità di propagazione del calore per conduzione.

Il simbolo con cui si denota la conducibilità termica è λ e la sua unità di misura nel SI è il W/(m*K). 

La conducibilità termica è specifica di ogni materiale più essa assume un valore elevato migliore sarà la possibilità di trasmettere calore attraverso quel corpo (buoni conduttori del calore come i metalli), se invece si avvicina a zero vuol dire che la capacità di trasmettere calore si riduce quasi del tutto (isolanti)

STEP #25 - COSE PERSONALI

Passato: da piccola praticavo il karate, questa è una delle coppe vinte prima di dovermi ritirare per un infortunio.

Presente: ciò che occupa l'80% delle mie giornate, lo studio. 

Futuro: all'inizio del mio percorso di studi ho iniziato a collezionare tutte le penne finite e concluderò con la fine di esso.

 

'Drogometro', la gascromatografia nella cronaca

Questi strumenti legati alla gascromatografia come il catarometro o il gascromatografo solo utilizzati molto spesso per individuare la composizione esatta di sostanze illecite. 

Negli ultimi anni la percentuale di principio attivo presente nelle sostanze stupefacenti è cambiata: i derivati della cannabis, marijuana e hashish, sono diventati molto più potenti; il doppio di quello che erano solo cinque anni fa. Invece cocaina ed eroina in circolazione sono sempre meno pure.

Oggi si può verificare le componenti di una dose grazie alla strumentalizzazione per gas cromatografia che, da quando, è stata introdotta sul mercato, ha portato numerosi miglioramenti. 

Il "drogometro", in realtà la denominazione corretta è "gascromatografia spettrometria di massa", è il nuovo strumento di cui si è dotata la Polizia Stradale per l’accertamento immediato della guida sotto l’effetto di sostanze stupefacenti. E' uno strumento di contrasto nella lotta agli incidenti causati dalla guida sotto l’effetto di droghe, il cui accertamento, in precedenza, avveniva solo sottoponendo il conducente a esami ospedalieri o di laboratorio. 

L’obiettivo è che questo nuovo metodo di accertamento possa diventare un altro strumento di prevenzione (così come sta succedendo con la guida in stato d’ebbrezza) per incentivare comportamenti di guida responsabili, soprattutto tra i giovani. 

Fonti: 

 https://ilgiornale.artestv.it/2020/03/07/quello-chje-gli-altri-non-dicono-cosa-sara-mai-il-gascromatografo-oggi-ve-lo-spieghiamo-noi/ 

https://www.today.it/cronaca/drogometro-patente-sostanze-rilevate.html

STEP#24 - LE PAROLE NELLA STORIA

 

Inglese

Francese

https://books.google.com/ngrams/graph?content=catharometer&year_start=1800&year_end=2019&corpus=26&smoothing=3&direct_url=t1%3B%2Ccatharometer%3B%2Cc0

Osserviamo nel grafico diversi picchi di ricerca legati al Catarometro.

- Il primo picco si registra nel 1920. 

Il primo Giugno 1920 venne pubblicato un articolo della Royal Society chiamato 'The theory of the Katharometer' :

"Nota storica di GA Shakespear, MA, D. Sc. - Nel settembre 1915, su richiesta di un membro del Board of Invention and Research dell'Ammiragliato, mi sono impegnato a ideare uno strumento in grado di fornire un'indicazione automatica della presenza di idrogeno in piccole quantità nell'aria. [...] Il filo era usato come due bracci di un ponte Wheatstone [...]. Quando una corrente di elettricità sufficientemente grande veniva fatta passare attraverso il ponte, il braccio esposto aumentava rapidamente di temperatura. La temperatura, tuttavia, poteva salire pericolosamente alta se l'idrogeno fosse presente in quantità adeguata e, poiché la sicurezza dall'esplosione era indispensabile, questo metodo fu abbandonato. La stessa apparecchiatura è stata quindi applicata con una corrente molto inferiore, e con i fili di conseguenza a una temperatura molto più bassa, sfruttare l'aumento della conducibilità termica del gas dovuto alla mescolanza di idrogeno. Questa disposizione è risultata essere inaspettatamente sensibile e il metodo è stato adottato per lo scopo desiderato. Allo strumento gli è stato dato il nome di 'katharometer'. [...]".

- Il secondo picco lo si registra nel 1940.

Nel marzo 1940 viene pubblicato un articolo della Royal Society chiamato 'On the thermal conductivity of gases by a relative method with an application to deurerium' ovvero 'Sulla conducibilità termica dei gas con un metodo relativo con un'applicazione al deuterio':

"Il presente documento è un resoconto di un semplice metodo relativo per ottenere la conducibilità termica di un gas o di una miscela gassosa entro l'1% per la gamma completa di conducibilità termica di un gas. Questo è seguito da un'applicazione del metodo al gas deuterio. Il principio dell'apparato da descrivere è simile a quello su cui si basano i cosiddetti 'conduttimetri' (es. Il katharometer di GA Shakespeare, 1916-17), ma solo in quanto entrambi dipendono per la loro azione da un trasferimento di calore da un filo riscaldato attraverso un gas circostante. [...]."

- Il terzo picco si registra nel 1964.

 Proprio in quegli anni iniziarono gli studi sulla ventilazione polmonare. In particolar modo il Katharometer multi-range zero wet air (Godarti Katapherometer), di Cmbridge Instrument Co.Ltd, 1964, venne utilizzato per analizzare la quantità di elio espirato nei test di capacità vitale dei polmoni presso la London School di igiene, 1964-1978.

link fonti :

- https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1920.0033

- https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1940.0042

- https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co148187/multi-range-zero-wet-air-katharometer-gas-analyzers

STEP#23 - LA NORMATIVA

La normativa che parla del catarometro è : ISO 3924:2019 che sostituisce quella del 2016.

Questo documento specifica un metodo per determinare la distribuzione nell'intervallo di distillazione dei prodotti petroliferi. Il metodo è applicabile ai prodotto petroliferi e alle frazioni di petrolio il cui punto finale di distillazione è inferiore o uguale a 538°C alla pressione atmosferica quando misurato applicando questo documento. Questo non si applica al caso di essenze o composti a base di essenze. Lo scopo del metodo è limitato ai prodotti con un intervallo di distillazione maggiore di 55°C e la cui tensione di vapore è sufficientemente bassa da consentire il campionamento a temperatura ambiente.

Questo documento presenta due modalità operative:

a) La procedura A offre una selezione estesa di colonne, come colonne capillari o riempite, e condizioni id analisi sia con un catarometro che con un rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID). I tempo di analisi si estendono su un intervallo da 14 a 60 min.

b) La procedura B offre solo tre colonne capillari e non richiede la diluizione del campione. Il tempo di analisi si riduce a circa 8 min.

Queste due procedure sono state applicate con un successo a campioni contenenti esteri metilici di acidi grassi fino a livelli del 20% (per frazione in volume).

Fonte [http://store.uni.com/catalogo/en-iso-3924-2019?josso_back_to=http://store.uni.com/josso-security-check.php&josso_cmd=login_optional&josso_partnerapp_host=store.uni.com]

STEP#22 - UN MANUALE D'USO

1 - Accendere il Catarometro;

2 - Configurare lo strumento, questo passaggio è fondamentale, bisogna farlo prima del primo utilizzo e tutte le volte si modifichi o si aggiunga materiale;

3 - Bisogna configurare l'intervallo di tempo sul grafico in uscita affinché il grafico in uscita sia il più leggibile in assoluto;

4 - Si configura anche l'asse verticale;

5 - Iniettare il campione;

6 - Osservare l'andamento sul display, appariranno una serie di picchi che indicano gli elementi che costituiscono il campione;

7 - Spegnimento.

STEP#21 - NEI FUMETTI

Il catarometro è uno strumento legato alla cromatografia, e così come il catarometro anceh il gascromatografo ha lo scopo di rilevare la composizione delle miscele di gas. Di seguito due esempi di fumetto in cui viene usato il concetto di rilevazione di composizione di miscele di gas per risolvere problemi legati all'ambiente.

Il gascomatografo a cui fanno riferimento è il modello FROG 4000 della Lab World:

https://www.labworld.it/prodotti/defiant-technologies/gascromatografo-frog-4000/

                                     

STEP#20 - IL MARCHIO

Eaton è una casa produttrice del catarometro, in particolare quelli della serie K-1550 che sono ideali per misurare la percentuale di un gas in una miscela binaria o pseudo-binaria. Ad esempio, l'aria è composta da molti gas, ma in proporzioni note l'idrogeno nell'aria è una miscela pseudo-binaria.

Per approfondire [https://www.proteis.eu/produit/catharometre-k1550-analyse-gaz-atex/]

STEP #19 - L'ABBECEDARIO

CATAROMETRO :

- A: come adsorbimento, meccanismo basilare di separazione che si sfrutta in gascromatografia;

- B: come botanica, il primo ambito in cui venne usata la tecnica cromatografica;

- C: come Cromatografia, la scienza a cui appartiene questo strumento;

- D: come detector, utilizzato per rilevare l'uscita delle sostanze dalla colonna cromatografica;

- E: come efficienza, essa aumenta all'aumentare del numero di piatti che compone la colonna;

- F: come fase, in gascromatografia si utilizza la fase gassosa;

- G: come gas, il Catarometro infatti individua la diversa composizione dei gas nella miscela;

- H: come H, simbolo dell'idrogeno;

- I: come Iniettore, parte del gascromatografo deputata all'introduzione del campione nella colonna capillare; 

- L: come liquida, la gascromatografia in fase liquida;

- M:  come Michail Semënovič Cvet, egli è l'inventore della tecnica cromatografica;

- N: come Naturalis Historia, l'Enciclopedia di Plinio il Vecchio in cui per la prima volta si parlò di separazione di due pigmenti colorati su fogli di papiro, risale al 500 a.C.;

- O: come ossigeno, esso è capace di misurare la concentrazione di ossigeno nell'aria respirata;

- P: come piretroidi sintetici, trovati nel pane bianco e altri alimenti grazie alla gascromatografia ('Cambia la tua alimentazione', Henri Joyeux)

- Q: come quota, nel cromatogramma le quote identificano la quantità di quella sostanza nella miscela analizzata;

- R: come ripartizione, se la fase stazionaria è liquida si verifica una vera e propria solubilizzazione delle sostanze nella fase stazionaria che si ripartiscono tra le due fasi immiscibili.

- S: come separazione, infatti questo strumento consente di identificare le diverse componenti di una miscela in fase gassosa e la loro concentrazione;

- T: come Termo Fisher Scientific, casa produttrice di GC;

- U: come usi, la gascromatografia è una tecnica utilizzata in diversi ambiti dalla medicina alle fabbriche;

- V: come vino, nel libro 'Il respiro del vino' di Luigi Moio si dice che per capire il contributo di ciascuna molecola odorosa all'odore complessivo del vino viene utilizzata la tecnica della gascromatografia;

- Z: come zuccheri, la cromatografia ha permesso di capire da cosa fosse composto lo zucchero.

STEP #18 - IL FRANCOBOLLO

 Il Catarometro ha come scopo quello di analizzare le diverse composizioni di miscele di gas. 

Amedeo Avogadro è conosciuto soprattutto per i suoi contributi alla teoria molecolare, a egli si deve la 'Legge di Avogadro' che dice:

'Volumi eguali di gas nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione contengono lo stesso numero di molecole'

Il primo che parlò di cromatografia fu Plinio il Vecchio nella sua Naturalis Historia, di seguito un francobollo del 2008 da St. Thomas & Prince facente parte di un foglietto. 

Francobollo. Gran Bretagna. Regina Elisabetta II. 1997. Centenario del Royal Institute of Chemistry. Amido-cromatografia:

https://images.app.goo.gl/6Nj5pYB3ms6Srifc7

STEP #17 - I BREVETTI

                                   

Questa invenzione è stata fatta per analizzare la diversa composizione delle miscele, in particolare dell'ossigeno disciolto in acqua.

link fonti:

https://patentimages.storage.googleapis.com/d0/c4/bc/469e8db17d7efb/US1922666.pdf

https://patents.google.com/patent/US3120749A/en

STEP #16 - ANATOMIA

Per analizzare l'anatomia del Gas Cromatografo prendiamo in esame i GC della 'Termo Fisher Scientific', in particolare il 'gascromatografo Thermo Scientific TRACE 1300' e il 'gascromatografo Thermo Scientific TRACE 1310'.

Questi due GC sono accompagnati anche da un filmato animato.VIDEO

Vediamo più nel dettaglio i suoi componenti.

- Iniettori GC:

https://www.thermofisher.com/it/en/home/industrial/chromatography/gas-chromatography-gc/gc-injectors.html

                                                                    

- Rivelatori GC:

- Autocampionatore GC:

Il modello scelto è Autocampionatore per spazio di testa TriPlus 500 GC esso Automatizza e accelera le tue analisi dei volatili organici. L'autocampionatore per spazio di testa TriPlus 500 GC aiuta ad aumentare il turnaround del campione e ridurre il costo complessivo per analisi. Basato sulla tecnologia Valve-and-Loop, questo autocampionatore garantisce anche la massima qualità dei dati e la piena conformità agli statuti normativi.

Per vedere meglio il suo funzionamento si consiglia la visione del seguente filmato:

                                 VIDEO

Per le specifiche [https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Specification-Sheets/ps-10687-triplus-500-gc-headspace-as-ps10687-en.pdf]

Si consiglia anche la visione della sua Brochure [https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/brochures/br-10690-triplus-500-gc-headspace-autosampler-br10690-en.pdf]

-Colonne GC:

Le colonne Trace GOLD GC offrono un balzo in avanti nelle prestazioni della colonna offrendo un bassissimo spurgo, alti livelli di riproducibilità e un'inerzia superiore, assicurando piena fiducia nelle tue analisi. 

                                    VIDEO

Link Fonte [https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/26098-0200#/26098-0200]

STEP #15 - I NUMERI

Numeri legati al Catarometro:

  - 2 sono i tubi utilizzati per iniettare il gas da analizzare e il gas di riferimento;

Numeri legati al Catarometro 'SERIE GT cercafughe' della casa produttrice BE ATEX:

  - 290 x 95 x 43 mm le dimensioni;

  - 780 g è il peso;

  - 2 sono gli anni di garanzia;

  - 85 dB è l'intensità dell'allarme uditivo;

  - 8 ore è la sua autonomia;

  - 30, il tempo di risposta di questo strumento è inferiore a 30 secondi;

STEP #14 - LA TASSONOMIA

Per capire meglio la differenza tra cromatografia a fase liquida e a fase gassosa si consiglia la visione di questi due filmati:

CROMATOGRAFIA A FASE LIQUIDA [https://www.youtube.com/watch?v=kz_egMtdnL4&feature=emb_logo]

CROMATOGRAFIA A FASE GASSOSA (GASCROMATOGRAFIA) [https://www.youtube.com/watch?v=08YWhLTjlfo&feature=emb_logo]

STEP #13 - LA PUBBLICITA'

Di seguito un annuncio pubblicitario per un gascromatografo, il 'FROG 5000' :

'L’innovativo sistema della Defiant Technologies offre una soluzione ideale per l’analisi di composti organici volatili direttamente in campo grazie alle nanotecnologie che lo rendono il più piccolo Gas Cromatografo al mondo.

Il Frog 5000 è un Gas Cromatografo Portatile dotato di colonna cromatografica in grado di separare in pochi minuti Benzene, BTEX, TCE, PCE e molti altri composti volatili (VOC).

Lo strumento pesa poco più di 2kg, è dotato di Detector PID e può essere utilizzato su campioni liquidi, solidi e gassosi.

Ideale sia per analisi dirette in campo sia per controlli da laboratorio in quanto non necessita di alcun gas e lavora con aria ambientale'

Fonte https://www.fkv.it/prodotti/analisi-chimiche/analisi-gas-cromatografica/frog-5000-gas-cromatografo-portatile?gclid=Cj0KCQjwufn8BRCwARIsAKzP6960I9DDFHd3Jivg5EdiYuUjBIhUJ0Oia4sZ3U0Nc3pMZtEM1oZmQvwaAm5pEALw_wcB

STEP #12 - NEL CINEMA

Mato Grosso (Medicine Man) è un film del 1992 diretto da John McTiernan. Girato in Messico, in una zona molto simile alla foresta amazzonica. 

Una società farmaceutica invia la ricercatrice statunitense Rae Crane nella foresta pluviale amazzonica per individuare il medico Robert Campbell, ritiratosi a vivere nella più profonda foresta. Una volta trovato, il medico è disposto ad ospitarla ma il loro rapporto.

Robert fa sapere a Rae di aver trovato un miracoloso farmaco per la cura del cancro ma i suoi tentativi di sintetizzare il composto hanno fallito; perciò isola un derivato di una specie di Bromeliaceae con l'intento di trovare la sua fonte. Rae lo aiuta nelle ricerca per trovare le informazioni necessarie per il farmaco per poterlo così vendere capendo inoltre che questi fiori non hanno poteri curativi.

Nel villaggio, Campbell decide di provare il siero con un ragazzo ma Rae, che voleva prima capirne tutti gli effetti, lo convince a non farlo. Le condizioni peggiorano e così lei cede e la mattina seguente il ragazzo migliora. Il villaggio però è in tumulto poiché la strada di accesso è quasi completata e così Campbell cerca di convincere i lavoratori della società di fermare la costruzione ma questi rifiutano. In preda alla disperazione e dopo nuovi campioni non riescono a contenere il composto mancante, Rae gestisce il cromatografo ancora una volta e per caso scopre che la fonte della cura non è il fiore, ma una specie di rara formica indigena alla foresta pluviale. Nella lotta per fermare gli operai, un bulldozer sfugge al controllo provocando un incendio che distrugge il villaggio.

Il giorno successivo, Crane invia a Campbell nuove attrezzature e l'assistente di ricerca che aveva originariamente richiesto. Lo trova e consegna il suo mantello a Campbell e Rae accetta di continuare a lavorare con lui in cambio del riconoscimento per aver scoperto la fonte del composto.

Trailer :[https://www.youtube.com/watch?v=1kbjNmOxwIU]

Nella scena di nostro interesse osserviamo Rae alle prese con un gascromatografo il quale le fornisce i componenti del campione. Di seguito alcune scene in cui vediamo il gascromatografo al lavoro: VIDEO [https://www.youtube.com/watch?v=dp_BanU3Pss]

STEP #11 - I COSTRUTTORI

Uno dei maggiori produttori di Catarometri è la BE ATEX  la quale è stata fondata nell'agosto del 2008. BE ATEX si presenta come lo specialista in soluzioni ai rischi del gas. La sede dell'azienda è situata vicino a Tolosa ma il loro raggio di intervento si estenda in tutta la Francia ma anche a livello internazionale, più in particolare nel DROM-COM (ex DOM-TOM) e nell'Africa fracofona.

Producono diversi catarometri multifunzione, quello che vi presento è il catarometro cercafughe:

       

STEP #10 - I LIBRI

 Bibliografia di riferimento :

- Giancarlo Amandola, Virginio Terreni, Analisi chimica strumentale e tecnica, VI ed, ZANICHELLI, 1997

- Daniel C. Harris, XXIV: Gas Chromatography,, in Quantitative chemical analysis (Chapter), V ed, W. H. Freeman and Company, 1999, pp. 675–712

- K.A. Rubinson, J.F. Rubinson, Chimica analitica strumentale, 1ª ed., Bologna, Zanichelli, luglio 2002

- (EN) Warren McCabe, Julian Smith, Peter Harriott, Unit Operations In Chemical Engineering, 6ª ed., Tata Mcgraw Hill Publishers, 2005, pp. 845-852 

- E. Mentasti, G. Saini, Analisi Chimica Cromatografica, Padova, Piccin Nuova Libraria, 1990.

- R. Cozzi, P. Protti, T. Ruaro, Analisi Chimica Moderni Metodi Strumentali, Teoria - Strumentazione 1992, Zanichelli.

STEP #09 - GLI INVENTORI

Katharometer, progettato da W.Stuve, c. 1957

I catarometri sono stati utilizzati come rilevatori nella gascromatografia dal 1955 circa. 

Questo esempio è stato ideato da W. Stuve dell'Hauptlaboratorium der Margarine-Union, Amburgo. Utilizza un filamento di lampadina al tungsteno invece del solito filo di platino.

Il primo strumento disponibile in commercio in Gran Bretagna, il gascromatografo Griffin e George D6 utilizzava un catarometro come rilevatore.

Gli anni che vanno dalla fine della seconda guerra mondiale ai giorni nostri sono senza dubbio ricordati come gli anni d'oro della strumentazione analitica.  I primi gascromatografi commerciali vennero introdotti nel 1955 da alcune ditte di strumentazione.  Fu subito un grande successo. Uno dei più noti commentatori della già diffusa “Analytical Chemistry”, Ralph Mueller, definiva il Modello 154 Vapor Fractometer della Perkin Elmer come “a splendid example of automatic analysis”.

https://digital.sciencehistory.org/works/q524jp630

http://www.soc.chim.it/sites/default/files/chimind/pdf/2005_7_18_ca.pdf

https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co13788/katharometer-designed-by-w-stuve-c-1957

STEP #08 - I MATERIALI

- L'iniettore, insieme alla colonna e al rilevatore completa la struttura del gascromatografo. Composto essenzialmente da una scatola chiusa e termicamente stabilizzata, al suo interno trova alloggio un inserto in vetro (che non è presente nelle colonne impaccate in quanto sostituito dalla colonna stessa) e un blocco riscaldante. 

- Le colonne si dividono in due classi distinte: impaccate e capillari. 

Le colonne impaccate sono simili a quelle della tradizionale cromatografia su colonna; sono tubi di teflon, acciaio o vetro borosilicato disattivato di diametro dell'ordine del centimetro e con una lunghezza che può variare dal metro fino ai 10 metri, piegati a spirale o a U e riempiti con la fase stazionaria costituita da un solido di supporto ed un liquido non volatile.

Le colonne capillari sono sottilissimi tubi di silice fusa (fused silica open tubular columns, FSOT) di diametro generalmente non superiore agli 0,53 millimetri e di lunghezza non inferiore ai 10 metri (fino a 150–200 m) avvolte a spirale su un supporto metallico.

- I rivelatori (o detector) possono essere di diversi tipi, in funzione del principio fisico utilizzato per rilevare l'uscita delle sostanze dalla colonna e alla specificità. Possono essere distruttivi (FID) o non distruttivi (ECD, TCD). Le tre classi più comuni sono quelle dei rivelatori a conducibilità termica, dei rivelatori a ionizzazione di fiamma (o FID) e dei rivelatori a cattura di elettroni (o ECD).

Fonti [https://it.wikipedia.org/wiki/Gascromatografia#Strumentazione ]

Schema di un Gascromatografo :

[http://www.dima.unige.it/~denegri/PLS2/PENSIERO_SCIENTIFICO%20DEF/CicloH2O/Pages/TIPO%202.htm]

STEP #07 - IL MITO

La gascromatografia si occupa di valutare le diverse componenti gassose di un campione. 

L'Azoth (o Azoto), in alchimia, è un solvente o un farmaco universale, affine ad altre sostanze sottili come l'etere o l'alkahest, che si otterrebbe disciogliendo lo spirito vitale nascosto nella materia grossolana.

Di grande importanza è il ciclo biogeochimico dell’azoto, che si muove continuamente tra l’atmosfera, il terreno e gli esseri viventi. Fissatosi nelle foglie ed assunto dagli animali, esso può pertanto raggiungere l’organismo umano attraverso la catena alimentare. Infine, attraverso la decomposizione dei residui organici, l’elemento ritorna nel terreno e grazie all’azione di alcuni batteri di nuovo nell’atmosfera, allo stato gassoso, per ricominciare lo stesso ciclo.

Per l’alchimia non solo l’azoto ma tutto l’universo è un processo ciclico, uno e molteplice, un organismo vivente, da questo il mito del serpente Ouroboros che si mangia la coda.

L'UROBORO, IL 'SERPENS QUI CAUDAM DEVORAT'

“Quando vogliono scrivere il Mondo, pingono un Serpente che divora la sua coda, figurato di varie squame, per le quali figurano le Stelle del Mondo. Certamente questo animale è molto grave per la grandezza, si come la terra, è ancora sdruccioloso, perché è simile all’acqua: e muta ogn’anno insieme con la vecchiezza la pelle. Per la qual cosa il tempo faccendo ogn’ anno mutamento nel mondo, diviene giovane. Ma perché adopra il suo corpo per il cibo, questo significa tutte le cose, le quali per divina providenza son generate nel Mondo, dovere ritornare in quel medesimo. (Hieroglyphica di Orapollo, scrittore egiziano del V sec. dopo cristo)

L’Uroboro (dal greco οὐροβόρος, dove οὐρά, urà, sta per “coda” e βορός, boròs, sta per “mordace”, aggettivo riferito al serpente) è l’immagine di un serpente che si morde la coda e la inghiotte. Questa diffusissima figura simbolica rappresenta, sotto forma animalesca, l’immagine del cerchio personificante l’ eterno ritorno. Esso sta ad indicare l’esistenza di un nuovo inizio che avviene tempestivamente dopo ogni fine. In simbologia, infatti, il cerchio è anche associato all’immagine del serpente che da sempre cambia pelle e quindi, in un certo senso, ringiovanisce. L’Uroboro rappresenta il circolo, la metafora espressiva di una riproduzione ciclica, come la morte e la rinascita, la fine del mondo e la creazione.

Nella simbologia alchemica l’Uroburo è l’immagine allegorica di un processo, in sé concluso, che si svolge ripetutamente e che avviene attraverso l’aumento della temperatura, l’evaporazione, il raffreddamento e la condensazione di un liquido, ciclo che serve alla raffinazione delle sostanze. Per questo motivo il serpente, che va a costituire un cerchio, è spesso raffigurato con due creature che collegano la bocca alla coda. La creatura superiore, segno della volatilità, è rappresentata come un drago alato, quella inferiore, senza ali, come espressione del fisso.

Il “Serpens qui caudam devorat”, talvolta è raffigurato metà bianco e metà nero, cioè come Yin e Yang, simboli della tradizione del Taoismo cinese, che riportano alla conflittualità degli opposti ed al loro reciproco interagire. Le due componenti della Materia, maschile e femminile, rappresentate rispettivamente in alchimia dallo Zolfo e dal Mercurio, che, nella rappresentazione delle nozze alchemiche, realizzano quel “Filius philosophorum”, l’Androgino, come prodotto dei due principi, o cosa doppia (Rebis)

                          

L’Uroboro, inoltre, viene anche considerato simbolo dell’evoluzione che si conclude in sé stessa, e quindi dell’unità fondamentale del cosmo. Il motto “En to pan” (Uno il Tutto), che accompagnava spesso l’immagine, rimanda infatti al concetto che “tutto si trasforma, niente si crea e niente si distrugge” di uno dei padri della chimica moderna come Antoine-Laurent de Lavoisier. Questo significato non può non rinviare, a sua volta, al concetto, già citato, dell’Eterno ritorno, caposaldo della filosofia di Nietzsche: “Imprimere al divenire il carattere dell’essere, è questa la suprema volontà di potenza. Che tutto ritorni, è l’estremo avvicinamento del mondo del divenire a quello dell’essere: culmine della contemplazione.”

“La Materia Prima si estrae da te, tu sei la sua miniera, la si può trovare presso di te e trarla da te, e dopo che ne avrai fatto esperienza aumenterà in te l’amore per essa” (Testamentum o Liber de compositione alchimiae di Morieno, trad. latina del 1144)

Dal senso nichilistico dell’affermazione di Nietzsche: “In un sistema finito, con un tempo infinito, ogni combinazione può ripetersi infinite volte”, l’immagine alchemica dell’eterno ritorno prevede però la possibilità di “digerire” le scorie del passato, che possono rallentare o impedire ogni rinnovamento, e modificare i costrutti del futuro, attraverso proprio l’immanenza di un presente “circolarizzato” ma “ortogenetico”, diretto verso il futuro. Direzione data proprio dall’agire dell’uomo e dalla possibilita’ dello stesso, attraverso quella partecipazione “attiva” alla congiunzione delle sue nature, di compiere quel terzo prodotto (tertium non datur), che, attraverso l’eterno rinnovamento del ciclo, imprime però allo stesso quello che forse è il vero senso “compiuto” della Natura…oltre alla sua contemplazione, la sua “evoluzione”. (C.F.)

“Di più cose fate due, tre, e tre uno….” (La Tourbe des Philosophes)

Fonti: https://psicologiaalchemica.wordpress.com/simboli-e-significati/luroboro-il-serpens-qui-caudam-devorat/

STEP #05 - IL PRINCIPIO FISICO

Il rivelatore di conducibilità termica, noto anche come Katharometer, è un rivelatore di proprietà di massa e un rivelatore chimico specifico comunemente utilizzato in gas cromatografia. Questo rivelatore rileva i cambiamenti nella conducibilità termica dell'effluente della colonna e lo confronta con un flusso di riferimento del gas portante. Poiché la maggior parte dei composti ha una conducibilità termica molto inferiore a quella dei gas di trasporto comuni di elio o idrogeno, quando un analito eluisce dalla colonna, la conducibilità termica effluente viene ridotta e viene prodotto un segnale rilevabile. 

Per funzionare, un catarometro si basa sul principio della conduttività termica , che afferma che tale conduttività è inversamente proporzionale al suo peso molecolare.

Figura n.1

[Figura n.1] Uno schema di un classico disegno rivelatore a conducibilità termica utilizzando un ponte di Wheatstone è mostrato circuito. Il flusso di riferimento ai capi del resistore 4 del circuito compensa deriva causa di flusso o variazioni di temperatura. Le variazioni della conducibilità termica del flusso di efflusso della colonna attraverso il resistore 3 si tradurrà in una variazione di temperatura della resistenza e quindi una variazione di resistenza che può essere misurata come segnale.

 La conduttività termica (λ, unità di misura: W/(m•K)) descrive il trasporto di energia – sotto forma di calore – attraverso un corpo come risultato di un gradiente di temperatura (fig. 1). Stando al secondo principio della termodinamica, il flusso di calore è diretto sempre nella direzione della temperature più bassa. La relazione tra il calore trasferito per unità di tempo (dQ/dt o flusso di calore Q) e il gradiente di temperatura (ΔT/Δx) attraverso l’area A (l’area attraverso la quale il calore passa perpendicolarmente a velocità costante) è descritta dall’equazione per la conduttività termica.

La conduttività termica è quindi una proprietà specifica del materiale, usata per caratterizzare il trasporto di calore stazionario. Può essere calcolata usando la seguente equazione:

Dove a:  Diffusività termica

          cp: Calore specifico

          ρ:   Densità

Link fonti https://www.netzsch-thermal-analysis.com/it/landing-pages/definizione-di-conduttivita-termica/