Cromatografía de Gases con detector de captura de electrones

Introducción

La cromatografía es un método muy utilizado en todas las ramas de la ciencia y que permite la separación, identificación y determinación de los componentes químicos en mezclas complejas. Ningún otro método de separación es tan potente y de aplicación tan general como la cromatografía.

Nos basaremos en la cromatografía de gases que la idea de esta técnica se basa en la volatilización de la muestra y su posterior inyección en la cabeza de una columna cromatografía. Para la elución de la muestra se usa un gas inerte como fase móvil, de esta manera la fase móvil no interacciona con las moléculas del analito, simplemente transporta el analito a través de la columna.

Existen dos tipos de cromatografía de gases (GC):

Cromatografía gas-sólido (GSC) la fase estacionaria es sólida y la retención de los analito se produce mediante adsorción

Cromatografía gas-líquido (GLC): la fase estacionaria son moléculas de líquido inmovilizadas sobre la superficie de un gas inerte. Esta es la que se usa más ampliamente .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 GC es un sistema compuesto de gas portador, sistema de inyección de muestra, columna (generalmente dentro de un horno), y detector.

En el caso del detector utilizaremos el de captura de electrones para la determinación de un fármaco en fluidos biológicos que mas adelante se hablara sobre ello.

Fundamento teórico de cromatografía de gases

El detector de captura de electrones ha llegado a ser uno de los detectores mas ampliamente utilizados en el análisis de muestras medioambientales debido a su selectividad para detectar compuestos que contienen halógenos tal es el caso de los pesticidas y de los bifenilos policlorados. Este tipo de detector opera así del mismo modo que en un contador proporcional para la medida de rayos X.

Un electrón de emisor provoca la ionización del gas portador (con frecuencia, nitrógeno) y la producción de una ráfaga de electrones. De este proceso de ionización en ausencia de especies orgánicas, resulta una corriente constante entre un pa de electrodos. Sin embargo la corriente disminuye siendo muy sensible a las moléculas que contienen grupos funcionales electronegativos tales como halógenos peróxidos, quinonas y grupos nitro; en cabio, no es sensible a grupos funcionales como aminas, alcoholes e hidrocarburos. Una aplicación importante del detector de captura de electrones dees la detección y determinación de insecticidas clorados.

Los detectores de captura de electrones son altamente sensibles y tienen la ventaja de no alterar la muestra de manera significativa (a diferencia del detector de llama). Por otra parte, su intervalo de respuesta lineal se limita normalmente a unos dos órdenes de magnitud.

Cromatografo De Gases Partes Y Funcionamiento

El corazón de los procesos de cromatografía de gases es la separación en columna.

Los requerimientos básicos en un equipo de cromatografía de gases son:

1. Gas de arrastre o acarreador

2. Puerto de inyección

3. Una columna

4. Un detector

5. Un registrador o cualquier otro dispositivo de salida para medir la señal del detector

6. Cromatogramas

En la siguiente figura de detallan estos requerimientos en un cromatógrafo de gases:

Componentes básicos de un cromatografo de gases

En el cromatografo de gases la mezcla de solutos a separar, una vez volatizada, se hace pasar a través de un tubo largo y estrecho (columna) con la ayuda de un gas portador inerte, basándose la separación en la distinta velocidad de los solutos a su paso por la columna, los cuales van llegando a continuación al sistema de detección. As señales del detector se registran adecuadamente obteniéndose una serie de picos que constituyen el cromatograma.

La posición de los picos (tiempo de retención) se utiliza con los fines cualitativos, mientras que el tamaño de los mismos se relaciona con la concentración de los solutos. Según este proceso, los componentes de un cromatografo de gases son:

1- Sistema de suministro de gas portador, que generalmente es una bala o botella de gas a presión, y que a su salida tiene: a) un manorreductor, b) un sistema de regulación y medida del caudal. Frecuentemente, el gas se divide en dos flujos antes de llegar al sistema de introducción de la muestra: uno se dirige directamente al detector, para que actúen como referencia, mientras que el otro pasa a través de la columna, y es el que transporta la muestra.

2- Sistema de introducción de la muestra, cuya configuración varía según el estado físico de la misma y el tipo y capacidad de la columna utilizada. Este sistema pone en contacto a la muestra son la corriente de gas portador.

3- Sistema de termostatacion, también denominado horno, que controla la temperatura del sistema de introducción de la muestra y de la columna ya que esta es una variable decisiva para conseguir una separación y reproductibilidad adecuadas.

4- Columna, que es el componente esencial del cromatografo ya que es donde se produce la separación de los solutos. En ella se encuentran la fase estacionaria (liquida o solida). Presenta distintas formas y tamaños según el tipo de aplicación.

5- El sistema de detección, situado a la salida de la columna. A través de el pasa el gas portador con los solutos ya separados. Cuando pasa un soluto se origina una señal eléctrica que se amplifica adecuadamente.

6- Registrador, al que llega la señal eléctrica amplificada y da lugar al cromatograma. A partir del mismo se obtienen los datos cualitativos y cuantitativos.

7- Integrador computador, que es un sistema informativo incorporado al cromatografo para la toma y tratamiento de datos. Realiza automáticamente las operaciones siguientes: a) integra el área del pico, b) mide el tiempo de retención, c) realiza los cálculos con estándares y d) da impreso el informe al final del análisis.

Detector de captura electrónica (ECD)

Cuenta con dos electrodos, por lo que pasa el efluente de la columna, uno tiene un radioisótopo Ni 63 o tritio absorbido en titanio que emite electrones al desintegrarse. El Ni 63 es mas usado, porque aunque es menos sensible que el tritio produce una corriente constante y es menos sensible a la contaminación. Estos producen electrones secundarios de baja energía que bombardean al gas portador (nitrógeno), lo que produce un plasma de iones positivos, radicales y electrones térmicos, al aplicar una diferencia de potencial entre los dos electrodos se recogen los electrones térmicos y se produce una corriente constante que corresponde a la señal de la línea base cuando solo pasa el gas portador. Los compuestos que absorben electrones reaccionan con los electrones térmicos para producir iones negativos de mayor masa, la velocidad de recombinación entre iones positivos y negativos es mayor que entre los electrones térmicos y los iones positivos.

En presencia de especies orgánicas que capturan electrones como halógenos, peróxidos, quinonas, el grupo nitro, la corriente disminuye y esta disminución es la base del funcionamiento cuantitativo del detector. No es sensible a aminas, alcoholes e hidrocarburos. En este detector el voltaje se aplica en pulsos 0.6 us y

amplitud de 50 V para recolectar los electrones móviles. En los ECD pulsantes se emplea Ar con 5 por ciento a 10 por ciento de metano ya que así los electrones son mas veloces que en nitrógeno.

Es muy sensible y no altera la muestra, pero su intervalo de respuesta lineal es de cuatro órdenes de magnitud.

Un detector ECD tiene las siguientes características: el efluente de la columna pasa por un emisor constante entre los dos electrodos.

Es sensible a los elementos electronegativos, el orden de respuesta es F-< Cl-< Br-

< I-

El gas de Make up debe ser Ar-metano o N2, el volumen de celda es 0.2 mL, el intervalo de línea es de 104.

Funcionamiento del detector

El detector de captura de electrones consiste en una celda de volumen pequeño que contiene una baja energía b fuente de rayos, por lo general una fuente Ni63. El detector puede funcionar de dos maneras, ya sea con un potencial constante aplicado a través de la celda (el modo DC) o con un potencial de pulsos a través de la célula (el modo pulsado). En el modo de CC, hidrógeno o nitrógeno puede ser utilizado como gas portador y un pequeño potencial (por lo general sólo unos pocos voltios) se aplica a través de la célula que es justamente suficiente para reunir todos los electrones disponibles y proporcionar una pequeña corriente permanente. Si una molécula de captura de electrones (por ejemplo, una molécula que contiene un átomo de halógeno que tiene solamente siete electrones en su capa externa) entra en la célula, los electrones son capturados por la molécula y las moléculas cargadas convertidas. La movilidad de los electrones capturados se reduce mucho en comparación con los electrones libres y, por tanto, la corriente de electrodo cae dramáticamente. Hay algunas desventajas en el uso del modo de DC de detección que surge de la variación de la energía de los electrones con un potencial aplicado para la respuesta específica del detector para diferentes moléculas dependerá del potencial aplicado.

En el modo pulsado una mezcla de 10% de metano en argón se emplea generalmente al medio ambiente y captura de electrones, estos son muy diferentes. Los electrones generados por la fuente radiactiva rápidamente asumen solamente energía térmica y, en ausencia de un potencial de recolección , existe en la superficie de la fuente en una región anular alrededor de 2 mm de profundidad a la temperatura ambiente y aproximadamente 4 mm de profundidad a 400 C. por un período corto se aplica un impulso rectangular al electrodo de la

recolección de los electrones y la producción de una corriente de base. El metano de pie actual, utilizando 10% en atmósfera de argón se trata de 10-8 amplificador con un nivel de ruido de alrededor de 5 x 10-12 amp. La forma de onda del pulso se muestra en la figura 63.

Durante el período de inactividad de la forma de onda, los electrones con energía térmica sólo se procederán a unirse fácilmente a cualquier molécula de captura de electrones presentes en la célula y producir iones cargados negativamente. Los iones negativos rápidamente recombinan con los iones positivos y, por lo tanto, no estén disponibles para su recolección. En consecuencia, la señal recibida constituye una reducción en la corriente de pie. El período del potencial pulsado se ajusta de manera que relativamente a pocas de las moléculas cargadas negativamente y al ser lentas tienen tiempo de llegar al ánodo, pero los electrones que se mueven más rápido recogen todo. Durante el "período d" los electrones tratan de restablecer el equilibrio con el gas. Las tres variables de funcionamiento son la duración del pulso, frecuencia del pulso y la amplitud del pulso. Mediante el ajuste adecuado de estos parámetros, la corriente puede ser hecha para reflejar las movilidades relativas de las diferentes especies cargadas en la célula y, por lo tanto, ejercer cierta discriminación entre diferentes materiales de electrones de captura.

Hay un gran número de diseños diferentes, pero el detector de captura de electrones su base consta de una cámara pequeña de uno o dos ml de volumen con dos electrodos metálicos. Los electrodos pueden estar formados por cilindros concéntricos o por discos de metal separados por un aislante adecuado. La columna contiene la fuente radiactiva, generalmente eléctricamente conectado al conducto a través del cual el gas portador entra y al lado negativo de la fuente de alimentación. Un difusor de gasa "difusor" a veces se conecta a la salida de la columna y al lado positivo de la fuente de alimentación. La corriente de electrodo se mide mediante un amplificador adecuado y los datos adquiridos por un equipo apropiado.

El detector de captura de electrones es extremadamente sensible, probablemente el detector más sensible disponible GC (ca. 10-13 g / ml) y se utiliza ampliamente en la detección y análisis de compuestos halogenados, en particular plaguicidas,. Se funcionarán utilizando helio, argón o argón / mezclas de metano como gases portadores.

Metodología

Determinación de Morfina en fluidos biológicos (suero/ plasma)

Material

Cromatografo de gases Hp 5713ª con una columna de vidrio de 3 pies en espiral un detector de captura de electrones 63Ni . la cromatografía se hizo a temperaturas de columna y detector de 220 y 300 °C respectivamente y un vehiculo ( 5% de metano en argón ) velocidad de flujo de 40 ml / min,Tubo de vidrio de 50 ml con tapónPipetas graduadas de 2ml y 10 mlCentrifugadora

Reactivos

Solución tampón borato con p H 8.9Solución tampón fosfato con p H 10,1Solución etanolica de nalorfina diluida con acetato de etilo Isobutanol 10% de cloroformo

Indicaciones

El material de vidrio se lavó con dicromato acido antes de su uso.

Recolección de la muestra

Tomar una muestra de sangre en un tubo rojo centrifugar durante 5 minutos a 3500 rpm posteriormente separar el suero / plasma en otro tubo para trabajarlo posteriormente.

Procedimiento

En un tubo de vidrio de 50 ml agregar 2 mililitros de suero / plasma , dos mililitros de solución tampón borato junto con 25 ml de isobutanol al 10% se tapa el tubo y agitar vigorosamente durante 3 minutos.Se retira la parte acuosa del centrifugado y el disolvente se centrifugo durante 5 minutos a 2000 rpm, después se decantara en un en un cilindro graduado de vidrio con tapón de 25 ml.La capa orgánica se lavara dos veces con 5 ml de solución tampón de fosfato. se añadirán 5 ml de HCl 0.5 N y se agitara el cilindro vigorosamente durante tres minutos. Se extraerá 4.5 ml ml el extracto del ácido y se transferirán a un tubo tapado , y el p H se ajustara a 8,7Se extrajo de la solución acuosa en 5mlde acetato de etilo que contiene 10% de isopropanolCuatro y medio mililitros de de la solución de acetato de etilo – isopropanol junto con 0.1 ml de la solución de nalorfina se transfirieron a un tubo de 10 por 120 mm con una capa de teflón Se evaporara a una sequedad bajo una suave corriente de aire filtrado a 50 ° C Se le añadirá una decima de mililitro cada una de acetato de etilo y anohidrido trifluoroacetico y se tapara el tubo y se mezclara vigorosamente un minuto Posteriormente se colocó el tubo en baño de agua a 50 ° C durante 20 minutos, donde se vuelven a evaporar. Estos se reconstituirán en 0.1 ml de acetato de etilo, y se utiliza 1-5 alícuotas para la cromatografía.La cuantificación se basa en la altura del pico.

Resultados

Conclusiones

La cromatografía de gases tiene amplia aplicación, 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.

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.

Referencias

Skoog, A. D, Holler J.F, Nieman T.A. principios de análisis instrumenta, 5ª edición, pp. 767-768 grupo editorial Mc Graw Hill / interamericana de España, Aravaca (Madrid), 2001