Principios de la CG. Cromatografía de gases. Cap. 27 Existen dos tipos generales de cromatografía de gases (CG): – Cromatografía Gas-Sólido • Fase estacionaria: Sólido – Cromatografía Gas-Liquido • Fase estacionaria: Liquido inmovilizado Principios de CG VR y VM dependen de la presión promedio dentro de la columna La columna tiene una resistencia al flujo – En la entrada, P= alta, F= bajo – En la salida, P= baja, F= alto P·F= constante El factor de la caída de presión j se usa para calcular la presión promedio desde la presión de entrada Pinlet y la presión de salida Poutlet Volumen de retención: Se tienen en cuenta los efectos de presión y temperatura. VR= tR ·F VM= tM ·F Retenida no retenida F=flujo volumétrico promedio (mL/min), se estima midiendo la velocidad del gas de salida de la columna usando un medidor de pompas de jabón. Pero medir VR y VM depende de • la presión dentro de la columna • la temperatura de la columna Principios de CG Factor de caída de presión j: 3[(Pinlet/Poutlet)2-1] j= 2[(Pinlet/Poutlet)3-1] Volumen de retención corregido: V0M= j·tM· F V0R= j·tR·F 1 Principios de CG Relación entre Vg y K K Volumen de retención especifico V0 R- V0 Vg= W Masa de la fase estacionaria M 273 Vg= Tcolumna Corrección para la Temperatura (K) Cromatografía de gases x Tcolumna ρFe=densidad de la fase estacionaria Vg es un a parámetro útil para identificar especies Vg depende de la constante de distribución para una T dada ρFe x 273 Cromatografía de gases Esquema general de un cromatógrafo de gases 2 Sistema de Inyección La eficacia de la columna requiere que la muestra sea de un tamaño apropiado. Es necesario que la muestra sea como un tapón de vapor. La inyección lenta de muestras demasiado grandes provoca un ensanchamiento de las bandas y una mala resolución Sistema de inyección Split: Método de rutina Sistema de Inyección En general, se inyecta la muestra con una micro jeringa a través de un septum. El septum, esta situado en una cámara de vaporización instantánea en la cabeza de la columna La cámara debe esta 50 grados por encima del punto de ebullición del volátil CG. Sistema de Inyección – 0.1-1% de la muestra va a la columna – Resto a desperdicios Splitless: Toda la muestra va a la columna – Ideal para análisis cuantitativo – Solo para análisis de trazas o muestras de baja concentración On-column: Para muestras que se descomponen por encima de su punto de ebullición- portal de inyección no calentado – La columna debe encontrarse a una temperatura baja para condensar la muestra en una banda estrecha – Al calentar la columna la cromatografía comienza. 3 CG. Sistema de Inyección Configuración del horno Elución isotérmica La temperatura de la columna depende del punto de ebullición de la muestra y del grado de separación requerido. Programa de temperaturas: se utiliza para muestras con un amplio intervalo de puntos de ebullición. 4 Programa de temperaturas Programa de temperatura Detectores.Características A medida que la temperatura aumenta, la presión de vapor del analito aumenta y se eluye mas rápidamente. La columna alcanza la temperatura durante la separación y las especies se separan según su rango de polaridades o presión de vapor. Detector de Ionización de Llama (FID) NECESARIO – Adecuada sensibilidad (10-8-10-15 g soluto/s) – Buena estabilidad y reproducibilidad – Respuesta lineal a varios ordenes de magnitud – Intervalo de temperaturas (0- 400oC) DESEADO – Tiempo de respuesta corto – Alta fiabilidad y manejo sencillo – Respuesta semejante para todos los analitos – No destructivo de la muestra 5 Detector de Conductividad Térmica Utiliza cambios en la (TCD) conductividad térmica de la Detector de Ionización de Llama (FID) Los compuestos orgánicos se pirolizan en llama de H2/Aire, produciendo iones y electrones que conduce la electricidad a través de la llama La señal depende del numero de átomos de C que entra por unidad de tiempo..Detector sensible a la masa Se aplica a compuestos orgánicos. Poco sensible a grupos carbonilos, aminas, alcoholes. No sensitivo a no-combustibles-H2O, CO2, SO2, NOx Elevada sensibilidad (10-13 g/s) Gran intervalo lineal, (107) Bajo ruido Destructivo de la muestra. Detector Quimiluminiscente de Azufre (SCD) Se basa en una reacción entre ciertos compuestos de azufre y ozono. El eluente se mezcla con H2y aire y se queman en un FID. Los gases resultantes se mezclan con ozono generando luminiscencia. La intensidad de luminiscencia es proporcional a la concentración de azufre. Útil para cuantificar mercaptanos corriente de gas ocasionados por las moléculas de analito (catarometro). Elemento (Pt, Au, W) calentado eléctricamente cuya temperatura depende de la conductividad térmica (CT) del gas ( resistencia). La CT de He o H2 es elevada. En presencia de compuestos orgánicos la CT disminuye y aumenta la temp. Simplicidad, amplio rango lineal(105). No destructivo Baja sensibilidad(10-8 g/s) Detector de captura de electrones (ECD) El eluente pasa sobre un emisor beta ( Ni-63) y provoca la ionización del gas portador. En ausencia de especies orgánicas se obtiene una corriente constante. La corriente disminuye en presencia de moléculas orgánicas que tienden a capturar los electrones. Selectivo a compuestos con grupos funcionales electronegativos ( halógenos, quinonas, nitros, peróxidos) Altamente sensibles, bajo rango lineal No alteran la muestra significativamente. 6 Detector de emisión atómica Detector de emisión atómica El eluyente se introduce en una plasma de He obtenido por microondas, que se acopla a un espectrofotómetro de emisión Aplicación al análisis de los componentes de la gasolina y derivados. Detector Termoiónico (TID) Detector selectivo para compuestos orgánicos que contienen P y N. Útil en la determinación de pesticidas. Semejante a FID. El fluyente se quema en una llama que fluye alrededor de una bola de silicato de rubidio calentada eléctricamente (600-800 C). No esta bien establecido el mecanismo pero eso hace que se produzcan gran cantidad de iones a partir de las moléculas que contienen P y N. Otros Detectores Detector de fotoionización – El eluyente se irradia con luz UV provocando la ionización de las moléculas Detector fotométrico de llama – Análisis de pesticidas e hidrocarburos – Selectivo a compuestos que contienen S y P. 7 Columnas y fases estacionarias en CG Dos tipos de columnas – Empaquetadas • Material de soporte sólido formado por partículas de sílice recubiertas con liquido (,100-300 µm diámetro) en un tubo de vidrio. • Ideal para gran escala pero lenta e ineficiente – Capilares/ tubulares abiertas Columnas capilares/tubulares abiertas Ideal para una mayor velocidad de análisis y eficacia pero solo aplicable a muestras pequeñas WCOT (wall coated open tubular) < 1 µm de liquido recubriendo el interior de un tubo de sílice. Actualmente, se utilizan capilares de sílice fundida con un recubrimiento externo protector de poliimida SCOT ( support coated open tubular ) 30 µm de liquido soportado en el interior de un tubo de sílice. La superficie interna esta revestida de una capa fina tal como tierra de diatomeas. Columnas tubulares abiertas 8
