cromatografía de gases
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ES LA TÉCNICA A ELEGIR PARA LA SEPARACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS TÉRMICAMENTE ESTABLES
Y VOLÁTILES.
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Keulemans ha definido la cromatografía como un método físico de separación en el cual los componentes a separar se distribuyen entre dos fases:
Una de las cuales constituye la fase estacionaria, de gran área superficial,
Y la otra es un fluido (fase móvil) que pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria.
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Puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que actúa como soporte, de gran área superficial.
Las propiedades necesarias para una fase estacionaria líquida inmovilizada son:
1. Características de reparto (factor de capacidad κ' y factor de selectividad α) adecuados al analito.
2. Baja volatilidad, el punto de ebullición de la fase estacionaria debe ser al menos 100ºC mayor que la máxima temperatura alcanzada en el horno.
3. Baja reactividad.
4. Estabilidad térmica, para evitar su descomposición durante la elución.
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Soporte
La función básica del soporte es la de "mantener" (sostener, retener) la fase estacionaria.
Idealmente debería ser un material inerte que "mantiene" la fase estacionaria sobre su superficie como una película delgada.
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Soporte
Hay que tener en cuenta dos cosas a la hora de escoger un soporte:
1.-) La Estructura, ó Características Físicas (contribuye a la eficiencia de la columna cromatografía):
o Tamaño de partícula
o Diámetro del poro
o Densidad
o Área Superficial
2.-) La Química de Superficie ó Características Superficiales (gobierna la participación del soporte en los resultados de la separación).
o Grupos silanoles activos
o Iones metálicos $
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Además de las características anteriores, la selección del soporte va a depender también de:
La naturaleza de la muestra
La naturaleza de la Fase Líquida
El uso que se le va a dar a la columna:
o General
o Específico
Precio
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Algunas fases estacionarias utilizadas actualmente son:
•Polidimetilsiloxano, fase no polar de uso general para hidrocarburos, aromáticos, polinucleares, drogas, esteroides.
•Poli(fenilmetildifenil)siloxano (10% fenilo), para ésteres metílicos de ácidos grasos, alcaloides, drogas y compuestos halogenados.
•Poli(fenilmetil)siloxano (50% fenilo), para drogas, esteroides, pesticidas y glicoles.
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•Poli(trifluoropropildimetil)siloxano, para aromáticos clorados, nitroaromáticos, bencenos alquilsustituidos.
•Polietilenglicol, sirve para compuestos polares, también para compuestos como glicoles, alcoholes, éteres, aceites esenciales.
•Poli(dicianoalildimetil)siloxano, para ácidos grasos poliinsaturados, ácidos libres y alcoholes.
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Las quirales; lo cual permite resolver mezclas enantioméricas.
Este tipo de fases suelen ser aminoácidos quirales o algún derivado adaptado al trabajo en columna.
OTRO TIPO DE FASE ESTACIONARIA SON:
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El grosor de la película varía entre 0,1 y 5 μm; el grosor depende de la volatilidad del analito.
Así, un analito muy volátil requerirá una capa gruesa para aumentar el tiempo de interacción y separar más efectivamente los diferentes componentes de la mezcla. Para columnas típicas (diámetros internos de 0,25 o 0,32 mm) se emplean grosores de 0,25 μm, y en las columnas macrocapilares el grosorsube hasta 1 μm. El grosor máximo suele ser de 8 μm.
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FASE MOVIL
La fase móvil es un fluido (puede ser gas, líquido o fluido supercrítico) que se usa como portador de la mezcla.
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FASE MOVIL
La fase móvil es un fluido (puede ser gas, líquido o fluido supercrítico) que se usa como portador de la mezcla.
Los componentes de la muestra son transportados a través de la columna por medio de un gas con propiedades de acarreador.
El uso de un gas entre la fase móvil y estacionaria, da como resultado una técnica mas adecuada de cromatografía de gas.
Las fases móviles gaseosas tienen la resistencia de flujo baja, siguiendo con las columnas largas aumenta el poder de separación.
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Las condiciones de flujo deben de ser constantes y reproducibles deben de mantenerse en todo momento. Para lograr esto, la fase móvil debe tener los componentes auxiliares apropiados.
CILINDRO DE GAS O GENERADOR
EL PURIFICADOR
CONTROLES DE LA PRESIÓN Y FLUJO;
MEDIDOR DE FLUJO
EL PRECALENTADOR
La cromatografía gas-líquido (GLC)
La cromatografía gas-sólido (GSC)
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Evaluación de las etapas del proceso de purificación de ácido Gamma-Linolénico mediante cromatografía gas-líquido:
1.Gas de arrastre o acarreador 2.Puerto de inyección 3.Una columna 4.Un registrador o cualquier otro dispositivo de salida para medir la señal del detector 5.Un detector 6.Cromatogramas
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La GC se lleva a cabo en un cromatógrafo de gases. Éste consta de diversos componentes como el gas portador, el sistema de inyección de muestra, la columna (generalmente dentro de un horno), y el detector.
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GAS PORTADOR
Los gases que se emplean en esta cromatografía pueden adquirirse en estado puro, embotellados a presión. Para obtener resultados óptimos es necesario secar el gas antes de su uso, pasandólo antes atraves de los tubos que contiene un material conocido con el nombre de tamiz molecular. La eleccion del gas portador depende de la naturaleza de la muestra y del tipo de detector empleado. El gas portador debe ser un gas inerte, para prevenir su reacción con el analito o la columna. Generalmente se emplean gases como el helio, argón, nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono, y la elección de este gas en ocasiones depende del tipo de detector empleado.
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El gas portador cumple básicamente dos propósitos: Transportar los componentes de la muestra, y crear una matriz adecuada para el detector. Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:
Debe ser inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra como con la fase estacionaria).
Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa
Fácilmente disponible y puro
Económico
Adecuado al detector a utilizar.
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La velocidad de flujo del gas portador atravez del aparato se controla de una valvula especial y se mide con un aparato conocido con el nombre de medidor de caudal, estos se dividen en 3 tipos de medidores y son los siguientes:
A.-) Medidor de caudal con flotador o rotámetro
B.-) Medidor de caudal capilar:
C.-) Medidor de caudal de burbujas
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La inyección de muestra es un apartado crítico, ya que se debe inyectar una cantidad adecuada, y debe introducirse de tal forma (como un "tapón de vapor") que sea rápida para evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas de analito. El método más utilizado emplea una microjeringa (de capacidades de varios microlitros) para introducir el analito en una cámara de vaporización instantánea
SISTEMA DE INYECCIÓN DE MUESTRA
Esta cámara está a 50ºC por encima del punto de ebullición del componente menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona septa o septum.
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Si la columna empleada es ordinaria, el volumen a inyectar será de unos 20 μL, y en el caso de las columnas capilares dicha cantidad es menor, de 10-3 μL. Para obtener estas cantidades, se utiliza un divisor de flujo a la entrada de la columna que desecha parte del analito introducido.
En caso de muestras sólidas, simplemente se introducen en forma de disolución, ya que en la cámara de vaporización instantánea el disolvente se pierde en la corriente de purga y no interfiere en la elución.
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COLUMNA
Es el lugar donde ocurre la separación. Se dice que es el corazón de un cromatógrafo. Los materiales con los cuales generalmente se pueden elaborar las columnas son: cobre, aluminio, acero inoxidable, vidrio ó teflón. El relleno puede ser un sólido, ó un líquido recubriendo un sólido.
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En GC se emplean dos tipos de columnas: las empaquetadas o de relleno y las tubulares abiertas o capilares. Estas últimas son más comunes en la actualidad (2005) debido a su mayor rapidez y eficiencia. La longitud de estas columnas es variable, de 2 a 50 metros, y están construidas en acero inoxidable, vidrio, sílice fundida o teflón. Debido a su longitud y a la necesidad de ser introducidas en un horno, las columnas suelen enrollarse en una forma helicolidal con diámetros de 10 a 30 cm, dependiendo del tamaño del horno.
COLUMNAS Y SISTEMAS DE CONTROL DE TEMPERATURA
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La temperatura es una variable importante, ya que de ella va a depender el grado de separación de los diferentes analitos. Para ello, debe ajustarse con una precisión de décimas de grado. Dicha temperatura depende del punto de ebullición del analito o analitos, y por lo general se ajusta a un valor igual o ligeramente superior a él. Es recomendable utilizar temperaturas bajas para la elución ya que aunque a mayor temperatura la elución es más rápida, se corre el riesgo de descomponer el analito.
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Columnas de relleno
Las columnas de relleno o empacadas consisten en unos tubos de vidrio, metal (inerte a ser posible como el acero inoxidable, Niquel, Cobre o Aluminio) o teflón, de longitud de 2 a 3 metros y un diámetro interno de unos pocos milímetros, típicamente de 2 a 4. El interior se rellena con un material sólido, finamente dividido para tener una máxima superficie de interacción y recubierto con una capa de espesores entre 50 nm y 1 μm. Para que puedan introducirse en el horno, se enrollan convenientemente.
TIPOS DE COLUMNAS
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Columnas capilares
Las columnas capilares son de dos tipos básicos: las de pared recubierta y las de soporte recubierto.
Las de pared recubierta son simplemente tubos capilares donde la pared interna se ha recubierto con una finísima capa de fase estacionaria.
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Las columnas pared recubierta tienen en su parte interna una fina capa de material adsorbente como el empleado en las columnas de relleno (tierra de diatomeas) donde se ha adherido la fase estacionaria. Las ventajas de las e soporte recubierto frente a las de pared recubierta es la mayor capacidad de carga de esta última, ya que en su fabricación se emplean mayores cantidades de fase estacionaria, al ser la superficie de intercambio mayor. Por orden de eficacia, en primer lugar están las pared recubierta, luego las de soporte recubierto y por último las columnas de relleno.
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•Columnas de reparto
El matrerial de relleno consite en u n soporte solido finamente dividido, tal como la celita, arcilla, o esferilla de vidrio, que portan un liquido volátil. Los liquidos mas empleados son las siliconas, grasas, apiezon, ftalato de dinonilo y glicoles polietilenicos.
Estos agentes de reparto no deben confundirse con los venenos usados en las columnas de adsorción. El agente de reparto que hay que elegir para determinada separación a de ser químicamente lo mas parecido posible a los compuestos de la mezcla que se desea separar.
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1. Relleno sea uniforme, es decio; graduar el material, pasándolo atraves de una serie de tamices, para eliminar las partículas mas finas y las mas gruesas.
2. Agregar el agente de reparto o el veneno del adsorbente.
3. El disolvente usado en esta aplicación, o alguna mezcla residual, se elimina por calefacción.
4. El material se introduce en la columna poco a poco y golpeando suavemente hasta que la columna esta llena.
5. Los extremos se cierran con un hilo de algodón o un poco de lana de vidrio
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El detector es la parte del cromatógrafo que se encarga de determinar cuándo ha salido el analito por el final de la columna. es un dispositivo para revelar la presencia de las sustancias eluídas a la salida de la columna cromatográfica. Podemos expresar que el detector son los "ojos" de un cromatógrafo.
DETECTORES
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Las características de un detector ideal son:
Sensibilidad: Es necesario que pueda determinar con precisión cuándo sale analito y cuando sale sólo el gas portador. Tienen sensibilidades entre 10-8 y 10-15 g/s de analito.
Respuesta lineal al analito con un rango de varios órdenes de magnitud.
Tiempo de respuesta corto, independiente del caudal de salida.
Intervalo de temperatura de trabajo amplio, por ejemplo desde temperatura ambiente hasta unos 350-400ºC, temperaturas típicas trabajo.
No debe destruir la muestra.
Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales de analito debe dar salidas de señal iguales.
DETECTORES
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A.Detector de ionización de llama (FID, Flame Ionization Detector). B.Detector de conductividad térmica (TCD, Thermical Conductivity Detector). C.Detector termoiónico (TID, ThermoIonic Detector). D.Detector de captura de electrones (ECD, Electron-Capture Detector). E.Detector de emisión atómica (AED, Atomic Emission Detector).
Alta fiabilidad y manejo sencillo, o a prueba de operadores inexpertos.
Respuesta semejante para todos los analitos oRespuesta selectiva y altamente predecible: Para un reducido número
de analitos.
ALGUNOS TIPOS DE DETECTORES:
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1)Detector de Conductividad Térmica. Mide la conductividad térmica del gas portador, ocasionada por la presencia de substancias eluídas.
2)Detector de Ionización a la Llama. Basado en la medida de las variaciones de la corriente de ionización en una llama oxígeno-hidrógeno debido a la presencia de substancias eluídas.
3)Detector de Captura Electrónica. Basado en la electronegatividad de las substancias eluídas, y su habilidad para formar iones negativos por captura de electrones.
4)Detector de Fotometría a la Llama. Basada en la medida de la intensidad de la emisión molecular de la fluorescencia de heteroátomos en las moléculas orgánicas.
5)Detector de Ionización de Llama Alcalina Detector
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TEORIA DEL PROCESO CROMATOGRAFICO
El proceso cromatográfico, aparentemente simple en práctica, es en realidad una compleja unión de fenómenos tales como hidrodinámica, cinética, termodinámica, química de superficie y difusión.
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En muchos casos no hay identificación química. Las sustancias se identifican por el tiempo que tardan en emerger de la columna, o mas estrictamente, por la distancia del cromatograma desde el comienzo de la separación a un pico dado de una sustancia determinada.
En condiciones constantes para una columna en particular, esta es una propiedad característica y reproducible. En algunos casos, el volumen del gas portador que emerge de la columna antes de salir un compuesto dado, se emplea para identificar el compuesto
IDENTIFICACION DE SUSTANCIAS EN CROMATOGRAFIA DE GAS.
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Como las condiciones de separación de muchos cromatografos son reproducibles, es posible convertir directamente las áreas descritas por los picos de un cromatograma en medidas cuantitativas, comparándolos sencillamente con gráficos estándar del compuesto apropiado. Se dispone de aparatos electrónicos conocidos como integradores, que hace esta función automáticamente durante la separación.
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CROMATOGRAFIA DE GASES PREPARATIVA
La cromatografía de gases posee también un gran valor preparativo, particularmente en el trabajo con liquidos. Pueden prepararse grandes muestras ultrapuras, empleando columnas de mayor tamaño y altamente eficaces. Calibrando el cromatografo en forma analítica y programándolo para que haga multiples inyecciones de muestra, esposible aislar cantidad suficiente de los productos de una reacción, que se encuentren en trazas, para identificarlos.
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Para muestras muy grandes los únicos gases portadores adecuados y económicos son el aire y el nitrógeno, aunque en los estados unidos también se emplea el helio donde este gas es mas barato.
Generalmente el progreso dela separación en el cromatografo de gases se sigue paso el efluyente por un detector que no afecte los productos o desviando un pequeño porcentaje del eluyente por un detector, empleando el remanente para recoger las fracciones.
Aplicaciones de la cromatografía de gases C
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La GC tiene dos importantes campos de aplicación. Por una parte su capacidad para separar mezclas orgánicas complejas, compuestos organometálicos y sistemas bioquímicos.
Su otra aplicación es como método para determinar cuantitativa y cualitativamente los componentes de la muestra. Para el análisis cualitativo se suele emplear el tiempo de retención, que es único para cada compuesto dadas unas determinadas condiciones (mismo gas portador, rampa de temperatura y flujo), o el volumen de retención. En aplicaciones cuantitativas, integrando las áreas de cada compuesto o midiendo su altura, con los calibrados adecuados, se obtiene la concentración o cantidad presente de cada analito.
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Algunos ejemplos típicos de las aplicaciones de la cromatografía de gases son el análisis de los hidrocarburos liquidos y gaseosos del petróleo y el análisis de los productos de reacciones organicas, puede emplearse también para microseparaciones preparativas y también con aparatos debidamente modificados, preparaciones a gran escala.
Entre otras aplicaciones tenemos:
En las industrias se enfoca principalmente a evaluar la pureza de los reactantes y productos de reacción o bien a monitorear la secuencia de la reacción, para los fabricantes de reactivos químicos su aplicación para la determinación de la pureza es lo más importante.
En la investigación es un auxiliar indispensable para diversas técnicas de evaluación, entre las principales están los estudios cinéticos, análisis de adsorción a temperatura programada, determinación de áreas específicas por adsorción de gas y determinación de isotermas de adsorción.
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En el campo también pueden ser aplicados, principalmente en estudios de contaminantes del agua: insecticidas en agua, pesticidas en aguas de lagos, lagunas, ríos; desechos industriales descargados en ríos o lagunas.
En la industria del petróleo juega una función primordial, por medio de la cromatografía se pueden analizar los constituyentes de las gasolinas, las mezclas de gases de refinería, gases de combustión, etc.
Las aplicaciones de la cromatografía son múltiples y la convierten en la técnica de análisis más poderosa que existe, su utilización requiere principalmente de constancia y entusiasmo.
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