tecnicas de análisis instrumental
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TEMA 3
CROMATOGRAFÍA DE GASES
La cromatografía de gases es una técnica cromatográgica en la que la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica.
La elución se produce por el flujo de una fase móvil de gas inerte de arrastre (N2, He).
A diferencia de los otros tipos de cromatografía, la fase móvil no interactúa con las moléculas del analito; su única función es la de transportar el analito a través de la columna.
Cromatografía de GasesCromatografía de Gases
Cromatógrafo de GasesCromatógrafo de Gases
Cromatografía de GasesCromatografía de Gases Existen dos tipos de cromatografía de gases (GC): la cromatografía
gas-sólido (GSC) y la cromatografía gas-líquido (GLC), siendo esta última la que se utiliza más ampliamente, y que se puede llamar simplemente cromatografía de gases (GC).
En la GSC la fase estacionaria es sólida y la retención de los analitos en ella se produce mediante el proceso de adsorción.
Precisamente este proceso de adsorción, que no es lineal, es el que ha provocado que este tipo de cromatografía tenga aplicación limitada, ya que la retención del analito sobre la superficie es semipermanente y se obtienen picos de elución con colas. Su única aplicación es la separación de especies gaseosas de bajo peso molecular.
La GLC utiliza como fase estacionaria moléculas de líquido inmovilizadas sobre la superficie de un sólido inerte y la retención de los analitos en ella se produce mediante el proceso de absorción
Su función es evaporar rápidamente la muestra e introducirla en la columna.
La temperatura del inyector debe ser 50°C mayor que la temperatura inicial del análisis.
El “liner” es el lugar donde se produce la vaporización de la muestra
La inyección es a través de un septum: Estable a la temperatura del inyector Debe cambiarse regularmente
Puerta de InyecciónPuerta de Inyección
Inyector y Volumen de InyecciónInyector y Volumen de Inyección
El volumen de inyección dependerá de si la muestra es líquida o gaseosa Líquidos
0,1 - 10 L Gases
0,5 - 5 mL
FElíquida
SOPORTEsólido poroso
inerteTubo capilar de material inerte
Empacada
Empacada Tubular Abierta
Columnas Empaquetadas y Tubulares
La fase estacionaria es una película delgada de líquido colocada en la superficie de un soporte sólido inerte y finamente dividido.
La fase estacionaria es una película uniforme de líquido con unas pocas décimas de micrómetro de grosor que recubre uniformemente el interior del tubo capilar.
Empaquetadas:2-4 mm d.i. 1 – 4 m largo Análisis de gases
Tubulares:100 – 500 um d.i.10 – 100 m largoFase estacionaria líquida 0,2 m – 1 m
Columnas Empacadas y Tubulares
Separación por cromatografía de gases de un aceite esencial utilizando una columna empacada y una capilar
Columnas Tubulares
(Support Coated Open Tubular)
Las columnas WCOT son simplemente tubos capilares con la pared interna recubierta de una fina capa de fase estacionaria.
WCOT
(Wall Coated Open Tubular)
En las columnas SCOT, la superficie interna del capilar está revestida de una fina capa (de unos 30 μm) de un material soporte, tal como tierra de díatomeas
La columnas SCOT contiene varias veces la fase estacionaria de una columna
WCOT y, por tanto, tienen una mayor capacidad de carga.
Columnas Capilares
Columnas Tubulares
(FSOT = Fused Silica Open Tubular)
Una versión más actual de las columnas WCOT, son las columnas tubulares abiertas de sílice fundida (FSOT).
Los capilares de sílice fundida se fabrican a partir de sílice especialmente purificada con un contenido mínimo de óxidos metálicos.
Columnas Tubulares
(Support Coated Open Tubular)
(WCOT = Wall Coated Open Tubular)
(FSOT = Fused Silica Open Tubular)
Fases Estacionarias Propiedades:
baja volatilidad (idealmente, el punto de ebullición deber al menos 100°C mayor que la temperatura de trabajo.
estabilidad térmica. químicamente inerte dIsolvente adecuado.
La elección adecuada entre estos disolventes es una etapa crítica para el éxito de la separación.
El tiempo de retención de un soluto en una columna depende de su coeficiente de distribución, el cual a su vez está relacionado con la naturaleza química de la fase estacionaria.
Fases Estacionarias ComunesFases Estacionarias Comunes
Fase estacionaria Nombre comercial
Temperatura máxima (°C)
Aplicaciones comunes
Polidimetilsiloxano OV-1, SE-30 350 Fase no polar de uso general, HC, aromáticos, drogas, compuestos halogenados
Poli(fenilmetildifenil)siloxano OV-3, SE-52 350 Esteres metílicos de ácidos grasos, alcaloides,drogas, compuestos halogenados
Poli(fenilmetil)sioloxano (50% fenil)
OV-17 250 Drogas, esteroides, pesticidas, glicoles
Poli(trifluoropropildimetil)siloxano
OV-210 200 Aromáticos clorados, nitroaromáticos, bencenos alquilsustituidos
Polietilen glicol Carbowax 20M 250 Acidos libres, alcoholes, éteres, aceites esenciales, glicoles
Poli(dicianoalildimetil)siloxano OV-275 240 Acidos graso poliinsaturados, ácidos libres. alcoholes
Fases Estacionarias LíquidasFases Estacionarias Líquidas
POLIGLICOLES Muy polares. Principal: Polietilenglicol (nombres comerciales: Carbowax, DB-Wax, Supelcowax, HP-
Wax, etc.)
CH2 CH2OH OH
n
Estrutura Química:
Fases Estacionarias LíquidasFases Estacionarias Líquidas
SILICONAS (polisiloxanos) FE mas empleadas en CG. Cubren una amplia gama de polaridades y propiedades químicas diversas.
Si
CH3
H3C
CH3
O Si
R1
R2
O Si
CH3
CH3
CH3n
R1, R2 = cualquierradical orgánico
- Unión Si-O extremadamente estable = elevada estabilidad térmica y química
FASES ESTACIONARIASFE Quirales
Separación de isómeros ópticos:
FÁRMACOS En muchos fármacos uno de los dos isómeros ópticos tiene actividad farmacológica.
PRODUCTOS BIOLÓGICOS Distinción entre productos de origen sintético y natural (natural = normalmente substancias opticamente puras; sintético = muchas veces sin mezcla de isómeros ópticos).
Propiedades físico-químicas de isómeros ópticos son MUY SIMILARES
FE convencionales no diferencian entre isómeros ópticos
Separación de mezclas de isómeros ópticos sólo es posible con FE opticamente activas
=
FE Quirales
FASES ESTACIONARIASFE Quirales
FE opticamente activas más importantes:
O Si
CH3
CH2
CHCH3
C
O N
H
C*
C
O
H
CH CH3
CH3
NH C
CH3
CH3
CH3
Si
CH3
CH3
O
n
Chiralsil-Val
Derivados de aminoácidos:
Mezcla de compuestos formadores de puentes de
hidrógeno
Organometálicos:
Separación de enantiómeros formadores de complexos.
n
O Si
CH3
CH2
Si
CH3
CH3
O
CH2
O
O
Ni
C3F7
/ 2
Chiralsil-Metal
FASES ESTACIONARIASFE Quirales
Derivados de ciclodextrinas alquiladas:
-ciclodextrina: oligosacárido cíclico
quiral
Chiralsil-Dex
- Introducidas en 1983
- Cuando están ligadas a cadenas de polisiloxano: uso extremadamente favorable como FE líquida (baja viscosidad, estabilidad ...)
- Pueden ser quimicamente inmobilizadas
Aceite esencial natural Esencia artificial
Aroma de bergamota: distinción entre aroma natural y artificial
Coluna: Rt-ßDEXse (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm), TCOL: 1 min a 40°C / 4°C min-1 / 200°C, Gás de Arraste: He @ 80 cm.min-1, Detector: MS
FASES ESTACIONARIASFE Quirales: Aplicaciones
Anfetaminas: resolución de isómeros
FASES ESTACIONARIASFE Quirales: Aplicaciones
Coluna: Rt-ßDEXse (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm), TCOL: 1 min a 120°C / 1,5°C min-1 / 175°C, Gás de Arraste: He @ 25 cm.min-1, Detector: MS
Selección de la Columna
Factores a considerar Tamaño de muestra Número y tipo de componentes presentes en la
muestra Grosor de la capa y diámetro interno de la
columna Para muestras complejas se escoge la columna
que se ajuste mejor a la polaridad de los compuestos de la muestra
Factores que Afectan una Separación Cromatográfica
Tipo de gas transportador Temperatura Velocidad del gas transportador Grosor de la capa Diámetro interno Longitud
Gas de Arrastre (fase móvil)
Requisitos:INERTE : No debe reaccionar con la muestra y con la fase estacionaria o superficies del instrumento.
PURO: Debe estar excento de impurezas que puedan degradar la fase estacionaria.
Impurezas típicas en gases y sus efectos:
oxida / hidroliza algunas fases estacionarias
incompatíble con detector de captura de electronesDCE
H2O, O2
Hidrocarburos Generan ruído en la señal del detector de llama
Gas Transportador y Resolución
Temperatura La temperatura afectará de manera
inversamente proporcional los tiempos de retención.
No todos los componentes de una mezcla se verán afectados por igual.
Grosor de la Capa Interna y Diámetro Interno de la Columna
ABSORCION
Filmes espesos de FE líquida
Interacción fuerte entre la FE líquida y el analito (gran
solubilidad)
Gran superfície líquida expuesta a la FM
FE líquida
Longitud de la ColumnaLongitud de la Columna
Es el menos importante de todos los factores
Programación de la Temperatura
La columna está instalada en un horno Si la temperatura se mantiene constante
durante todo el análisis, este análisis se denomina isotérmico.
Si la temperatura varía, este análisis se denomina Programación de Temperatura
¿Para qué variar la temperatura?
En una serie homóloga, por ejemplo hidrocarburos alifáticos, los tiempos de retención aumentan exponencialmente con el número de carbonos.
A medida que el tr aumenta, el ancho de la señal también aumenta, haciendo la detección muy difícil después que han eluido algunos compuestos.
Ya que la solubilidad de un gas en un líquido disminuye al subir la temperatura, los tr pueden disminuir al aumentar la temperatura
Programación de Temperatura
Factores a Considerar Variación en la solubilidad de los solutos Cambios en la volatilidad de los solutos Estabilidad de los solutos Cambios de flujo Estabilidad de la fase estacionaria
TE
MP
ER
AT
UR
A D
E L
A C
OL
UM
NA
EL CONTROL CONFIABLE DE LA TEMPERATURA DE LA COLUMNA ES ESENCIAL PARA OBTENER UNA BUENA SEPARACION EN CROMATOGRAFIA DE GASES
Programación Lineal de Temperatura
Mezclas complejas (constituídas por volatilidades muy diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:TCOL BAJA:
- Componentes mas volátiles son separados- Componentes menos
volátiles demoran en eluir, resultando picos mal definidos o señales
anchas
TCOL ALTA:- Componentes mas
volátiles no son separados
- Componentes menos volátiles eluyen más
rapidamente
Baj
a te
mp
erat
ura
Alt
a te
mp
erat
ura
Ejemplo de Programación de Temperatura
La temperatura del horno se puede variar linealmente durante la
separación:
Se obtiene una buena separación de los componentes de la
muestra en un menor tiempo
TIEMPO
TE
MP
ER
AT
UR
A
tINI tFIM
TIN
I
TFI
M R
Parámetros de una programación de temperatura:
TINI Temperatura Inicial
TFIM Temperatura Final
tINI Tiempo Isotérmico
InicialtFIM Tiempo Final del
ProgramaR gradiente
DetectoresDetectoresDispositivos que generan una señal eléctrica proporcional a una
cantidad eluída de un analito
DCTDetector de
ConductividadTérmica
DILDDetector de
Ionización de llama
DCEDDetector deCaptura deEletrones
EMDetector Es-
pectrométrico de Masas
Detectores: Parámetros básicosDetectores: Parámetros básicosCANTIDAD MÍNIMA DETECTABLE
Masa de analito que genera un pico con una altura igual a tres veces el nível de ruído
SE
ÑA
L)
RUÍDO (N)
= 3S
N
LIMITE DE DETECCION
Cantidad de analito que genera un pico con una S/N = 3 y wb = 1 unidad de tiempo
Detectores: Detector de Ionización Detectores: Detector de Ionización de llamade llama Se forman iones cuando un compuesto es quemado en
una llama de hidrógeno y oxígeno.
El efluente de la columna se mezcla con H2 y O2 y es
quemado. En la llama de H2 +
O2 no existen íones, ella no
conduce la corriente eléctrica.
Cuando un compuesto orgánico eluye hacia la llama, este es
quemado. Se forman iones y estos conducen la corriente eléctrica
Detectores: Detector por Captura Detectores: Detector por Captura de Electronesde Electrones
Supresión de un flujo de eletrones lentos causado por su absorción por espécies eletrofílicas
Se establece un flujo contínuo de eletrones lentos entre un ánodo
(fuente radioactiva emisora de rayos ) y un
cátodo.
Al pasar una substancia electrofílica, algunos
eletrones son absorvidos, resultando en una
supresión de la corriente eléctrica.
Cromatografía Gaseosa Espectrometría de Masas (GC-MS)
(GC-MS): Modos de Uso
MODO SCAN (gran rango de unidades de masa ej. 40 a 500 da)
Modo de identificación tradicional junto al tiempo de retención del standard aceptado para confirmación de sustancias en casos forenses.
MODO SIM Utiliza tres o más iones los de mayor abundancia junto al tiempo de retención del standard y deben conservar su relación de abundancia, podría ser discutido desde el punto de vista forense.
Características Detectores
Detector Límite de detección (g)
Rango lineal Comentarios Tratamientosoluto
TCD 10-5-10-6 103-104 Detector universal
No destructivo
FID 10-12 106-107 Detector universal
Destructivo
ECD 10-14 102-103 Detector selectivo
No destructivo
FPD 10-13 102 Detector Selectivo S,P
Destructivo
NPD 10-8-10-14 105-107 Detector Selectivo N,P
Destructivo
MSD 10-12 Según tipo detector
Detector universal
Destructivo
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