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Cromatografía de gases

La cromatografía de gases es una técnica cromatográfica en la que la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de un mechero de una columna cromatográfica. La elución se produce por el flujo de una fase móvil de gas inerte. A diferencia de los otros tipos de cromatografía, la fase móvil no interactúa con las moléculas del analito; su única función es la de transportar el analito a través de la columna.

Un equipo de cromatografía gaseosa.

Existen dos tipos de cromatografía de gases (GC): la cromatografía gas-sólido (GSC) y la cromatografía gas-líquido (GLC), siendo esta última la que se utiliza más ampliamente, y que se puede llamar simplemente cromatografía de gases (GC). En la 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 GLC utiliza como fase estacionaria moléculas de líquido inmovilizadas sobre la superficie de un sólido inerte.

La GC se lleva a cabo en un cromatógrafo de gases. Este consta de diversos componentes como el gas portador, el sistema de inyección de muestra, la columna (generalmente dentro de un horno), y el detector.

Historia

La cromatografía data de 1903 en la obra del científico ruso, Mijaíl Tsvet. El estudiante de doctorado alemán Fritz Prior desarrolló la cromatografía de gas de estado sólido en 1947. Archer John Porter Martin, que fue galardonado con el Premio Nobel por su trabajo en el desarrollo de la cromatografía líquido-líquido (1941) y de papel (1944), sentó las bases para el desarrollo de la cromatografía de gas y más tarde de la cromatografía líquido-gas (1950). Erika Cremer sentó las bases y supervisó gran parte del trabajo de Prior.

Gas portador

 
Diagrama de un cromatógrafo de gases

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...

El gas portador debe ser un gas inerte, para impedir 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. El almacenaje del gas puede ser en balas normales o empleando un generador, especialmente en el caso del nitrógeno y del hidrógeno. Luego tenemos un sistema de manómetros y reguladores de flujo para garantizar un flujo estable y un sistema de deshidratación del gas, como puede ser un tamiz molecular.

Generalmente la regulación de la presión se hace a dos niveles: un primer manómetro se sitúa a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatógrafo, donde se regula el flujo. Las presiones de entrada varían entre 10 y 25 psi, lo que da lugar a caudales de 25 a 150 mL/min en columnas de relleno y de 1 a 25 mL/min en columnas capilares. Para comprobar el caudal se puede utilizar un rotámetro o un simple medidor de pompas de jabón, el cual da una medida muy exacta del caudal volumétrico que entra a la columna.

La pureza de los gases es sumamente importante, se requieren niveles 4.5 o mayores es decir 99.995 % de pureza. Sin embargo, debido al cuidado que se debe tener con la fase activa de la columna, se hace completamente necesario la instalación de trampas a la entrada del gas portador, estas trampas obviamente tienen una capacidad limitada, pero son importantísimas al momento de usar el cromatógrafo. Estas trampas evitan el ingreso de hidrocarburos, agua y CO entre otros.

Sistema de inyección de muestra

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. Esta cámara está a 50 °C por encima del punto de ebullición del componente menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona septa o septum.

 
Inyector de muestra para un GC

Si es necesaria una reproducibilidad del tamaño de muestra inyectado se puede usar una válvula de seis vías o válvula de inyección, donde la cantidad a inyectar es constante y determinada por el tamaño del bucle de dicha válvula.

 
Un muestreador automático para emplear la técnica de Espacio de Cabeza o Head Space para GC (accesorio).

Si la columna empleada es rellena, el volumen a inyectar será de unos 20 μL, y en el caso de las columnas capilares dicha cantidad es menor, de 1 μL, y según el tipo de columna capilar (ya que existen columnas de distinto diámetro interno) es que si se utiliza todo el volumen de muestra inyectado. Para obtener menor cantidad de volumen, se utiliza un divisor de flujo (la inyección se conoce como modo "split") a la entrada de la columna que desecha parte del analito introducido. Si se utiliza todo el volumen de muestra la inyección es de tipo "splitless". El modo splitless se empleó más para determinar cantidades pequeñas o trazas (determinaciones ambientales).

Si se inyecta 1 microlitro de solvente -por ejemplo agua-, al pasar a la fase vapor su volumen se multiplicará por mil. Es decir, un microlitro de agua pasaría a ser 1 mL de agua en gas; como el volumen del puerto de inyección es limitado, se emplean split pulsado u otras configuraciones para garantizar el ingreso adecuado de las muestras.

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.

Según las curvas de Van Demter (HEPT vs. Velocidad Lineal), el mejor gas a usar en la columna cromatográfica como portador de los analitos es el hidrógeno, sin embargo dada su peligrosidad, es más usado como gas de encendido en el detector FID, junto con el aire. Luego vienen, respectivamente, helio y nitrógeno.

El gas hidrógeno es el mejor portador y los flujos que manejan los cromatógrafos no son peligrosos, además a la salida de estos generalmente existen restrictores de llama que evitan la propagación de un posible incendio. Se puede recomendar el uso de hidrógeno debido a, primero por su bajo precio respecto a los otros gases y por la resolución de los picos que se muestran en los cromatogramas.

La relación para la ignición entre hidrógeno y aire es de 4,1% para el límite inferior y del 74,8% para el superior a 101,3Kpa y 298K (Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems, NASA), y se tiene que estar en presencia de una chispa o zona de calentamiento alta (desde 520°C).

Columnas y sistemas de control de temperatura

En GC se emplean dos tipos de columnas: las empacadas 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 60 metros, y están construidas de acero inoxidable, vidrio, sílice fundida o teflón. Debido a su longitud y a la necesidad de introducirlas en un horno, las columnas suelen enrollarse en una forma helicoidal con longitudes de 10 a 30 cm, dependiendo del tamaño del horno.

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, como también la máxima temperatura de funcionamiento de la columna (fase estacionaria), y por lo general se ajusta a un valor igual o ligeramente superior a él. Para estos valores, el tiempo de elución va a oscilar entre 2 y 30-40 minutos. Si tenemos varios componentes con diferentes puntos de ebullición, se ajusta la llamada rampa de temperatura con lo cual ésta va aumentando ya sea de forma continua o por etapas. En muchas ocasiones, el ajustar correctamente la rampa puede significar separar bien o no los diferentes analitos. 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. Se puede programar la rampa tanto para aumentar como para disminuir la temperatura del horno para que no haya solapamiento de los picos.


Detectores

El detector es la parte del cromatógrafo que se encarga de determinar cuándo ha salido el analito por el final de la columna. 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 350-400 °C, temperaturas típicas trabajo.
  • Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales de analito debe dar salidas de señal iguales.
  • Alta fiabilidad y manejo sencillo, o a prueba de operadores inexpertos.
  • Respuesta semejante para todos los analitos, o
  • Respuesta selectiva y altamente predecible para un reducido número de analitos.

Algunos tipos de detectores:

 
Vista de un detector GC del tipo FID (desmontado).

Otros detectores minoritarios son el detector fotométrico de llama (PFD), empleado en compuestos como pesticidas e hidrocarburos que contengan fósforo o azufre. En este detector se hace pasar el gas eluido por una llama hidrógeno/oxígeno donde parte del fósforo se convierte en una especie HPO, la cual emite a λ = 510 y 526 nm, y simultáneamente el azufre se convierte en S2, con emisión a λ = 394 nm. Dicha radiación emitida se detecta con un fotómetro adecuado. Se han podido detectar otros elementos, como algunos halógenos, nitrógeno, estaño, germanio y otros.

En el detector de fotoionización (PID), el gas eluido al final de la columna se somete a una radiación ultravioleta con energías entre 8,3 y 11,7 eV, correspondiente a una λ = 106-149 nm. Mediante la aplicación de un potencial a la celda de ionización se genera una corriente de iones, la cual es amplificada y registrada.

Columnas y tipos de fases estacionarias

  • Columnas de relleno

Las columnas de relleno o empacadas consisten en unos tubos de vidrio, metal (inerte a ser posible como el acero inoxidable, níquel, 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.

El material de relleno ideal consiste en pequeñas partículas, esféricas y uniformes, con una buena resistencia mecánica, para tener una máxima superficie donde interaccionar la fase estacionaria y el analito. La superficie específica mínima ha de ser de 1 m²/g. Como todos los componentes de columnas para GC, debe ser inerte a altas temperaturas (~400 °C) y humectarse uniformemente con la fase líquida estacionaria durante el proceso de fabricación. El material preferido actualmente (2005) es la tierra de diatomeas natural, debido a su tamaño de poro natural. Estas especies, ya extinguidas, utilizaban un sistema de difusión molecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus residuos. Por lo tanto son materiales especialmente útiles, debido a que el sistema de absorción superficial del analito y la fase estacionaria es parecido.

El tamaño es crítico a la hora de darse el proceso de interacción del analito, y a menores tamaños la eficacia de la columna es mejor. Pero existe el problema de la presión necesaria para hacer circular un caudal estable de gas portador por la columna, ya que dicha presión es inversamente proporcional al cuadrado del diámetro de dichas partículas. Así, el tamaño mínimo para usar presiones máximas de 50 psi es de 250 a 149 μm.

  • Columnas capilares

Las columnas capilares son de dos tipos básicos: las de pared recubierta (WCOT) y las de soporte recubierto (SCOT). Las WCOT son simplemente tubos capilares donde la pared interna se ha recubierto con una finísima capa de fase estacionaria. Las columnas SCOT tienen en su parte interna una fina capa de material absorbente como el empleado en las columnas de relleno (tierra de diatomeas) donde se ha adherido la fase estacionaria. Las ventajas de las WCOT frente a las SCOT es la mayor capacidad de carga, 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 WCOT, luego las SCOT y por último las columnas de relleno.

Las columnas WCOT se fabrican a partir de sílice fundida, conocidas como columnas tubulares abiertas de sílice fundida o FSOT. Estas columnas se fabrican a partir de sílice especialmente pura, sin apenas contenido de óxidos metálicos. Debido a la fragilidad inherente a este material, en el mismo proceso de obtención del tubo se recubre con una capa de poliimida, de esta forma la columna puede enrollarse con un diámetro de unos pocos centímetros. Estas columnas, con propiedades como baja reactividad, resistencia física y flexibilidad, han sustituido a las WCOT clásicas.

Las columnas FSOT tienen diámetros internos variables, entre 250 y 320 μm (para columnas normales) y 150-200 μm para columnas de alta resolución. Estas últimas requieren menor cantidad de analito y un detector más sensible, al eluir menor cantidad de gas. Existen asimismo columnas macrocapilares con diámetros de hasta 530 μm, que admiten cantidades de analito comparables a las de relleno pero con mejores prestaciones.

En estas columnas existe un problema debido a la adsorción del analito sobre la superficie de la sílice fundida, adsorción debida a la presencia de grupos silanol (Si-OH), los cuales interaccionan fuertemente con moléculas polares orgánicas. Se suele solventar este inconveniente inactivando la superficie por sililación con dimetilclorosilano (DMCS). La adsorción debida a los óxidos metálicos se ve paliada en gran parte por la elevada pureza de la sílice empleada.

  • La fase estacionaria

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 100 °C mayor que la máxima temperatura alcanzada en el horno.
  3. Baja reactividad.
  4. Estabilidad térmica, para evitar su descomposición durante la elución.

Existen como mucho una docena de disolventes con estas características. Para elegir uno, debe tenerse en cuenta la polaridad del analito, ya que a mayor polaridad del analito, mayor polaridad deberá tener la fase estacionaria. Algunas fases estacionarias utilizadas actualmente (2005) son:

Generalmente, en columnas comerciales, la fase estacionaria se presenta enlazada y entrecruzada para impedir su pérdida durante las operaciones de elución o lavado. De esta forma se obtiene una monocapa adherida químicamente a la superficie de la columna. La reacción implicada suele ser la adición de un peróxido al líquido a fijar, iniciándose una reacción por radicales libres que tiene como resultado la formación de un enlace carbono-carbono que además incrementa su estabilidad térmica. Otra forma es la irradiación con rayos gamma.

Otro tipo de fase estacionaria son las quirales, lo cual permite resolver mezclas enantioméricas. Este tipo de fases suelen ser aminoácidos quirales o algún derivado adaptado al trabajo en columna.

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 grosor sube hasta 1 μm. El grosor máximo suele ser de 8 μm

Aplicaciones

La GC tiene dos campos de aplicación importantes. 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 de cada compuesto en condiciones determinadas (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.

Montaje de técnicas

El montaje de una técnica analítica de CG es netamente empírico, el perfil de los analitos que se quiera determinar, la elección de la fase móvil, los tiempos de retención (elución) estarán dados exclusivamente por las condiciones particulares de la columna (fase estacionaria) frente al equipo. Las rampas de temperatura a seleccionar bien pueden isotérmicas o escalonadas.

La elección del gás dependerá del tipo de detector, la elección de la columna (fase estacionaria) dependerá de la polaridad de los compuestos a separar, el detector dependerá del tipo de compuestos a detectar.

Usualmente una técnica analítica de GC consumirá muchas horas de un cromatografista en ser desarrollada e instalada por el método del ensayo y error antes de ser validada como real.

La elección de los estándares es fundamental en el desarrollo de la técnica. La estabilización de la línea base de la fase móvil en la fase estacionaria ( posterior al frente del solvente) a través del tiempo es fundamental para establecer un método. Una línea de base (solvente) poco estable o irregular que cambia de intensidad frente al detector a medida que eluye debe ser afinada y estabilizada antes de introducir los analitos.

El layout de los parámetros del rango de temperatura del horno, la adecuada elección de la columna y su fase estacionaria (incluye, tipo, largo y diámetro), la elección adecuada del tipo de detector, las temperaturas del detector e inyector, los volúmenes de analito, deberán ser establecidas de modo tal que se obtenga la mayor eficacia en separar los analitos, y con la mejor resolución posible. La pureza de la muestra dependerá de la preparación previa de la misma.

La CG es una metodología altamente efectiva y su performance permite una amplia gama de posibilidades para la química analítica en compuestos orgánicos. Una derivación de esta técnica es la Cromatografía HPLC que funciona sobre la base de la afinidad del analito por la fase móvil líquida en vez de gaseosa.

La sensibilidad de la técnica GC puede incluso detectar microgramos del analito si está bien montada. La cuantificación se basa en cálculos del área bajo la curva que es proporcional a la concentración del analito. Comúnmente se usa en estándar interno de trabajo.

Véase también

  • elución (en inglés)

Bibliografía

  • Skoog, Douglas A. y Leary, James J. (1994). Análisis Instrumental. Armenia: McGraw-Hill. ISBN 84-481-0191-X. 
  • McNair, Harold M. & Miller, James M. (1998). Basic Gas Chromatography. Canada: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-17260-X (alk. paper); ISBN 0-471-17261-8 (pbk.: alk. paper). 
  •   Datos: Q677065
  •   Multimedia: Gas chromatography

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La cromatografia de gases es una tecnica cromatografica en la que la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de un mechero de una columna cromatografica La elucion se produce por el flujo de una fase movil de gas inerte A diferencia de los otros tipos de cromatografia la fase movil no interactua con las moleculas del analito su unica funcion es la de transportar el analito a traves de la columna Un equipo de cromatografia gaseosa Existen dos tipos de cromatografia de gases GC la cromatografia gas solido GSC y la cromatografia gas liquido GLC siendo esta ultima la que se utiliza mas ampliamente y que se puede llamar simplemente cromatografia de gases GC En la GSC la fase estacionaria es solida y la retencion de los analitos en ella se produce mediante el proceso de adsorcion Precisamente este proceso de adsorcion que no es lineal es el que ha provocado que este tipo de cromatografia tenga aplicacion limitada ya que la retencion del analito sobre la superficie es semipermanente y se obtienen picos de elucion con colas Su unica aplicacion es la separacion de especies gaseosas de bajo peso molecular La GLC utiliza como fase estacionaria moleculas de liquido inmovilizadas sobre la superficie de un solido inerte La GC se lleva a cabo en un cromatografo de gases Este consta de diversos componentes como el gas portador el sistema de inyeccion de muestra la columna generalmente dentro de un horno y el detector Indice 1 Historia 2 Gas portador 3 Sistema de inyeccion de muestra 4 Columnas y sistemas de control de temperatura 5 Detectores 6 Columnas y tipos de fases estacionarias 7 Aplicaciones 8 Montaje de tecnicas 9 Vease tambien 10 BibliografiaHistoria EditarLa cromatografia data de 1903 en la obra del cientifico ruso Mijail Tsvet El estudiante de doctorado aleman Fritz Prior desarrollo la cromatografia de gas de estado solido en 1947 Archer John Porter Martin que fue galardonado con el Premio Nobel por su trabajo en el desarrollo de la cromatografia liquido liquido 1941 y de papel 1944 sento las bases para el desarrollo de la cromatografia de gas y mas tarde de la cromatografia liquido gas 1950 Erika Cremer sento las bases y superviso gran parte del trabajo de Prior Gas portador Editar Diagrama de un cromatografo de gases El gas portador cumple basicamente dos propositos 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 difusion gaseosa Facilmente disponible y puro Economico Adecuado al detector a utilizar El gas portador debe ser un gas inerte para impedir su reaccion con el analito o la columna Generalmente se emplean gases como el helio argon nitrogeno hidrogeno o dioxido de carbono y la eleccion de este gas en ocasiones depende del tipo de detector empleado El almacenaje del gas puede ser en balas normales o empleando un generador especialmente en el caso del nitrogeno y del hidrogeno Luego tenemos un sistema de manometros y reguladores de flujo para garantizar un flujo estable y un sistema de deshidratacion del gas como puede ser un tamiz molecular Generalmente la regulacion de la presion se hace a dos niveles un primer manometro se situa a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatografo donde se regula el flujo Las presiones de entrada varian entre 10 y 25 psi lo que da lugar a caudales de 25 a 150 mL min en columnas de relleno y de 1 a 25 mL min en columnas capilares Para comprobar el caudal se puede utilizar un rotametro o un simple medidor de pompas de jabon el cual da una medida muy exacta del caudal volumetrico que entra a la columna La pureza de los gases es sumamente importante se requieren niveles 4 5 o mayores es decir 99 995 de pureza Sin embargo debido al cuidado que se debe tener con la fase activa de la columna se hace completamente necesario la instalacion de trampas a la entrada del gas portador estas trampas obviamente tienen una capacidad limitada pero son importantisimas al momento de usar el cromatografo Estas trampas evitan el ingreso de hidrocarburos agua y CO entre otros Sistema de inyeccion de muestra EditarLa inyeccion de muestra es un apartado critico ya que se debe inyectar una cantidad adecuada y debe introducirse de tal forma como un tapon de vapor que sea rapida para evitar el ensanchamiento de las bandas de salida este efecto se da con cantidades elevadas de analito El metodo mas utilizado emplea una microjeringa de capacidades de varios microlitros para introducir el analito en una camara de vaporizacion instantanea Esta camara esta a 50 C por encima del punto de ebullicion del componente menos volatil y esta sellada por una junta de goma de silicona septa o septum Inyector de muestra para un GC Si es necesaria una reproducibilidad del tamano de muestra inyectado se puede usar una valvula de seis vias o valvula de inyeccion donde la cantidad a inyectar es constante y determinada por el tamano del bucle de dicha valvula Un muestreador automatico para emplear la tecnica de Espacio de Cabeza o Head Space para GC accesorio Si la columna empleada es rellena el volumen a inyectar sera de unos 20 mL y en el caso de las columnas capilares dicha cantidad es menor de 1 mL y segun el tipo de columna capilar ya que existen columnas de distinto diametro interno es que si se utiliza todo el volumen de muestra inyectado Para obtener menor cantidad de volumen se utiliza un divisor de flujo la inyeccion se conoce como modo split a la entrada de la columna que desecha parte del analito introducido Si se utiliza todo el volumen de muestra la inyeccion es de tipo splitless El modo splitless se empleo mas para determinar cantidades pequenas o trazas determinaciones ambientales Si se inyecta 1 microlitro de solvente por ejemplo agua al pasar a la fase vapor su volumen se multiplicara por mil Es decir un microlitro de agua pasaria a ser 1 mL de agua en gas como el volumen del puerto de inyeccion es limitado se emplean split pulsado u otras configuraciones para garantizar el ingreso adecuado de las muestras En caso de muestras solidas simplemente se introducen en forma de disolucion ya que en la camara de vaporizacion instantanea el disolvente se pierde en la corriente de purga y no interfiere en la elucion Segun las curvas de Van Demter HEPT vs Velocidad Lineal el mejor gas a usar en la columna cromatografica como portador de los analitos es el hidrogeno sin embargo dada su peligrosidad es mas usado como gas de encendido en el detector FID junto con el aire Luego vienen respectivamente helio y nitrogeno El gas hidrogeno es el mejor portador y los flujos que manejan los cromatografos no son peligrosos ademas a la salida de estos generalmente existen restrictores de llama que evitan la propagacion de un posible incendio Se puede recomendar el uso de hidrogeno debido a primero por su bajo precio respecto a los otros gases y por la resolucion de los picos que se muestran en los cromatogramas La relacion para la ignicion entre hidrogeno y aire es de 4 1 para el limite inferior y del 74 8 para el superior a 101 3Kpa y 298K Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems NASA y se tiene que estar en presencia de una chispa o zona de calentamiento alta desde 520 C Columnas y sistemas de control de temperatura EditarEn GC se emplean dos tipos de columnas las empacadas o de relleno y las tubulares abiertas o capilares Estas ultimas son mas comunes en la actualidad 2005 debido a su mayor rapidez y eficiencia La longitud de estas columnas es variable de 2 a 60 metros y estan construidas de acero inoxidable vidrio silice fundida o teflon Debido a su longitud y a la necesidad de introducirlas en un horno las columnas suelen enrollarse en una forma helicoidal con longitudes de 10 a 30 cm dependiendo del tamano del horno La temperatura es una variable importante ya que de ella va a depender el grado de separacion de los diferentes analitos Para ello debe ajustarse con una precision de decimas de grado Dicha temperatura depende del punto de ebullicion del analito o analitos como tambien la maxima temperatura de funcionamiento de la columna fase estacionaria y por lo general se ajusta a un valor igual o ligeramente superior a el Para estos valores el tiempo de elucion va a oscilar entre 2 y 30 40 minutos Si tenemos varios componentes con diferentes puntos de ebullicion se ajusta la llamada rampa de temperatura con lo cual esta va aumentando ya sea de forma continua o por etapas En muchas ocasiones el ajustar correctamente la rampa puede significar separar bien o no los diferentes analitos Es recomendable utilizar temperaturas bajas para la elucion ya que aunque a mayor temperatura la elucion es mas rapida se corre el riesgo de descomponer el analito Se puede programar la rampa tanto para aumentar como para disminuir la temperatura del horno para que no haya solapamiento de los picos Detectores EditarEl detector es la parte del cromatografo que se encarga de determinar cuando ha salido el analito por el final de la columna Las caracteristicas de un detector ideal son Sensibilidad Es necesario que pueda determinar con precision cuando sale analito y cuando sale solo el gas portador Tienen sensibilidades entre 10 8 y 10 15 g s de analito Respuesta lineal al analito con un rango de varios ordenes de magnitud Tiempo de respuesta corto independiente del caudal de salida Intervalo de temperatura de trabajo amplio por ejemplo desde temperatura ambiente hasta unos 350 400 C temperaturas tipicas trabajo Estabilidad y reproducibilidad es decir a cantidades iguales de analito debe dar salidas de senal iguales Alta fiabilidad y manejo sencillo o a prueba de operadores inexpertos Respuesta semejante para todos los analitos o Respuesta selectiva y altamente predecible para un reducido numero de analitos Algunos tipos de detectores Detector de ionizacion de llama FID Flame Ionization Detector Detector de conductividad termica TCD Thermical Conductivity Detector Detector termoionico TID ThermoIonic Detector Detector de captura de electrones ECD Electron Capture Detector Detector de emision atomica AED Atomic Emission Detector Vista de un detector GC del tipo FID desmontado Otros detectores minoritarios son el detector fotometrico de llama PFD empleado en compuestos como pesticidas e hidrocarburos que contengan fosforo o azufre En este detector se hace pasar el gas eluido por una llama hidrogeno oxigeno donde parte del fosforo se convierte en una especie HPO la cual emite a l 510 y 526 nm y simultaneamente el azufre se convierte en S2 con emision a l 394 nm Dicha radiacion emitida se detecta con un fotometro adecuado Se han podido detectar otros elementos como algunos halogenos nitrogeno estano germanio y otros En el detector de fotoionizacion PID el gas eluido al final de la columna se somete a una radiacion ultravioleta con energias entre 8 3 y 11 7 eV correspondiente a una l 106 149 nm Mediante la aplicacion de un potencial a la celda de ionizacion se genera una corriente de iones la cual es amplificada y registrada Columnas y tipos de fases estacionarias EditarColumnas de rellenoLas 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 teflon de longitud de 2 a 3 metros y un diametro interno de unos pocos milimetros tipicamente de 2 a 4 El interior se rellena con un material solido finamente dividido para tener una maxima superficie de interaccion y recubierto con una capa de espesores entre 50 nm y 1 mm Para que puedan introducirse en el horno se enrollan convenientemente El material de relleno ideal consiste en pequenas particulas esfericas y uniformes con una buena resistencia mecanica para tener una maxima superficie donde interaccionar la fase estacionaria y el analito La superficie especifica minima ha de ser de 1 m g Como todos los componentes de columnas para GC debe ser inerte a altas temperaturas 400 C y humectarse uniformemente con la fase liquida estacionaria durante el proceso de fabricacion El material preferido actualmente 2005 es la tierra de diatomeas natural debido a su tamano de poro natural Estas especies ya extinguidas utilizaban un sistema de difusion molecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus residuos Por lo tanto son materiales especialmente utiles debido a que el sistema de absorcion superficial del analito y la fase estacionaria es parecido El tamano es critico a la hora de darse el proceso de interaccion del analito y a menores tamanos la eficacia de la columna es mejor Pero existe el problema de la presion necesaria para hacer circular un caudal estable de gas portador por la columna ya que dicha presion es inversamente proporcional al cuadrado del diametro de dichas particulas Asi el tamano minimo para usar presiones maximas de 50 psi es de 250 a 149 mm Columnas capilaresLas columnas capilares son de dos tipos basicos las de pared recubierta WCOT y las de soporte recubierto SCOT Las WCOT son simplemente tubos capilares donde la pared interna se ha recubierto con una finisima capa de fase estacionaria Las columnas SCOT tienen en su parte interna una fina capa de material absorbente como el empleado en las columnas de relleno tierra de diatomeas donde se ha adherido la fase estacionaria Las ventajas de las WCOT frente a las SCOT es la mayor capacidad de carga ya que en su fabricacion se emplean mayores cantidades de fase estacionaria al ser la superficie de intercambio mayor Por orden de eficacia en primer lugar estan las WCOT luego las SCOT y por ultimo las columnas de relleno Las columnas WCOT se fabrican a partir de silice fundida conocidas como columnas tubulares abiertas de silice fundida o FSOT Estas columnas se fabrican a partir de silice especialmente pura sin apenas contenido de oxidos metalicos Debido a la fragilidad inherente a este material en el mismo proceso de obtencion del tubo se recubre con una capa de poliimida de esta forma la columna puede enrollarse con un diametro de unos pocos centimetros Estas columnas con propiedades como baja reactividad resistencia fisica y flexibilidad han sustituido a las WCOT clasicas Las columnas FSOT tienen diametros internos variables entre 250 y 320 mm para columnas normales y 150 200 mm para columnas de alta resolucion Estas ultimas requieren menor cantidad de analito y un detector mas sensible al eluir menor cantidad de gas Existen asimismo columnas macrocapilares con diametros de hasta 530 mm que admiten cantidades de analito comparables a las de relleno pero con mejores prestaciones En estas columnas existe un problema debido a la adsorcion del analito sobre la superficie de la silice fundida adsorcion debida a la presencia de grupos silanol Si OH los cuales interaccionan fuertemente con moleculas polares organicas Se suele solventar este inconveniente inactivando la superficie por sililacion con dimetilclorosilano DMCS La adsorcion debida a los oxidos metalicos se ve paliada en gran parte por la elevada pureza de la silice empleada La fase estacionariaLas propiedades necesarias para una fase estacionaria liquida inmovilizada son Caracteristicas de reparto factor de capacidad k y factor de selectividad a adecuados al analito Baja volatilidad el punto de ebullicion de la fase estacionaria debe ser al menos 100 C mayor que la maxima temperatura alcanzada en el horno Baja reactividad Estabilidad termica para evitar su descomposicion durante la elucion Existen como mucho una docena de disolventes con estas caracteristicas Para elegir uno debe tenerse en cuenta la polaridad del analito ya que a mayor polaridad del analito mayor polaridad debera tener la fase estacionaria Algunas fases estacionarias utilizadas actualmente 2005 son Polidimetilsiloxano fase no polar de uso general para hidrocarburos aromaticos polinucleares drogas esteroides y PCB Poli fenilmetildifenil siloxano 10 fenilo para esteres metilicos de acidos grasos alcaloides drogas y compuestos halogenados Poli fenilmetil siloxano 50 fenilo para drogas esteroides pesticidas y glicoles Poli trifluoropropildimetil siloxano para aromaticos clorados nitroaromaticos bencenos alquilsustituidos Polietilenglicol sirve para compuestos polares tambien para compuestos como glicoles alcoholes eteres aceites esenciales Poli dicianoalildimetil siloxano para acidos grasos poliinsaturados acidos libres y alcoholes Generalmente en columnas comerciales la fase estacionaria se presenta enlazada y entrecruzada para impedir su perdida durante las operaciones de elucion o lavado De esta forma se obtiene una monocapa adherida quimicamente a la superficie de la columna La reaccion implicada suele ser la adicion de un peroxido al liquido a fijar iniciandose una reaccion por radicales libres que tiene como resultado la formacion de un enlace carbono carbono que ademas incrementa su estabilidad termica Otra forma es la irradiacion con rayos gamma Otro tipo de fase estacionaria son las quirales lo cual permite resolver mezclas enantiomericas Este tipo de fases suelen ser aminoacidos quirales o algun derivado adaptado al trabajo en columna El grosor de la pelicula varia entre 0 1 y 5 mm el grosor depende de la volatilidad del analito Asi un analito muy volatil requerira una capa gruesa para aumentar el tiempo de interaccion y separar mas efectivamente los diferentes componentes de la mezcla Para columnas tipicas diametros internos de 0 25 o 0 32 mm se emplean grosores de 0 25 mm y en las columnas macrocapilares el grosor sube hasta 1 mm El grosor maximo suele ser de 8 mmAplicaciones EditarLa GC tiene dos campos de aplicacion importantes Por una parte su capacidad para separar mezclas organicas complejas compuestos organometalicos y sistemas bioquimicos Su otra aplicacion es como metodo para determinar cuantitativa y cualitativamente los componentes de la muestra Para el analisis cualitativo se suele emplear el tiempo de retencion que es unico de cada compuesto en condiciones determinadas mismo gas portador rampa de temperatura y flujo o el volumen de retencion En aplicaciones cuantitativas integrando las areas de cada compuesto o midiendo su altura con los calibrados adecuados se obtiene la concentracion o cantidad presente de cada analito Montaje de tecnicas EditarEl montaje de una tecnica analitica de CG es netamente empirico el perfil de los analitos que se quiera determinar la eleccion de la fase movil los tiempos de retencion elucion estaran dados exclusivamente por las condiciones particulares de la columna fase estacionaria frente al equipo Las rampas de temperatura a seleccionar bien pueden isotermicas o escalonadas La eleccion del gas dependera del tipo de detector la eleccion de la columna fase estacionaria dependera de la polaridad de los compuestos a separar el detector dependera del tipo de compuestos a detectar Usualmente una tecnica analitica de GC consumira muchas horas de un cromatografista en ser desarrollada e instalada por el metodo del ensayo y error antes de ser validada como real La eleccion de los estandares es fundamental en el desarrollo de la tecnica La estabilizacion de la linea base de la fase movil en la fase estacionaria posterior al frente del solvente a traves del tiempo es fundamental para establecer un metodo Una linea de base solvente poco estable o irregular que cambia de intensidad frente al detector a medida que eluye debe ser afinada y estabilizada antes de introducir los analitos El layout de los parametros del rango de temperatura del horno la adecuada eleccion de la columna y su fase estacionaria incluye tipo largo y diametro la eleccion adecuada del tipo de detector las temperaturas del detector e inyector los volumenes de analito deberan ser establecidas de modo tal que se obtenga la mayor eficacia en separar los analitos y con la mejor resolucion posible La pureza de la muestra dependera de la preparacion previa de la misma La CG es una metodologia altamente efectiva y su performance permite una amplia gama de posibilidades para la quimica analitica en compuestos organicos Una derivacion de esta tecnica es la Cromatografia HPLC que funciona sobre la base de la afinidad del analito por la fase movil liquida en vez de gaseosa La sensibilidad de la tecnica GC puede incluso detectar microgramos del analito si esta bien montada La cuantificacion se basa en calculos del area bajo la curva que es proporcional a la concentracion del analito Comunmente se usa en estandar interno de trabajo Vease tambien Editarelucion en ingles Bibliografia EditarSkoog Douglas A y Leary James J 1994 Analisis Instrumental Armenia McGraw Hill ISBN 84 481 0191 X McNair Harold M amp Miller James M 1998 Basic Gas Chromatography Canada John Wiley amp Sons Inc ISBN 0 471 17260 X alk paper ISBN 0 471 17261 8 pbk alk paper Datos Q677065 Multimedia Gas chromatography Obtenido de https es wikipedia org w index php title Cromatografia de gases amp oldid 135639464, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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