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PRINCIPIOS BÁSICOS DE CROMATOGRAFÍA DE GASES
CURSO – TALLER DETERMINACION DE PCB EN ACEITES DIELECTRICOS POR CROMATOGRAFÍA DE.
Quím. Cristina Toro Vilchez
CONCEPTOS
BÁSICOS
CROMATOGRAFÍA DE GASES
CROMATOGRAFIALa Cromatografía es una técnica mediante la cual los componentes de una mezcla, se separan según las distintas velocidades con que se desplazan
a través de una FASE ESTACIONARIA (líquida osólida) cuando son transportados por una FASE MOVIL (líquida o gaseosa).
CROMATOGRAFIAModalidades y Clasificación
Fase Móvil = Líquido
Fase Móvil = Gás
CromatografiaLíquida
CromatografiaGaseosa (CG)
En CG la FaseEstacionariapuede ser:
Sólida
Líquida
CromatografiaGás-Sólido (CGS)
CromatografiaGás-Líquido (CGL)
CROMATOGRAFIA GASEOSAAplicaciones
¿Que muestras pueden ser separadas por CG ?
Muestras cuyos constituyentes seanVOLATILES
(para que una sustancia cualquiera pueda ser“arrastada” por un flujo de gas, ella debe ser disuelta - por
lo menos parcialmente en ese gas)
DE FORMA GENERAL:CG es aplicable para separación y análisis de muestras
cuyos constituyentes tengan PUNTOS DE EBULLICION de hasta 300oC y que sean termicamente estables.
Compuestos que se pueden volatizar mediante incremento de temperatura
(10 - 20 % en el mundo)
Volátiles / Semi-volátiles
(peso molecular < 500)
Termo-estables
No reactivos
CROMATOGRAFIA GASEOSAAplicaciones
CROMATOGRAFO DE GASES1
2
3
4
6
5
1 - Cilindro de Gas y Controles de Vacío / Presión.2 - Inyector (Vaporizador) de Muestra.3 - Columna Cromatográfica y Horno de Columna.4 - Detector.5 - Electrónica de Tratamiento (Amplificación) de Señal.6 - Registro de Señal (Registrador analógico o Computador digital).
IMPUREZAS TÍPICAS EN GASES COMERCIALES
Gas Pureza H2O O2 hidrocarbono He 99.999 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm He 99.996 < 1 ppm 2 ppm < 1 ppm He 99.993 < 3 ppm 5 ppm < 1 ppm N2 99.999 < 2 ppm < 2 ppm < 1 ppm N2 99.99 < 2 ppm < 2 ppm < 1 ppm H2 99.999 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm H2 99.99 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
PUERTO DE INYECCION
Se inyecta a través delSeptum.
La Temperatura suele sersuperior a 50°C al puntode ebullición delcomponente menosvolátil.
Para GC capilar elinyector más popular essplit/splitless.
COLUMNAS
EMPACADA∅ = 3 a 6 mmL = 1 m a 3 m
Rellenada con sólido pulverizado, finamente dividido inerte y cubierto
con una FE sólida ó líquida depositada sobre las partículas de
relleno.
CAPILAR∅ = 0,1 a 0,5 mmL = 10 m a 60 m
Tubo fino de material inerte. Consisten en sílica fundida cuyas paredes internas están recubiertas con una película fina (fracción de µ
m) de FE sólida ó líquida. Más usadas son 0.25 mm y 0.32 mm DI
T de la columnadebe controlarse con precisión.
COMPARACION ENTRE COLUMNA EMPACADA Y CAPILAR
COLUMNAS CAPILARES
MATERIALDEL
TUBO
ø = 0,1 mma 0,5 mm
L = 10 ma 60 m
sílica fundidavidrIo pyrex
Ac. inoxNylon
Silicoacerado
Columnas de sílica son revestidas externamente con camada de polímero (poliamida) para aumentar resistencia mecánica química
Familias de Columnas Capilares :
PLOT (Porous layer open tube) Capa de FE sólida depositada en las paredes internas
SCOT (Support coated open tube) Paredes internas revestidas con material de relleno similar a las columnas empacadas
WCOT (Wall coated open tube) FE liquida deposida (ligada // entrecruzada) sobre las paredes internas.
COLUMNASProgramación Lineal de Temperatura
Muestras complejas (constituyentes con volatilidades muy diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:
TCOL BAJA:- Componentes mas volátiles son
separados- Componentes menos volátiles
demoran en eluir, saliendo como picos mal definidos
TCOL ALTA:- Componentes mas volátiles no son
separados- Componentes menos volátiles eluyen
mas rapidamente
Dispositivos que registran el arribo de los componentesseparados a medida que salen de la columna, generando unaseñal eléctrica.
CROMATOGRAMA: Representación de alguna función de la conc. delsoluto en función del tiempo de elución y del volumen de elución. Cadasustancia separada aparece como un PICO en el cromatograma.
DETECTORES
•Hay mas de 60 detector en aplicaciones para GC •15 son los más Comerciales
•4 son los más comunmente usados • TCD, FID, uECD, MSD.
•Para aplicaciones de análisis de COPs •ITC, triple Q, TOF, HMS.
DETECTORES
1
2
3
DETECTORES
4 responden a la mayor parte de las aplicaciones
DCT TCDDetector de
CondutividadTérmica (Variación de
condutividad térmica del gas de arrastre).
DIC FIDDetector de
Ionización dellama (Íones generados
durante la combustión de los eluatos en una llama
de H2 + ar.)
DCE ECDDetector deCaptura de
Eletrones (Supresión de corriente causada por la absorción de electrones por eluatos altamente
eletrofílicos).
EM MSDetector Es-
pectrométrico de Masas (Generan señal
para cualquiersustancia eluida.)
1. Alta sensibilidad2. Respuesta rápida3. Respuesta lineal4. Buena estabilidad5. Fácil funcionamiento6. Respuesta uniforme, predecible y selectiva
a una o más clases de analitos
CARACTERISTICAS DE UN DETECTOR
DETECTORES
CANTIDAD MINIMA DETECTABLE Masa de un analito que genera un pico con altura igual a tres veces el nivel de ruido
SEÑ
AL
(S)
RUIDO (N)
= 3SN
RUÍDO: Cualquier componente de señal generado por el detector que no se origina en la muestra
Fuentesde
Ruido
Contaminantes en los gases
Impurezas acumuladas en el detector
Sistema eléctrico deficiente: tierra, amplif.
DETECTORESLIMITE DE DETECCION Cantidad de analito que genera un pico con S/N = 3 y wb = 1 unidad de tiempo
El mismo detector, nível de ruído y masa de analito pueden generar diferentes anchos de base
wbQMD = f Detector (señal generado, ruído)
Ancho de pico cromatográfico
Definiendo limite de detección como:
LD es independiente de la eficiencia del sistema cromatográfico !
[QMD] =masa
(ng, pg ...)
[LD] = masa / tiempo
(ng.s-1, pg.s-1 ...)
DETECTOR DDT/DDE HCB Dieldrin TOXAFENO
GC/ECD 1 pg 0.5 pg
GC/MS-EI 1 – 10 pg 1 – 10 pg 25 pg 500 pg
GC/MS-NCI 0.1 pg 0.1 pg 1 pg 10 pg
GC-HRMS 0.05 pg 0.05 pg 0.1 – 0.5 pg 10 pg
LIMITE DE DETECCION
DETECTORESSENSIBILIDAD Relación entre el incremento de área de pico y el incremento de masa del analito
MASA
ÁR
EA
Factor de Respuesta, S
El incremento de masa causa incremento de áreaSensibilidadS
En ausencia de errores determinados:
A = área de pico cromatográficom = masa de analito
TCD
FID
ECD
AED
NPD (N)
FPD (S)
SCD (S)
PFPD (S)
10 -15 10 -12 10 -9 10 -6 10
fg pg ng µg mg
-3
MSD (SIM) (SCAN)
µECD
FPD (P)
ppt ppb ppm 0.1%
COMPARACION DE DETECTORES GC
HID
NPD (P)
DETECTORESRANGO LINEAL Intervalo de masas dentro del cual la respuesta del detector es lineal
MASA
AREA
A partir de cierto punto la señal no
aumenta mas linealmente
El fin de la zona de linealidad puede ser detectado cuando la razón (Area / Masa) diverge en mas de 5 % de la inclinación de la recta en la región lineal:
MASA
ÁR
EA /
M
ASA
0,95 S
1,05 S
DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES( ECD )
1. 63Ni libera partículas ß que colisionan conmoléculas del gas portador
2. Generación de electrones de baja energía queproduce corriente de referencia
3. Compuesto electronegativo captura electrón libre
4. Cambio de corriente Detección
Es muy sensible y selectivo
REACCIONES EN CAPTURA DE ELECTRONES
63Ni (radioactivo) → β β + N2 (gás de arraste) → N2* + e-Genera una corriente constante (lina base) M-Cl + e- → Diminuye la corriente
Los compuestos que absorben electrones reaccionan con los electrones térmicos disminuyendo la corriente del detector
CROMATOGRAMA MEZCLA SE COMPUESTOS CLORADOS
CROMATOGRAMA AROCLOR 1254
TIEMPO DE RETENCIÓN
Tiempo total que un componente
necesita para pasar por todo el sistema
cromatográfico después de su introducción.
Iny.
0 T0 TR
0' TTT RR −=
T’R: Tiempo de retencióncorrejido
TR= tiempo de retención
To = tiempo de eluciónde un compuesto noretenido
k’2 de un componentecon mayor retención
relativo al de k’1
FACTOR DE SELECTIVIDAD
(α)
Para lograr una separación entre
dos componentes, es necesario que exista diferencia
en retención.
1'12
'
>=kkα
1=α
No hay selectividad, cuando:
01
02
tttt
R
R
−−
=α
Una columna es eficiente cuando:
N >
H <
EFICIENCIA DE COLUMNA
Capacidad de una columna para
minimizar ensanchamiento de picos, o sea:
Capacidad de separación de
bandas.
22/1 )/(545.5 WtN R×=
HLN =
N: N° de platos teóricosH: Altura de platoW: Ancho de pico L: Long de la columna (cm)
2
2
16 RtLWH =
EFICIENCIA DEL INSTRUMENTO
Partes del instrumento pueden aportar al ensanchamiento de los picos:
Sistema de inyección
Detector
Conexiones / Uniones
GC ideal: la dispersión de un componente es determinada solamente por el proceso de
separación en la columna
Existe separación a la línea de base,
cuando:
FACTOR DE RESOLUCIÓN
Es una medida cuantitativa para
expresar el resultado de la
separación entre dos componentes.
Nk
kRs ×+
×−
×=1'
'141
αα
)]2()1([85.0)1()2(
2/12/1 WWttR rr
s +×−
=
5.1≥sR
RESOLUCION
Pico simétrico:
FACTOR DE ASIMETRÍA
Es una medida arbitraria para
expresar el grado de asimetría de un
pico.
baA s =
1=sA
h
b a10%
h
CONCEPTOS BÁSICOS
Resumiendo: Para que componentes puedan ser separados por cromatografía,
los factores determinantes son:
•Retención k ’
•Selección Diferencia en retención
•Eficiencia Ancho del pico