UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CURSO: Laboratorio de Industrias Alimentarias DOCENTE: Dr. Wilber Loyola Carranza INTEGRANTES •Argomedo Reyes, María Ines. •Barreto Alvarez, Jonathan Junior. •Chávez Espinoza, Angélica Thalia. •Perez Fernandez, Yara de los Ángeles. •Requena Rodríguez, Kevin Anthony. Cromatografía de Gases Fundamentos y Aplicaciones CROMATÓGRAFO DE GASES EL CROMATÓGRAFO DE GASES FUNCIONAMIENTO SISTEMÁTICO DEL CROMATÓGRAFO DE GASES La cromatografía de gases se usa mucho en la determinación de compuestos orgánicos es una de las técnicas más versátiles y ubicuas en los laboratorios Por Ejemplo La separación de benceno y ciclohexano cuyos puntos de ebullición son 80.1 y 80.8 grados centígrados respectivamente es extremadamente sencilla mediante la cromatografía de gases, pero casi imposible con destilación convencional. CROMATOGRAFÍA DE PARTICIÓN GAS-LÍQUIDO Aunque Martin y Synge inventaron la cromatografía líquido-líquido en 1941, la introducción de la cromatografía de partición gas-líquido por James y Martin una década después tuvo una repercusión mayor e inmediata por dos razones: 1 La primera que al contrario de la cromatografía líquido-líquido en columna que se operaba manualmente, la cromatografía de gases requirió instrumentos para su aplicación, ésta se desarrolló gracias a la colaboración de químicos, ingenieros y físicos. Los análisis fueron mucho más rápidos y se hacían en pequeña escala. 2 La segunda fue que la industria petrolera con su desarrollo debía mejorar el control analítico por lo que la cromatografía de gases se adoptó de inmediato. CROMATOGRAFÍA DE PARTICIÓN GAS-LÍQUIDO → En pocos años se generalizó el uso de este método para analizar casi cada tipo de compuesto orgánico. → Con esta técnica se pueden separar mezclas muy complejas. → Cuando se acopla con la espectrometría de masas como sistema de detección es posible la identificación virtualmente positiva de los evaluados con una muy alta sensibilidad creando un sistema analítico muy poderoso. HAY DOS CLASES DE CROMATOGRAFÍA DE GASES - Cromatografía de gas sólido también llamado de absorción - Cromatografía de gas líquido también llamado de partición De ellas la más importante es la cromatografía de gas-líquido (GLC), por sus siglas en inglés gas liquid chromatography, usada en la forma de una columna capilar. FUNCIONAMIENTO SISTEMÁTICO DEL CROMATÓGRAFO DE GASES En cromatografía de gases la muestra a analizar pasa al estado de vapor, inyectando a un puerto calentado, el gas de la fase móvil se llama gas portador. El helio es el gas más usado además del argón, nitrógeno e hidrógeno; estos gases están disponibles en tanques presurizados se requieren reguladores de presión, calibradores y medidores de flujo para controlar la velocidad de flujo del gas. La fase estacionaria es un líquido no volátil soportado en una pared capilar con partículas sólidas inertes como la tierra de diatomeas, la muestra se inyecta rápidamente con una micro jeringa hipodérmica a través de un tapón septum de goma de silicona y pasa a la columna. La separación se efectúa a medida que los componentes del vapor se equilibran con el gas portador y la fase estacionaria. La muestra se detecta automáticamente cuando sale de la columna mediante un detector, cuya respuesta depende de la composición del vapor. INYECTOR Está formado por un bloque metálico provisto de un sistema de calentamiento, un termostato capaz de mantener su temperatura constante y un aislamiento térmico adecuado. En el interior de este horno se encuentra alojado el sistema de inyección, en este el gas portador previamente calentado pasa de forma continua por el sistema. La muestra es inyectada en el interior de la cámara por medio de una microjeringa de precisión a través de un diafragma perforable con capacidad de autosellado en el momento en que se retira la aguja. Una vez inyectada la muestra, ésta es vaporizada de forma instantánea mezclándose con el gas portador en una cámara de mezcla constituida de un material lo más inerte posible. La muestra una vez vaporizada es arrastrada rápidamente por la corriente de gas portador en dirección a la columna. Este inyector cuenta con un sistema de división de flujo a la salida de la mezcla. COLUMNA → Los dos tipos de columnas que se usan en cromatografía de gases son las columnas empacadas y las columnas capilares. → Las columnas empacadas fueron de primer tipo y se usaron durante muchos años. → Las fases se seleccionan de acuerdo con su polaridad teniendo en cuenta que lo semejante disuelve a lo semejante, esto es una fase estacionaria polar que interactúa más con los compuestos polares y viceversa; se debe seleccionar una fase en que el soluto tenga cierta solubilidad. Una vez que la muestra llega a la columna cromatográfica ésta va a comenzar a sufrir una separación según la polaridad de cada una de las partículas que componen a esta muestra adhiriéndose a la columna cromatográfica, conforme pasa la fase móvil van a ir diluyendo cada uno de los componentes. POR EJEMPLO En este diagrama vemos que la muestra conformada por tres tipos de partículas van a ser separadas según la polaridad de cada uno de ellos y conforme atraviesa cada una de ellas el detector se va registrando en el cromatograma. DETECTOR El detector de ionización de llama es el más usado y aplicable en cromatografía de gases. El efluente de la columna se dirige hacia una pequeña llama de aire hidrógeno, muchos compuestos orgánicos producen iones y electrones cuando se pirolizan a temperatura de una llama de aire hidrógeno. La detección consiste en la monitorización de la corriente que se produce al captar las cargas. La recolección de los iones y electrones se consigue aplicando varios centenares de voltios entre la punta del mechero y un electrodo colector localizado encima de la llama. La corriente resultante se mide entonces con un pico amperímetro. El detector de ionización de llama responde al número de átomos de carbono que entran en el detector por unidad de tiempo de modo que es un dispositivo sensible a la masa y no a la concentración. Este detector es selectivo hacia los compuestos que presentan enlaces carbono hidrógeno, por lo que son muy pocos los compuestos que no dan señal en él. En un detector de ionización de llama el gas procedente de la columna se mezcla con un hidrógeno y esta mezcla se quema en una cámara con exceso de aire, por encima de la llama se dispone un colector cilíndrico polarizado con el fin de recoger los iones generados sobre este dispositivo se mide la corriente iónica que se establece entre la punta del quemador y el electrodo colector. ¿CÓMO FUNCIONA UN CROMATÓGRAFO GASEOSO? CROMATÓGRAFO Puerto de inyección o inlet es el sitio en donde la muestra ingresa al sistema introduciendo una jeringa a través de un sello llamado septum el horno es el lugar en donde se cromatográfica encuentra la columna La columna cromatográfica Las columnas suelen tener un largo que varía según la aplicación siendo las más comunes las de 30 metros y el diámetro de la columna suele ser menor a medio milímetro. Lo que distingue a una columna de otra es la fase estacionaria que es el polímero que recubre sus paredes internas esta fase va a ser la encargada de interactuar con las sustancias nuestra muestra que componen FUNCIONAMIENTO Volvamos a nuestro cromatógrafo y vamos a verlo funcionar mediante una microjeringa vamos a inyectarle un litro de una muestra de solvente en este caso alcohol etílico absoluto pero este alcohol etílico va a tener contaminantes de hecho vamos a usar nuestro cromatógrafo para ver cuál es la pureza de nuestro alcohol y cuáles son las concentraciones de los contaminantes cuando ese micro litro de alcohol llegue al puerto de inyección se va a evaporar completamente en una fracción de segundo dado que en esa zona del equipo la temperatura será unos 200 grados celsius ese vapor de alcohol que en realidad va a contener una mezcla de alcohol con sus contaminantes va a ir avanzando por la columna y mediante distintos mecanismos de interacción con la fase de la columna cada uno de los componentes va a ir llegando al detector a distinto tiempo ya que cada especie química tiene una polaridad y un punto de ebullición específicos El equipo va a ir controlando la temperatura del horno es decir la temperatura de la columna comenzando por temperaturas más bajas por ejemplo 50 grados celsius hasta aperturas mayores digamos unos 200 grados celsius conocida la velocidad como rampa de de calentamiento temperaturas también es controlada por el equipo como resultado el detector va a registrar un aumento de la señal cada vez que detecte a una sustancia, Un software se encargará de controlar el cromatógrafo pero además registrará la señal producida por el detector en todo momento ,el registro de la señal durante el análisis en el que en el eje x se representa al tiempo transcurrido y en el eje y a la abundancia de las señales se llama cromatógrafo. El cromatograma es simplemente una gráfica con picos en forma de montañas en los que cada uno de esos picos corresponde a cada sustancia que fue llegando al detector en general ,los picos que salga primero van a ser los de las sustancias más volátiles y los últimos los de las sustancias más pesadas o las que por alguna razón fueron más retenidas por la columna por otra parte mientras mayor sea la altura de cada pico mayor va a ser la concentración de ese analito ,en una muestra junto con el cromatograma tendremos el reporte cromatográfico que nos dará a las concentraciones de cada analito en la muestra y en este caso nos dirá que tan puro era nuestro etanol y cuál es el porcentaje de cada contaminante CROMATÓGRAFO DE GASES Cromatógrafo de gases, acoplado espectrometría de masas y otros detectores Equipo marca Agiles 68-90 n. Se utiliza para determinar la composición química de aceites esenciales para determinar alcoholes superiores en bebidas alcohólicas, pesticidas organoclorados y fosforados en muestras como alimentos o agua y también se trabaja con aceites vegetales y ácidos grasos. Equipo cromatógrafo de gases acoplado a espectrometría de masa La muestra tiene que ser recolectada en unos viales color ámbar aproximadamente tiene que tener un ml para poder inyectar, el proceso de inyección de la muestra básicamente. El proceso de inyección de la muestra consiste en lo siguiente: - - Muestra colocada en el auto mostrador del equipo ( para 8 muestras) , consta con una jeringa para cada análisis, la cual se introduce dentro del sistema de inyección y toma 10 microlitro del vial, estos son inyectados a un merlín y luego son llevados a una cámara de vaporización. Luego es llevado por una fase móvil que en nuestro caso es gas helio altamente puro con 5 grados de pureza. - El Helio es el encargado de llevar las muestras que se convirtieron a gas, las lleva por una columna capilar dentro del horna, estas se encuentran a alta temperatura lo cual ayuda a que exista una presión de vapor elevada y componentes se separen en un tiempo razonable. Existen columnas polares y dentro de estas columnas se encuentra la fase estacionaria que puede ser un gas volátil, no volátil o puede ser sólido. - - Una vez que se inyectó por el merlín y pasó a la cámara de vaporización y se convirtió en gas, la muestra atraviesa todos los 30 metros de la columna y los compuestos se van separando de acuerdo al peso molecular que tiene. Los compuestos separados van ser cuantificados o detectados por los detectores. El equipo consta de cinco detectores. Detector de captura de electrones - Detector FIT, o detector de llama El olfatómetro El olfatómetro es un detector especial que sirve trabajar en aromas (aromas de cafe). El espectrómetro de masas nos permite cuantificar y determinar qué compuestos tiene una muestra (aceite, otro tipo de muestra de alimentos). ESPECTRÓMETRO DE MASAS Utiliza el vacío para que los iones puedan separarse y juntarse de acuerdo a su masa o carga, consta de una cámara en una fuente de iones (cuadro polo) que nos permite separar los compuestos de acuerdo al peso molecular que tengan. Los equipos analiticos tienen su propio programa software, en este caso es el SHEF. Se tiene programas para alcoholes, masas y ácidos grasos. Los métodos que colocamos en el programa son básicamente los que se utiliza. Por ejemplo: Sistema de inyección front o sistema de inyección parte delantera o back, podemos utilizar el espectrómetro de masas o el detector fit o el detector de captura de electrones también se debe acondicionar las columnas si se utiliza la primera columna o la columna posterior y ver la temperatura máxima que tiene cada columna. Si elevamos la temperatura del horno mayor a la temperatura que soporta una columna, las columna se queman dentro del horno y pierden la sensibilidad para preparar compuestos. Las columnas capilares necesitan estar conectadas al equipo mediante férulas de grafito, tuercas para detector de masas, cortadores de cerámicos así como lupas que nos ayudan a mantener el borde la columna totalmente recto. Columna capilar El analista puede elegir en qué sistema quiere su muestra ya sea en el modo split o el modo splitless. ● El modo split significa con división de la muestra y nos sirve con analitos que tengan concentraciones altas; nos indica que del 0.1 al 1% de la muestra ingresa al equipo, el resto es arrojado al ambiente mediante unas purgas que se encuentran atrás del equipo. ● El modo splitless significa sin división de muestra y nos sirve con analitos que tengan concentraciones bajas; nos indica que el 100% de la muestra son introducidos a la columna para ser reparados. La respuesta de una inyección puede durar desde 30 a 80 minutos, así como la respuesta de la separación de los componentes es un cromatograma. INYECTOR SPLIT-SPLITLESS INYECTOR SPLIT-SPLITLESS INYECTOR SPLIT RECOMENDACIONES ❖ ❖ ❖ ❖ ❖ REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CANAL DEL QFB. (2016). Cromatógrafo de gases - Funcionamiento sistemático básico. [Video]. Youtube. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=atTT5Rztnog AGS ANALITICA. (2018). ¿Cómo funciona un Cromatógrafo Gaseoso?. [Video]. Youtube. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=H_99ORfJ818 UTPL. (2013). Cromatógrafo de Gases. [Video]. Youtube. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=iC4tfkbF5hQ
