cromatografÍa de -...
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ESQUEMA DE UN CROMATÓGRAFO
ReguladorDos Pasos
Cilindro deGas
GasPortador
Puertode inyección
Columna
Detector
Registrador
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Detector Gas PortadorConductividad HelioTérmica(TC) Ionización de Nitrógeno oFlama (FID) Helio
Captura de Nitrógeno (muy seco)Electrones (EC) (Libre de Oxígeno)
oArgón, 5% Metano
GASES PORTADORESPREFERIDOS
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EFECTO DEL FLUJO SOBRE LA EFICIENCIA
RegionEficienciade la
Columna
Flujo
Máxima Eficiencia
FlujoÓptimo
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TAMAÑOS DE MUESTRA TÍPICOS
Tipo de columna Líquido(l) Gas (ml)1/4" Empacada 1-10 1-5
1/8" Empacada 0.1-2 0.1-1.0
0.25mm 0.01-1.0 0.1
Capilar con Splitter
Las cantidades dependen del tipo de columna, detector y objetivo del análisis
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1. Columna empacada - A) vaporización Flash B) On-Column
2. Introductores capilares
3. Válvula de muestreo de gases
INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS
SplitSplitless tipo GrobDirecta
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Split y Splitless
SplitVaporiza y elimina la mayor parte de la
muestra al venteo
SplitlessVaporiza y transfiere la mayor parte de la
muestra a la columna; usa “cold trapping” y efecto de solvente para enfocar la banda
Se usa el mismo inyector
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Inyector “SPLIT-
SPLITLESS”Modo Split
• Se usa para muestras concentradas ppm y más
• Inyector caliente; vaporiza la muestra
• Mezclado con gas portador
• Usa válvula de purga para dividir (split) la muestra
•La relación de splitcrítica
• Poner una fracción de la muestra en la columna
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Inyección SPLIT
Alta temperaturaVelocidad lineal altaTransferencia rápidaLa mayor parte de la
muestra se pierdeRelación de Split muy
importanteGeometría del “Liner”
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Determinación clásica del Split
Mida el flujo de la columna a partir de tm
Fc = r2L/tm
Mida el flujo de la purga FsSplit Ratio = Fs / Fc
¿Cuales son los problemas con estas mediciones?¿Realmente sabemos cuanto inyectamos?¿Realmente importa saber el volumen inyectado?
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Determinación moderna del Split
Los sistemas EPC miden presión y flujosEl flujo en la columna se calcula de las
condiciones del inyector y las dimensiones de la columna
El flujo de purga se ajusta al valor deseado
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Ventajas inyectores Split
Tamaño de muestra reducido (bandas estrechas)
Flujo rápido en el inyector (bandas estrechas)
Muestras sucias OKSimple de operar (CG isotérmica)Inyecta muestras “limpias”Excelente acoplamiento
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Desventajas inyectores Split
División no linealSe pierden altos pesos moleculares
Degradación Térmica Las superficies metálicas calientes promueven
reacciones
Discriminación en la jeringa calienteAnálisis limitados
Detección de ppm con FID
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Técnicas de Inyección Split
• Jeringa llena• Jeringa fria• Jeringa caliente• Barrido con disolvente
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Resumen – Inyector SplitSimpleTécnica de vaporización en caliente
Discriminación en inyección (usar automuestreadores)
Discriminación del linerUsar lana de vidrio (desactivada)Geometría del liner crítica
Mejor para muestras concentradas o purasppm´s o más
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Inyector “SPLIT-
SPLITLESS”Modo Splitless
• Se vaporizar la muestra en el inyector caliente
• Se mantiene cerrada la válvula de split por unos cuantos segundos
• Se abre la válvula con el split seleccionado 10:1 a 200:1
• Con ello se logra ingresar una mayor cantidad de muestra a la columna y se elimina el disolvente
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Inyector SplitlessSe inyecta la muestra en caliente y sin purga95% de la muestra entra a la columnaMismo “hardware” que en split excepto el
linerMas variables
disolvente, tiempo splitless, temperatura de columna
Se abre la válvula de purga después de un tiempo corto
Mas sensibilidad
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INYECCIÓN SPLITLESS
Alta temperaturaBaja velocidad linealTransferencia lentaMuestra + Solvente a la
columnaMuchos factores
importantes
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Etapas Inyección SplitlessVálvula de purga cerrada; columna fríaSe inyecta la muestra
La inyección rápida del automuestreadormejor
El flujo en el inyector es lento; transferencia lenta a la columna fría
Después de 30-60 seg, se abre la válvula de purga- limpieza del inyector
Se usa programación de temperatura
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ENSANCHAMIENTO DE BANDA
TiempoEspacio (efecto del
solvente)Enfoque térmico
Grob, K., Split and Splitless Injection in Capillary GC, Huthig, 1993, pp. 19-29, 322-36.
Tiempo
Espacio
Enfoque
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Mecanismos de Enfoque de Banda
Inyecciones Splitless involucran una transferencia lenta a la columna ---> los primeros picos son anchos
Se requiere enfoqueTrampa fría
Efecto de solvente
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Inyector “Cool on Column”
La temperatura inicial de la columna es lo suficientemente baja como para “congelar” los analitos en la columna.
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INYECTOR “ON-COLUMN”
Remplace frecuentemente el septum(~ 50 inyecciones)
AgujaJeringa
ColumnaGas portador
SeptumLana de vidrio
BloqueCaliente
0.35 mm< 0,25 mm
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TEMPERATURA INICIAL
40oC 20oC0oC
-20oC -40oChexano, heptano500 ppb10 min extracciónFibra: PDMS 100 mLinermmoCPinj: 1 bar(g)
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Efecto de Solvente
El solvente se re-condensa en la columna
Un tapón de líquidoEmpezar con la columna de 30-50°C por
abajo del punto de ebullición del solvente
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Efecto de Solvente
Re-enfoca compuestos moderadamente volátiles cerca de la entrada de la columna
Se requiere que el disolvente “moje” la fase estacionaria
Uso de disolventes no polares con fases estacionarias no polares, etc.
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TEMPERATURA INICIAL DE LA COLUMNA Y EFECTO DE SOLVENTE
0 20TIEMPO (min)
0 20TIEMPO (min)
40oC 60oC
Solvente: CIclohexano (pe 81oC), Muestra: hidrocarburos 10ppm
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INYECCIÓN DIRECTA CAPILARSólo con películas gruesas o megaboro
El propósito simplicidad y grandes cantidades de muestra
La banda de soluto debe re-enfocarse (temp)
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TEMPERATURA DEL INYECTOR REAL
Valor 350oC
Distanciadel septum(mm)
Temperatura del Gas Portador (oC)
Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, 1991, p. 42.
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TEMPERATURA DEL INYECTOR CROMATOGRAMAS
70000
40000
250oC
100oC
1. octano2. decano3. tridecano4. tetradecano5. pentadecano
HP 5890-5972Pinj = 5.0 psiHP5 30m x 0.25mmx 0.25 mmTransfer: 280oC
1
2
3 4 5
TP: 40oC inicial, 1 min, 10oC/min
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PRESIÓN DE ENTRADA
La velocidad lineal del gas se incrementaInyector
Columna
Incrementa temperatura de punto de ebullición del analito
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PULSO DE PRESIÓNIncrementa la presión solo durante la inyección
Tiempo (min)
Presión(kPa)
50
150
0.75
Tiempo de Purga “ON”
20
40
PULSO DE PRESIÓN
sin Pulso
pulso de 15 psi
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3 4 5 1. octane2. decano3. tridecano4. tetradecano5. pentadecano
HP 5890-5972Pinj = 5.0 psiHP5 30m x 0.25mmx 0.25 mmTransfer: 280oC
Presión incrementada a 15 psig durante el periodo splitlessTP: 80oC inctial, 1 min, 10oC/min
20000
40000
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OPTIMIZACIÓNINYECCIÓN SPLITLESS
Puede ser difícilMinimizar el tiempo de transporte (alta velocidad
lineal)Maximizar enfoque térmico (baja temperatura
inicial de la columna)Maximizar “efecto de solvente” (baja temperatura
inicial de la columna)La naturaleza química sigue siendo un factor
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REFERENCIASGrob, K. Split and Splitless Injection in Capillary
GC, 3rd. Edition, Wiley, 1995. Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett
Packard, 1991.Stafford, S.S., Electronic Pressure Control in
Gas Chromatography, Hewlett Packard, 1993.http://www.gerstelus.com - A primer on GC
injection techniques
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VÁLVULA DE MUESTREO DE GASES
Gas Portador
A la columna
Muestra
Posición de carga Posición de Inyección
A la columna
Loop deMuestra
Gas Portador
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COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS
Soporte SólidoFase Líquida
1/8" ODColumna empacada
0.25 mm IDCapilar o
WCOT
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COLUMNA EMPACADA
GasPortador
Acero InoxidableFase Estacionaria
Fase líquidaSoporte Sólido
(5 o10% en peso)
La separación depende de la distribución de lasmoléculas entre el gas y la fase líquida
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COLUMNAS EMPACADAS -REVISIÓN
Largo 3,6 o 12 Ft
1/4 y 1/8 pulgada de D.E.
Acero Inox. o vidrio
Fáciles de fabricar y usar
Una gran variedad de fases líquidas
Un número modesto de platos
(8000 Máximo)
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COLUMNAS CAPILARES(WCOT-WALL COATED OPEN TUBULAR)
DI's 100, 250,320, 530 m
TuboSilica Fundida
Fase Líquida0.2 - 5 m
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SCOTSupport Coated
Open Tube
PLOTPorous LayerOpen Tube
WCOTWall CoatedOpen Tube
polyimide coating
stationaryphase
fused silicacapillary
Packed Columns
Length: <2m
Diameter: 1/8” & ¼” OD
Capillary Columns
Length: 10m to 100m
Diameter: 180um, 250um, 320um & 530um I.d
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WCOT-MEJOR RESOLUCIÓN
Espesor de película: 0.1 a 5.0 m
ID: 0.10, 0.25, 0.32, 0.53 mm
Largo: 10 a 100 metros
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OTROS TIPOS DE COLUMNAS CAPILARES
FaseLíquida
Soporte
SCOTNO DISPONIBLE EN SÍLICA FUNDIDA
Adsorbente Poroso
PLOTMOLECULAR SIEVE,ALUMINA, PORAPAK Q
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Capilares vs Empacadas
Largo 60 metros 2 metros
Platos Teóricos 3,000-5,000 2000(N/m)
Número Total 180-300 K 4000Largo x N/m
CAPILAR EMPACADA
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COLUMNA CAPILAR
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
4500000
5000000
5500000
6000000
6500000
Time-->
Abundance
TIC: M3.D
2.34
3.02
3.45 3.89 5.42
7.24
7.44
8.17 8.84 10.01 10.55
10.68
10.89
11.09
11.73 13.27
14.45
14.64
15.28 15.73 17.32 17.62 17.87 17.99
18.54 19.09 19.19
19.51 19.59 20.42
20.80
20.91
21.80
22.03 22.10 22.53
22.62
22.79
22.94
23.21 23.32
23.83
24.01
24.16
24.47
24.73
25.06
25.40 25.64
26.16
Cromatograma de Propóleo Fluído
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PARÁMETROS IMPORTANTES
1) Diámetro interno
2) Largo
Fase estacionaria:
3) Espesor de película4) Composición
5) Flujo
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DIÁMETRO DE LA COLUMNADIAMETRO INTERNO RESOLUCIÓN TIEMPO CAPACIDAD
FACIL
100 m
250 m320 m
530 m
MuyBuena
MuyBuena
Razonable
Buena Buena Buena Buena
Razonable Buena MuyBuena
MuyBuena
Razonable
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COLUMNAS CAPILARES DE 100 µm I.D.
• Alta velocidad
• Mejor resolución (500,000 platos en 50m)• Poco sangrado
• Equipos de GC capilares
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LARGO DE LA COLUMNALARGO DE LA COLUMNA RESOLUCIÓN TIEMPO
Larga
(60-100 M)Alta Lento
Corta(5-10 M)
Media
(25-30 M)
Moderada Rápida
Intermedio/Bueno paracomenzar
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ESPESOR DE LA FASE ESTACIONARIA
0.25 m
• 0.25m – USO GENERAL
• INTERMEDIA ENTRE RESOLUCIÓN Y CAPACIDAD
• TEMPERATURAS PRÁCTICAS CON POCO SANGRADO
• SE PUEDEN OPTIMIZAR PARA TIEMPO Y RESOLUCIÓN
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PELÍCULAS GRUESAS- FASE ESTACIONARIA
1.0 m
VENTAJAS• LOS VOLÁTILES SE RETIENEN MAS• AUMENTO DE LA CAPACIDAD PARA
GC/MS, GC/IRDESVENTAJAS• MENOS EFICIENTE• SE REQUIERE DE TEMPERATURAS
ALTAS -- RUIDO
• MAYOR SANGRADO
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GAS NATURALCOLUMNA: 50M X 320 m WCOT CP-Sil 8 CBESPESOR: 5 mTEMPERATURA: 40 C (1 min); 40° C to 200° C, 5°C/min
1. metano2. etano3. propano4. n-butano||||14. benceno
o
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PELÍCULAS DELGADAS- FASE ESTACIONARIA
0.2 m
VENTAJAS• MAYOR EFICIENCIA• MENOR TEMP. DE ELUCIÓN
(Menos sangrado)• ANÁLISIS RÁPIDOS
DESVENTAJAS• MENOR CAPACIDAD• LIMITACIONES ANÁLISIS DE TRAZAS
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PELÍCULA DELGADA/ALTA RESOLUCIÓN
COLUMNA: 10 M x 200 m ID
0.2 m film OV-101
GAS: He, 40 cm/sec
MUESTRA: 1.5 l, split 200:1
REFRESCANTE DEL AMBIENTE
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REQUISITOS DE LAS FASES ESTACIONARIAS
• ALTA SELECTIVIDAD
• BAJO SANGRADO – ESTABILIDAD A ALTA TEMPERATURA
• REPRODUCIBILIDAD – ESTABILIDAD QUÍMICA CON EL TIEMPO
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FASES ESTACIONARIASTIPOS MÁS COMUNES
OV-17OV-1
CH3
( Si-O )n
CH 3
( Si-O )n
CH 3FASE DE GOMA DE POLISILOXANO LAS MAS ÚTILES(TÉRMICAMENTE ESTABLE): OV-1, SE-30, SE-52, SE-54,OV-17, OV-1701, OV-225
FASES ESTACIONARIAS
TIPOS MÁS COMUNES
( O-CH -CH )22 n
CARBOWAX
FASES DE POLIETILENGLICOL VIDA LIMITADA(CARBOWAX 20M, SUPEROX 20M)R
FASES ENTRECRUZADAS
Si
O
O
O
Si
Si
O
O
O
Si
Si
BOEntrecruzado
Cadena
•MAS ESTABLESSE PUEDEN LAVAR CON SOLVENTES
•TIEMPOS DE VIDA MÁS LARGOS
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
BO ABIERTO
CA FASE UIDA(~ 10
TUBO DE D.I. QUEÑO
VENTAJAS LIMITACIONES
NINGUNA
• FLUJOS BAJOS
• CONECTORES ESPECIALES
• MUESTRA PEQUEÑA
• BAJA CAIDA DE PRESIÓN
• MAYOR LARGO• MAS PLATOS
• MÁS EFICIENTE• TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO• RÁPIDOS
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
VENTAJAS
LIMITACIONES
NERAL
• CARAS
• EQUIPOS ESPECIALES
• SEPARACIONES IMPOSIBLES CON EMPACADAS
• RÁPIDAS Y MEJOR RESOLUCIÓN
GUIAS PARA SELECCIÓN DE COLUMNAS
SPESORELÍCULA(m)
ÁMETROTERNO (m)
ARGO M)
LATOSK)
LUJO
ALTARESOLUCIÓN
TIEMPO MAS CAPACIDAD
0.25 0.25 1.0-5.0
250 100 530
25-50 5-10 15-30
90-180 10-20 15-45
BAJO ALTO(Hidrógeno)
MODERADA
PRESIÓN EN LA COLUMNA (psi, He o H2)
rgo (m) Columna D.I. (mm)___________ _______________________________________________
0.20 0.25 0.32 0.530 12 6 3 25 30 12 8 40 60 24 15 8
COLUMNAS CAPILARES
Largo de 5 a 100 metros
100 a 530 m D.I.
Silica fundida (recubrimiento de poliimida )
Separaciones muy eficientes (100,000 platos)
DETECTORES DE CG. Detector de Ionización de Flama (FID)
. Detector de Conductividad Térmica (TCD)
. Detector de Captura de Electrones (ECD)
Muy Sensible ~ 100 ppbAplicable sólo a compuestos orgánicos
Universal-todos los compuestosSensibilidad Moderada ~ 10 ppm
El más sensible ~ 10 ppbMuy Selectivo
400°cLímite de Temperatura
N2 o HeGas portadorexcelenteEstabilidad
1 a 106Linearidad
Selectivo sóloorgánicosRespuesta
10-11 a 10-12 g/seg(~50 ppb)
Cantidad MínimaDetectable (CMD)
Ionización de Flama FID
400°cLímite de Temperatura
H2 o HeGas portadorbuenaEstabilidad1 a 104Linearidad
UniversalRespuesta
10-8 g/seg(~10 a 1 ppm)
Cantidad MínimaDetectable (CMD)
Conductividad Térmica TC
325°cLímite de Temperatura
H2 o HeGas portadorrazonableEstabilidad
1 a 105Linearidad
Selectivo a compuestoselectronegativosRespuesta
10-14 g/seg(~10 a 1 ppm)
Cantidad MínimaDetectable (CMD)
Captura de electrones ECD
300°cLímite de Temperatura
N2 o HeGas portadorrazonableEstabilidad
1 a 104Linearidad
Selectivo a compuestos con Nitrógeo o FósforoRespuesta
10-11 g/seg(~10 a 1 ppm)
Cantidad MínimaDetectable (CMD)
Detector de Nitrógeno y Fósforo NPD
350°cLímite de Temperatura
N2 o HeGas portadorbuenaEstabilidad1 a 104Linearidad
Selectivo a compuestos con Azufre o FósforoRespuesta
10-11g/seg Fósforo =525nm 10-9 g/seg Azufre =394nm
Cantidad MínimaDetectable (CMD)
Detector Fotómetrico de Flama FPD
UIDO Y DERIVA DEL DETECTORido de alta frecuencia
ido baja frecuencia
riva y ruido de baja frecuencia
DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)
DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)
Puerto deInyección
Columna
Sistemade datos
Caliente para VaporizarSPL
Caliente paraMantener Limpio
Caliente paraControlar tRRegistrador
Detector
Gas Portador
EFECTO DE LATEMPERATURADE LA COLUMNA
0 4 8 12 16 18 20
0 2 4 6 8 10 0 2 4 6
C - 8
130° CC -12C - 8 C -12
110°
IsómerosOctano
n-C-8 C -10 C -11
75° C
C -12
C
CG ISOTÉRMICOTemperatura de la columna constante con
respecto al tiempo.
ISOTÉRMICOTemp.Columna
Tiempo
SEPARACIÓN ISOTÉRMICA(Hidrocarburos)
Isotérmico130° C
0 5 10 20 30 90 95 MIN
C7
C8
C10
C9
C11 C12 C13
C14
C15
CG CON PROGRAMACIÓN DE TEMPERATURA
mperaturaumna
TPGC
4° C / min.
200
150
100
Cambio controlado de la temp. con respecto al tiempo
5 10 20 25 30
SEPARACIONES CG CON TPProgramaciónde temperatura
75-200 Co
MIN0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
C5C7
C8
C9
C10 C11 C12 C13 C14
C15 C16C17
C18 C19C20 C21
VENTAJAS DE LACG CON TEMPERATURA
PROGRAMADAMuestras que son mezclas complejas
Análisis mas rápidos (más de 20 picos)
Mejor definición de compuestos con alto p.e, o compuestos traza que eluyen tarde
Desarrollo de métodos más rápido
Más versátil, Cromatografía Estable
INTEGRADOR Y PRINTER/PLOTTER
DetectorCG
A/D Micro -Procesador
Pulsos
PK TIEMPO A% CONC
1 1.87 3.06 2.98
2 2.41 3.50 3.42
3 3.16 4.68 4.59
CROMATOGRAMA REPORTE ESCRITO
1.872.41
3.16