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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

INSTITUTO DE BIOTECNOLOGÍA

METODOS EN BIOTECNOLOGIA

CROMATOGRAFÍA DE GASES

Biol. Laura Patricia Olguín PérezBiol. Héctor M. Rodríguez Magadán 8 de Junio de 2004

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CONTENIDO

Antecedentes/Historia 1Mecanismos de la cromatografía 2Fundamentos teóricos 2Nomenclatura 5

Fase móvil 6Puerto de inyección 6Horno de la columna 7Fase estacionaria 8Soporte 9Columna cromatográfica 10Detectores 15

Métodos 20Análisis cualitativo 20Métodos de coincidencia 21

Aplicaciones 31Comida, saborizantes y fragancias 31Químicos y petróleo 34Ambientales 35Médicas y biológicas 35Industria 37Otras aplicaciones 38Aplicaciones prácticas 38Cromatografía de gases como método principal 40

Innovaciones 41

Páginas web 45

Bibliografía 45

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Antecedentes/Historia

La cromatografía es un método físico de separación en el cual los componentes a serseparados son distribuidos entre dos fases, una de las cuales es estacionaria mientras la otrase mueve en una dirección definida. Los componentes son separados por sus diferentestazas de migración (IUPAC). La cromatografía puede ser clasificada por su utilidad y enbase al material que se utilice como eluyente para separar los solutos. De acuerdo a suutilidad la cromatografía se clasifica en: analítica, utilizada para determinar los químicospresentes en una mezcla y en que concentración; y preparativa, utilizada para purificargrandes cantidades de químicos.

La primera técnica cromatográfica fue ideada por el botánico ruso Mikhail Tswett en 1906,quien utilizó alúmina para separar los pigmentos coloreados de las hojas de las plantas.Tswett en su experimento original, metió dentro de un tubo de vidrio un fino polvo(sacarosa) para producir una columna de una altura deseada. Posteriormente, extrajo lospigmentos de hojas y los colocó en un solvente (éter de petróleo) y agregó un poco de lasolución dentro de la columna. Cuando toda la solución había pasado a través de lacolumna se formó una estrecha zona inicial bajo la capa inicial del adsorbente. Despuésagregó más solvente y aplicó presión en la parte de arriba de la columna. Mientras elsolvente iba pasando a través de la columna, los pigmentos se iban separandoindividualmente (Fig. 1). La clave del éxito de la columna de Tswett, fue la aplicación de lamezcla dentro de la columna en una zona inicial estrecha y la posterior aplicación delsolvente fresco.

Fig. 1. Columna cromatográfica de Tsweet3. Y = amarillo, G = verde

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En 1931, fue redescubierta por Richard Kuhn al utilizarla para el análisis de polienos. Losprimeros en utilizar un gas como fase móvil fueron A. T. James y A. J. Martin en 1952,para separar ácidos grasos cortos. Posteriormente Dabrio, en 1971, la utilizó para separarmetilaminas, aminas alifáticas y homólogos de piridina.

Mecanismos de la cromatografía

El movimiento de las substancias durante la cromatografía es el resultado de dos fuerzasoponibles, la fuerza de manejo de la fase móvil y la fuerza resistente o acción de retardo delsorbente. La fuerza de manejo mueve las substancias del origen de la columna en direccióndel flujo de la fase móvil. La acción de retardo impide el movimiento de las substanciasarrastrándolas del flujo y adhiriéndolas al adsorbente. Las moléculas se encuentranalternando entre estar pegadas al adsorbente o despegadas en el flujo, esto da comoconsecuencia que pese a que el flujo es constante, solo una fracción de las moléculas seestán moviendo. Las substancias que se mueven más lentamente es porque están siendounidas más fuertemente a la fase estacionaria, mientras que aquellas que se mueven másrápidamente es por que son menos solubles o de poca afinidad.

La habilidad de tener una migración diferencial entre los componentes de la mezcla es elresultado de la selectividad del sistema cromatográfico. El flujo de la fase móvil no esselectivo en el sentido de que no afecta el movimiento de los solutos. Como parte delsistema cromatográfico, sin embargo, la fase móvil debe ser un poco selectiva para ayudar ala absorción de los solutos con la fase estacionaria. La fase estacionaria también juega unpapel importante dentro del cromatograma debido a su acción resistiva como una fuerzaselectiva de la velocidad de flujo de los solutos.

Fundamentos teóricos

Se han propuesto muchas teorías con complejos modelos matemáticos para explicar elcomportamiento de los solutos en las columnas cromatográficas. Las más estudiadas son:

• Teoría de las placas teóricas (Martin y Synge)• Teoría cinética (Van Deenter, Zuiderweg, Klinkenberg y Sjenitzer)• Teoría desarrollada para columnas capilares (Golay)

La principal es la teoría de las placas teóricas (theoretical plates theory), la cual planteaque una columna cromatográfica está constituída por una serie de placas contenidas en lafase estacionaria. Supone como constante el volumen de la fase estacionaria en cada placa;que el volumen de fase móvil entre placas es constante; que las dos fases están en equilibrioen cada placa, y que el valor de coeficiente de distribución es constante e independiente dela concentración del soluto. Desventaja: además de que se basa en muchas suposiciones, laprincipal desventaja es la falta de conexión entre la eficiencia de la columna y laspropiedades fisicoquímicas de la partícula.

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La ecuación de esta teoría1:

N=16(tr/w)2

N= número de placas teóricas, adimensionaltr= tiempo de retención de un compuesto, minutosw= ancho del pico a media altura, minutos

La teoría cinética considera el comportamiento en un proceso cromatográfico en función delos factores cinéticos que intervienen:

Variaciones en las velocidades de flujo, debido a las diferentes rutas que puede tomar elanalito durante su migración a través del empaque.Difusión axial o longitudinal del soluto en la fase móvil.Resistencia a la transferencia de masas entre la fase móvil y la fase estacionaria.

La ecuación de Van Deemter1:

HETP o H=A+B/u+Cu

HETP o h= altura equivalente a una placa teórica, milímetros.u= L/ tr aire promedio de la velocidad lineal, cm/segA= 2λdp difusión aparenteB= 2γDm coeficiente del término debido a la difusión molecularC= (8/π)(k’/[1+ k’]2)(df/Ds) coeficiente del término debido a la resistencia a la transferencia demasas

En la teoría para las columnas capilares se considera que la difusión aparente no contribuyede manera apreciable al ensanchamiento de los picos en este tipo de columnas. Elcoeficiente relacionado con la difusión molecular tiene un valor de uno debido a que ladistancia que recorre la partícula es igual a la longitud de la columna. El términorelacionado con la transferencia de masas viene dado en función del diámetro de lacolumna, pues en este tipo de columna es más importante que el tamaño de partícula derelleno.

La ecuación de esta teoría es un caso particular de la ecuación de la teoría cinética, en estecaso se omite el término A pues su valor es despreciable; se relacionan las magnitudes quecaracterizan la geometría del soporte y el término C se presenta de manera distinta pues eneste tipo de columna es más importante la fase móvil que el tamaño de partícula.

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Circulación del gas portador

La ley de Darcy1 correlaciona la velocidad lineal de un gas que circula por una columnacon el gradiente de presión.

u= - (k/η) (dP/ dz)

u= velocidad lineal en un punto de la columnaz=distancia a la entrada de la columnaη= viscosidad del gasdP= gradiente de presión de un elementodz= longitud de columnak=constante de permeabilidad.

Las respectivas integraciones de la ecuación permiten obtener una que relaciona el valor dela presión con la posición de la columna, otra que indica la velocidad media, lacompresibilidad o factor de obstrucción

Coeficiente de reparto (K)

Propiedad termodinámica del sistema soluto-fase estacionaria-fase móvil independiente delproceso cromatográfico. Concentración de soluto en la fase estacionaria frente aconcentración de soluto en fase móvil a temperatura constante.

Factor de capacidad (k’)

Depende de las propiedades termodinámicas del sistema (K) y además es función de lascaracterísticas de la columna en particular. Probabilidad de encontrar una moléculadeterminada de soluto en la fase estacionaria o en la fase móvil

Relación frontal (Rf)

La relación frontal y el factor de capacidad son dos maneras de medir el mismo fenómeno.Representa la relación entre las velocidades medias del soluto y la fase móvil en surecorrido por la columna.

Tiempo muerto ( tm)

Es el tiempo de retención de una sustancia insoluble en la fase estacionaria (K=0).

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Volumen de retención (VR)

Es el volumen de fase móvil necesario para transportar el soluto de un extremo a otro de lacolumna. Se denomina volumen de retención neto al volumen verdadero y corregido, elcual se obtiene a partir de la ecuación que involucra además la compresibilidad del gasportador. El volumen de retención específico está delimitado por la temperatura.

Retención relativa (rx:p)

Conservan las propiedades del coeficiente de reparto y son fáciles de calcular, su manejo sedificulta al momento de elegir un patrón adecuado. Se utiliza para disminuir el efecto deerrores, sobre todo, en el conocimiento del peso de la fase estacionaria en la columna.

Resolución

Cada sustancia se desplaza a una velocidad característica dada por el valor de su relaciónfrontal en dichas condiciones. Altura equivalente a una placa teórica. Por tratarse de unmétodo donde se separa por elución es mejor referirse a tiempo de elución más que adistancias recorridas.

Eficacia

Una columna será más eficaz mientras mayor sea el número de placas teóricas que tenga.Para poder hacer comparaciones entre columnas es necesario establecer condicionessimilares de trabajo.

Nomenclatura

Desde el primer cromatógrafo de Tswett hasta los cromatógrafos de ahora siguen utilizandola misma nomenclatura para sus componentes:

Un tubo de metal o vidrio se llena con un sólido activo (adsorbente) para formar unacolumna cromatográfica. La mezcla a separar es aplicada en una zona inicial y es lavadacon un solvente, líquido de lavado o revelador. La serie de resultados se denominacromatograma, y el lavado de la zona inicial para formar el cromatograma es la formacióno desarrollo del mismo.

Cuando el agente a detectar se trata con un agente químico para formar un color, se diceque la cromatografía está siendo revelada. La combinación del solvente, la mezcla y eladsorbente son llamados sistema cromatográfico. Cada sistema cromatográfico estácompuesto por una fase móvil (solvente) y una fase estacionaria (la columna).

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Si los componentes de la mezcla son analizados cuantitativamente, recibe el nombre deevaluación o cuantificación. Si el soluto es separado del adsorbente por lavado antes delanálisis, entonces se le llama elución y al agente a ser analizado se le llama eluyente, allíquido que sale de la columna se le nombra efluente. Cuando la fase móvil es líquida, latécnica suele recibir un nombre relacionado con la forma en que se dispone la faseestacionaria (columna, capa fina, papel, etc.). Existen tres formas de desarrollar esteproceso: elución, análisis frontal y desplazamiento. Cuando la fase móvil es un gas,solamente se utilizan columnas y el proceso siempre se realiza por elución.

La forma más usual de hacer cromatografía de gases es utilizando un líquido como faseestacionaria; recibe entonces el nombre de cromatografía gas-líquido (CGL). También seutilizan absorbentes, dando lugar a la cromatografía gas-sólido (CGS), pero en muchomenor proporción.

La cromatografía de gases es una técnica analítica que puede ser utilizada para separarcompuestos orgánicos basada en sus volatilidades. También provee información cualitativay cuantitativa de los componentes presentes en una mezcla. Los componentes sonseparados por sus diferencias de partición entre la fase móvil gaseosa y la fase estacionariaen la columna, permitiendo que sean separados en tiempo y espacio.

Un cromatógrafo de gases consiste de:

1. Fase móvil.2. Puerto de inyección.3. Horno de la columna.4. Columnas5. Fase estacionaria.6. Detector.7. Sistema de registro de datos.

Fase móvil (mobile phases)

Gaseosa, líquida o fluido supercrítico (potencia disolvente de los fluidos a temperaturas ypresiones superiores al punto crítico). Estas fases son generalmente gases inertes comoHelio, Argón o Nitrógeno. El gas portador lleva las moléculas del analito a través de lacolumna, este movimiento es inhibido por la adsorción que presenta el analito tanto en lasparedes de la columna cuanto en los materiales empaquetados en la misma.

Puerto de inyección (inyection port)

Es un dispositivo que permite la introducción de la muestra en la corriente del gas portador.Existe cierta variedad de diseños según el tipo de muestra que se trata de analizar. El máscomún es el inyector de líquidos, que puede utilizarse para sólidos (en disolución) y gases

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(mediante jeringas especiales). El inyector se trata de una cámara situada a la entrada de lacolumna y calentada independientemente de ésta (a temperatura superior del punto deebullición del componente más volátil de la muestra, generalmente), que suele tener unamembrana de caucho a través de la cual se introduce la muestra con la ayuda de unamicrojeringa hipodérmica.

Inyección de la muestra evaporada e introducirla a la columna a través de un septo deplástico (estable a la temperatura de inyección, debe ser reemplazado periódicamente).Temperatura de inyección debe ser de 10° a 50° mayor a la temperatura de la columna.Jeringas: varios estilos disponibles. Aguja fija, removible. Varios tamaños y ángulos.Volúmenes de la muestra desde 1 µl, líquidos de 0.1-10 µl y gases 0.5-5 ml. Inyecciónrápida para introducirla en una sola descarga y no debe haber aire al momento del llenado.Precisión de la inyección +/-1%. Incremento de la precisión al utilizar circuitos (gassampling loops) y válvulas para introducir cantidades constantes. Equipo no caro y requieretemperatura constante.

La técnica de inyección de muestra recomendada para líquidos en cromatografía de gaseses el método de flujo del solvente. El solvente puro es introducido a la jeringa seguido deuna bolsa de aire, después se coloca la solución muestra, y finalmente otra bolsa de aire. Selee el volumen de la muestra y posteriormente se inyecta al cromatógrafo.

Horno de la columna

En el interior se sitúa la columna, donde se debe tener una buena regulación de latemperatura. Dentro del horno la columna se conecta en un extremo al puerto de inyección,y en el otro al detector. La columna debe estar en el centro del horno sin tener contacto conlas paredes (Fig. 2).

Fig. 2. Horno con columna capilar.

Columna decapilaridad

Percha dela columna

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Fase estacionaria (stacionary phase)

La fase estacionaria es la encargada de separar los componentes de la muestra. Esta puedeser un sólido o un líquido, dispuestos sobre un sólido que actúa como soporte (columna). Elsólido de la fase estacionaria puede ser de aluminio, sílica gel, carbón o tierra de diatomeas;y el líquido de la fase estacionaria debe tener una baja viscosidad y una alta y diferencialsolubilidad. Cuando la fase estacionaria es un sólido, la interacción que puede tener con lafase móvil se puede clasificar en: Adsorción, intercambio iónico y de filtración sobre gelesporosos. Cuando es un líquido, la interacción con la fase móvil recibe el nombre de reparto,esta última es la forma más usual de hacer cromatografía de gases.

Para obtener la mejor resolución de dos substancias dentro de la columna, se requiere teneruna fase estacionaria donde su retención relativa sea mayor a la unidad. Esto depende delpunto de ebullición y el coeficiente de actividad de los solutos en dicha fase. De aquí queen series homólogas el orden de elución sea el de los puntos de ebullición crecientes,independientemente de la fase empleada, salvo en casos especiales. Por otra parte, dossustancias de punto de ebullición idéntico, pero de estructura química diferente, podránsepararse fácilmente con base en su distinta solubilidad.

Para la elección de la fase estacionaria se deben de tener en cuenta las siguientesconsideraciones:

Los límites de temperatura del líquido elegido, considerando su viscosidad y volatilidad.Un descenso en la temperatura de la columna aumenta el tiempo de retención de lossolutos y en ocasiones puede mejorar las separaciones. Pero cuando la viscosidad de la faseestacionaria se hace demasiado alta, o se alcanza el punto de fusión, generalmente laeficacia de la columna baja enormemente.

La posibilidad de reacciones irreversibles con la columna. Este fenómeno podría impedir eluso de una fase que para diferentes solutos resultaría excelente. Por ejemplo, los ácidos nopueden analizarse en fases de carácter básico, ni los aldehídos en THEED (tetrahidroxietil-etilendiamina), pues reaccionan para formar acetales, que se quedan en la columna. Confrecuencia la reacción no ocurre con la fase misma, sino con impurezas en ella.

La fuerza de interacción soluto-solvente que han de influir en los coeficientes de actividadde los componentes de la mezcla. La elección de la fase se hace teniendo en cuenta lapolaridad de los solutos a separar y de su tiempo de retención en la fase a medida que supolaridad aumenta.

La elección de la fase estacionaria dependerá no solo de la presencia de polaridad dentrode los solutos, sino más bien de una visión de conjunto de la mezcla compleja que se deseeseparar. Puesto que el grado de separación de dos sustancias depende de sus respectivoscoeficientes de reparto en la fase estacionaria, cada mezcla particular debe tener, al menosteóricamente, una fase que efectúe la separación mejor que las demás. Dependiendo del

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tipo de material es la temperatura máxima a la que se puede trabajar. Las fases se puedenclasificar en:

• No polares: para separar sustancias poco o nada polares. El más utilizado son lasgomas de silicona OV-1, OV-101 o SE-30, para trabajar hasta más de 300ºC dondese consiguen eficacias de columna extraordinarias.

• Con carácter ligeramente polar: utilización general, buena selectividad paramezclas mixtas. Sebacato de dietil (2 etil hexilo), aceite de silicona, gomas desilicona.

• De polaridad media o alta: no aptos para hidrocarburos no aromáticos. Aceite deUcon LB-550X, polifenil éter, Carbowax 1 540, succinato de butanodiol.

Columnas con fase mixta: para resolución de separaciones parciales con dos o más líquidos.Posibilidad de separar hasta 50 sustancias mezclando dos, tres y cuatro líquidos para formarla columna final. Aunque es más laboriosa y poco práctica la representación gráfica esto hasido simplificado al utilizar programas computacionales.

Soporte (Support)

La función básica del soporte sólido es sostener la fase estacionaria. El soporte debe detener elevada superficie por unidad de volumen, estabilidad térmica, dureza mecánica,inactividad química y baja resistencia al paso de un gas.

La mayoría está hecho de tierra de diatomeas (diatomita o Kieselguhr), principalmente setrata de sílice hidratada microamorfa, la calcinación de esta tierra dará lugar a diversosproductos según la forma y temperatura de tratamiento.

Fundente carbonato sódico, productos blancos utilizados para filtración. Celita, Celatom.Tiene menor actividad superficial residual. El cromosorbo G es utilizado en columnas conpoca fase estacionaria y se obtienen mejores eficacias. El cromosorbo A es utilizado enescala preparativa.

Sin fundente y a mayor temperatura, productos rosados utilizado para ladrillos refractarios.Sil-O-Cel, Sterchamol, C-22. Son de mayor superficie y mejor resistencia mecánica, peroson los que presentan mayor actividad superficial residual.

Todos los soportes porosos tiene cierta actividad residual debida a la presencia de ionesmetálicos o defectos de superficie, y a los grupos OH de las moléculas. Esta actividadmodifica el desarrollo normal del cromatograma, por lo tanto este efecto debe serdisminiudo desactivando el soporte.

Una manera es cubrirlos con la misma fase estacionaria, la cua se adsorbe fuertemente enestos puntos y el efecto sobre el soluto es menor. También se puede hacer por lavado ácido

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o básico, aunque el sistema más utilizado es hacer reaccionar los grupos hidroxilo de lasuperficie del soporte con reactivos adecuados.

El más común es la silanización, en el que se hace reaccionar con dimetil diclorosilano, ypueden encontrarse comercialmente con el mismo nombre que el material original(Cromosorbo) o nombres especializados. Aunque para casos extremos pueden presentarseaún fenómenos de adsorción que se eliminan añadiendo una pequeña cantidad de faseestacionaria muy polar (Carbowax).

Columna cromatográfica

Las columnas están hechas de cobre, acero inoxidable o tubos de vidrio, dobladas oenrrolladas. Excepto para las de vidrio, las columnas son empacadas mientras se estándoblando. Las columnas analíticas tienen una longitud de 1-6 m. de longitud y de 2-4 mm.de diámetro. Según se encuentre en ella distribuida la fase estacionaria y el valor quealcance la relación de fases se originan los diferentes tipos de columnas. La separación dela mezcla se realiza dentro de la columna, por lo tanto, es la parte más importante delcromatógrafo.

La primera columna utilizada fue una de relleno (James & Martin, 1952), posteriormentefue introducida la columna capilar, siendo así los dos extremos en la gama de columnasutilizadas en la cromatografía de gases. El criterio para la diferenciación de columnas escon base en dos propiedades de éstas:

• Relación de fases: volumen de fase móvil/volumen de fase estacionaria; Vm/Vs

• Permeabilidad: representada por una constante dependiente de las característicasgeométricas de la columna; k

Con base en estas dos características se encuentran los siguientes tipos de columnas, en lasque Vm/Vs y k aumetan en orden progresivo1:

1. Clásicas de relleno2. Capilares rellenas3. Capilares de capa porosa4. Capilares abiertas

La elección de las columnas es lo más crítico, existen dos diferencias fundamentales quedeben ser cosideradas para la elección de la columna: la cantidad de muestra que admiten(capacidad de carga) y los valores de los flujos del gas portador. La capacidad de carga sedefine como la cantidad de muestra que se puede inyectar sin pérdida apreciable de eficaciay está relacionado con la cantidad de fase estacionaria por unidad de longitud de lacolumna.

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Las columnas empaquetadas contienen un soporte sólido inerte con una cubierta delgada dela fase líquida. El soporte sólido es frecuentemente tierra de diatomeas. La fase líquidapuede tener una viscosidad baja y una alta solubilidad para la mezcla de componentes.

Las columnas de capilaridad originalmente contenían una película del líquido cubriendo lapared interna de la columna de vidrio o metal. Las columnas de capilaridad ahora contienenuna capa de revestimiento sólido dentro de ella con poro en el centro. Estas columnas sonmejores porque se les puede aplicar una velocidad óptima de flujo más rápida (aprox. de 2-5 ml por min en lugar de 1 ml por min). Debido a este tipo de columnas, los análisis hanpodido ser más sensibles.

La cantidad de muestra que admite una columna capilar sin que sufra sobrecarga es muchomenor que en una columna clásica. La sobrecarga se alcanza cuando la concentración desoluto en la fase estacionaria es tan grande que la isoterma de distribución deja de serlineal.

1.- Columnas clásicas de relleno

Constituídas por un tubo de metal o vidrio con relleno de soporte granular con la superficierecubierta por una película de la fase estacionaria.

Longitud 1-10 mDiámetro interno 2-4 mm hasta 5 cm en escala preparativaTamaño de la partícula de relleno diez veces menor que el diámetro del tuboCapacidad de carga grandeRelación de fases pequeñaPermeablilidad baja

A mayor tamaño de partícula del relleno mayor será su permeabilidad, cuanto más rugosasea su superficie mayor capacidad de carga se obtendrá. Por esta razón es el único tipo decolumna que se usa a escala preparativa.

La suspensión del soporte en la disolución de la fase estacionaria debe agitarsemecánicamente y, si es necesario, calentar ligeramente para evaporar la mayor parte delsolvente. El tubo de la columna debe estar perfectamente limpio, para rellenarlo se debeintroducir un extremo de ésta en el relleno preparado con la ayuda de un embudo, mientrasque por el otro extremo se hace vacío con una bomba. Como tapones es conveniente utilizarlana de vidrio o cuarzo y una malla metálica fina (Fig. 3).

2.- Columnas capilares rellenas

Se distinguen de las columnas clásicas de relleno por le diámetro interno del tubo, noexcede un milímetro. Además, la relación entre los diámetros del tubo y de la partícula de

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relleno es del orden de tres a cinco veces. Esto hace que sea un relleno más irregular y unapermeabilidad del orden de diez veces superior.

Longitud de 10-50 m.Diámetro interno de 1 mm.Tamaño de la partícula de relleno de 3 a 5 vecesCapacidad de carga pequeñaRelación de fases grandePermeablilidad mayor que las clásicas

Al ser mayor la permeabilidad pueden construirse columnas más largas (10-50 m). Guichon(1966) y Halasz (1967) han hecho estudios muy detallados de este tipo de columna.

Este tipo de columnas no está comercializado, debido a lo difícil de introducir un soporte enun tubo capilar metálico de esa longitud. Por el contrario, es más sencillo cuando se trata detubos de vidrio. Se rellena un tubo Pyrex con el soporte elegido antes de estirarlo, entoncesal capilar resultante contiene ya el soporte en su interior. La fase estacionaria se introducede manera similar a las columnas capilares abiertas (Fig. 3).

3.- Columnas capilares de capa porosa

En este caso el soporte es depositado en la pared interior del tubo, después es recubierto porla fase estacionaria y la parte central del capilar permanece vacía.

Longitud de 25-200 mDiámetro interno de 0.1-0.5 mmTamaño de la partícula de relleno varía entre el de un soporte clásico y las partículas decarbono producidas por la pirólisis de una sustancia orgánica.Permeablilidad valores máximos (al igual que las capilares abiertas)

El procedimiento dependerá de la naturaleza de la columna y del soporte.Columna metálica: se prepara una suspensión del soporte, se llena la columna con lasuspensión, se cierra un extremo y se evapora el agente dispersante quedando así adheridosa la pared del capilar.

Columna de vidrio: similar al de columnas capilares rellenas. La diferencia consiste enintroducir una varilla de acero inoxidable un el tubo de vidrio y situar el soporte entreambos. Después se procede al estirado manteniendo fija la varilla (Fig. 3).

4.- Columnas capilares abiertas

También conocidas como columnas Golay, quien fue el primero en utilizarla (Golay, 1958).La fase estacionaria va depositada en la pared interior del tubo que actúa como soporte.

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Longitud hasta 200 m, los más utilizados varían entre 50-100 mDiámetro interno 0.1-0.5 mmCapacidad de carga muy pequeñaRelación de fases es la más alta

Debido a la pequeña cantidad de fase estacionaria por unidad de longitud de la columnatiene una capacidad de carga muy pequeña. Necesita detrectores más sensibles.

La naturaleza del tubo y el procedimiento seguido para su limpieza son de gran importanciaen este tipo de columnas, ya que la pared del mismo sirve como soporte y su capacidad deretención del solvente influirá notablemente en la uniformidad de la película formada. Unode los métodos consiste en llenar el tubo con una disolución diluida de la fase estacionariaen un disolvente volátil, cerrar un extremo e introducirla en una estufa con una temperaturasuperior al punto de ebullición del solvente, la fase quedará depositada sobre la pared delcapilar.

Temperatura programada. Entre homólogos el tiempo de retención aumentaexponencialmente con el número de carbonos. Conforme aumenta el tiempo de retención,el ancho aumenta y la altura disminuye haciendo imposible la detección después de quealgunos picos han eluído. Como la solubilidad de un gas en un líquido disminuye conformela temperatura se eleva, se puede reducir la retención de un material aumentando latemperatura de la columna.

Se debe considerar la solubilidad, cambios en la volatilidad y estabilidad de los solutos,cambios en el flujo y estabilidad de la fase estacionaria. La temperatura debe de estardentro de Tmin/Tmax de la columna. Algunos GC permiten programación más complejaque el simple incremento gradual de la temperatura.

Determinar la temperatura inicial y el tiempo basado en la mejor separación posible de losprimeros picos. Repetir uno para los últimos picos para encontrar la mejor temperatura ytiempo. Experimentar con varias rampas para el resto de los componentes.

Los flujos del gas portador que se utilizan en columnas capilares suelen ser del orden de0.5-3 ml/min, mientras que en una columna clásica ascienden a un orden de 30-100 ml/min.Para poder utilizar la columna capilar con éxito será necesario intoducir entre el inyector yla columna un dispositivo denominado divisor de flujo, cuya finalidad es permitir la entradaen la columna de una pequeña fracción solamente del flujo que pasa por el sistema deinyección. La relación de división (flujo al exterior/flujo que pasa por la columna) sueleoscilar entre 50 y 120. Esto permite disminuir la cantidad de muestra que pasa por lacolumna (que queda reducida a la fracción que indica la relación de división) y aumentar lavelocidad lineal del gas portador en el sistema de inyección en la cantidad indicada por larelación de la división (la difusión molecular en esta parte del instrumento se hace muypequeña).

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Entre los factores que disminuyen la eficacia de una columna se encuentran:

• Longitud de la columna. Limita en cuanto a las velocidades lineales del gasportador, originando tiempos de análisis muy largos y sin mejorar la resolución.

• Diámetro de la columna. Más importante en columnas capilares abiertas, por laresistencia que opone la fase móvil a la transferencia de masas.

• Tamaño de la partícula de relleno.

• Naturaleza de las fases. Fase estacionaria: no afecta. Gas portador: viscosidad yvalores del coeficiente de difusión en la fase móvil.

• Cantidad de fase estacionaria. A menor cantidad mayor eficacia.

• Temperatura de la columna. Al aumentar esta disminuye la eficacia al afectardirectamente en el coeficiente de reparto.

• Velocidad del gas portador. Una velocidad elevada es la óptima.

• Cantidad de muestra inyectada.

Fig. 3. Tipos de columnas cromatográficas.

Clásicade

relleno

Capilar decapa porosa

Capilarabierta

TubooFase estacionaria

Grano de soporte

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Detectores

Los detectores son dispositivos que indican y miden los solutos en la corriente del gasacarreador, convirtiendo una señal no medible directamente en una señal elaborable deuna propiedad física. Esta señal es elaborada por una comparación entre el gas acarreadorpuro (blanco) y el mismo gas llevando cada uno de los componentes previamenteseparados en la columna, esto es traducido en una señal eléctrica que es amplificada yregistrada al momento de salir de la columna.

Un buen detector es altamente sensible (sensibilidad), tiene una respuesta lineal(linearidad) sobre un amplio rango de concentración y es relativamente insensible avariaciones de flujo y temperatura (rango dinámico lineal).

Pueden ser clasificados por:

• Grado de selectividad: universales que responden a la mayoría de los solutos;específicos-selectivos con respuesta a un grupo particular de sustancias.

• Recuperación de la muestra: en referencia a si la muestra es destruída o no.• Modo de respuesta: dependientes de flujo de masa (cantidad de soluto

independientemente de la cantidad de gas portador); dependientes de concentración(cantidad de soluto por unidad de volumen de gas portador).

• Proceso de detección: ionización; óptico-espectroscópico; electroquímico.

Los detectores más ampliamente utilizados son el detector de conductividad térmica (TCD)y el detector de ionización de flama (FID).

Detector de conductividad térmica (TCD thermal conductivity detector)

Consiste de dos celdas metálicas idénticas, cada una conteniendo un filamento de alambrede tungsteno o de tungsteno con lámina de oro. El efluente fluye a través de una celda y elgas portador (He o H2) fluye a través de la otra. En un lado de la muestra el gas fluye por elfilamento mientras que en el lado de referencia el gas puede pasar sobre el alambre delfilamento y difundir a través de él. Los filamentos son calentados por una corrienteeléctrica. La temperatura del elemento censor depende de la conductividad térmica del gasque fluye alrededor. Cambios en conductividad térmica, como cuando las moléculasorgánicas desplazan un poco al gas portador, provocan un incremento en la temperatura delelemento el cual está siendo monitoreado como un cambio en la resistencia.

Dos pares del TCD son utilizados en cromatógrafos de gases, un par localizado en la salidade la columna para detectar los componentes separados mientras van saliendo, el otro parlocalizados antes del inyector o en una columna de referencia separando las resistencias delos dos pares y están acomodados en un circuito de puente.

Para un máximo de sensibilidad, la temperatura del filamento es incrementada, latemperatura y la velocidad del flujo son disminuidas y se escoge un gas con mayor

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conductividad térmica (la mayoría de los gases orgánicos tienen calores de conductividadbajos).

Este es un método no destructivo dependiente de concentración, con selectividad universal,con un límite de detección de ~400 pg/ml de gas portador. Su modo de detección es debidoal cambio de resistencia del cable basado en la termoconductividad del gas cuando fluye através de la columna (Fig. 4).

Fig. 4. Detector de conductividad térmica6

Detector de ionización de flama (FID flame ionization detector)

El FID consiste de una flama hidrógeno/aire y una placa colectora. Las muestras que salende la columna pasan a través de la flama, la cual rompe las moléculas orgánicas y produceiones. Los iones son colectados en un electrodo parcial y produce una señal eléctrica. Esextremadamente sensible en un amplio rango dinámico. La única desventaja es quedestruye la muestra.

La muestra debe ser un combustible, esta entra en la base del detector, se mezcla con elhidrógeno y entra a la flama. Hay compuestos con poca o sin respuesta al FID, compuestocomo el NH3, CS2, Nox, CO, CO2, O2, H2O, N2, compuestos perhalogenados, etc. Larespuesta está basada en el número de carbonos y otros elementos tales como halógenos yel oxígeno presentes que reducen la combustión.

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Este es un método destructivo dependiente de flujo de masa, con selectividad paracompuestos orgánicos, con un límite de detección de ~ 100pg/seg. Su modo de detecciónes debido a la producción de iones en una flama resultando en una corriente que puede sermedida (Fig. 5).

Fig. 5. Detector de ionización de flama6

Detector fotométrico de flama (FPD flame photometric detector)

Es uno de los más usados en los métodos selectivos de cromatografía de gases. El FPDconsiste de una flama reductora que produce especies quimioluminiscentes. Estas especiesemiten una luz característica que es óptimamente filtrada por la longitud de onda deseada,la cual determina que componentes son los detectados. La luz filtrada es medida por unfotomultiplicador (PMT) y transducida a una señal. Se puede agregar un segundofotomultiplicador, el cual permite una detección simultánea de una segunda señal.

Los filtros para FPD pueden ser seleccionados para diferentes componentes, pero los máscomunes son para la detección de sulfurados y fosforados en mezclas complejas. La

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selectividad de FPD clásicos (como una porción por peso del carbono) es 105 parasulfurados y 106 para fosforados.

La cromatografía de gases con FPD puede ser usada para detectar componentes sulfuradosen extractos crudos de aceite y en contaminantes de gas natural. También puede serutilizado para detectar pesticidas y herbicidas organofosforados, así como de componentessulfurados volátiles en el análisis de alimentos.

Este es un método destructivo dependiente de flujo de masa, con selectividad para S, P, Sn,B, As, Ge,Se, Cr; con un límite de detección de ~ 100pg/seg. Su modo de detección esdebido a la producción longitudes de onda particulares resultando en una corriente quepuede ser medida.

Fig. 6 Detector fotométrico de flama6

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Detector de captura de electrones (ECD electron capture detector)

Es altamente sensible a compuestos halogenados y por lo tanto muy útil en la detección depesticidas. Da un poco de respuesta a hidrocarburos y otros carbonilos conjugados. Paraeste tipo de cromatografía la muestra debe contener una fase gaseosa electrófora. Este esun sistema donde se detectan partículas ß por absorción de especies que contienenhalógenos, nitrilos, nitratos, organometales y dobles enlaces conjugados. Las partículas ßson emitidas por una fuente de 63Ni, los electróforos las absorben reduciendo la corriente,siendo esta la base de la respuesta(Fig. 7).

Fig. 7 Detector de captura de electrones6

Detector de fotoionización (PID photoionization GC detector)

Este tipo de detector es muy selectivo para los compuestos con hidrocarburos aromáticos ocon heteroátomos, los cuales tienen potenciales de ionización. Utiliza luz ultravioleta paraionizar un analito, la longitud de onda oscila entre 106-150 nm. Los iones producidos soncolectados por electrodos siendo la corriente generada una medida de la concentración delanalito.

Este es un método no destructivo dependiente de concentración, con selectividad paracompuestos alifáticos, aromáticos, heterocíclicos, organosulfurados y algunosorganometálicos, cetonas, ésteres, aldehídos y aminas; con un límite de detección de~2pg/seg. Su modo de detección es debido a los potenciales de ionización de loscompuestos analizados (Fig. 8).

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Fig. 8 Detector de fotoionización6

Métodos

Análisis cualitativo

La cromatografía de gases es uno de los métodos físicos de separación más eficaces que seconocen; cada componente de una muestra suministra tres unidades de información:posición, altura y anchura de los picos en el cromatograma. La posición, un solo parámetroexpresado cuantitativamente expresado como dato de retención, suministra la informacióncualitativa y los otros proporcionan la información cuantitativa.

Para simplificar el problema del análisis cualitativo se supone que el cromatograma se haregistrado en las condiciones óptimas, los picos están totalmente separados con resoluciónsuperior a la unidad y que cada uno de ellos corresponde a un solo compuesto. En los casosfavorables es posible identificar los componentes por la posición de los picos, pero por logeneral la ambigüedad es tan grande que el analista ha de completar la información con laobtenida por otros métodos analíticos, siendo preferibles las técnicas multiparamétricas,como la espectrometría de masas o la espectroscopía de infrarrojo.

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En la siguiente tabla se resumen los procedimientos utilizados para identificar los picoscromatográficos. No existe un método general aplicable a todos los problemas prácticos, lainformación cromatográfica cualitativa depende del conocimiento previo de la composiciónde las muestras y casi siempre se han de combinar varias de las operaciones incluidas en latabla para seguir identificaciones fiables. A pesar de los inconvenientes del método, lacromatografía de gases en combinación con otras técnicas es el instrumento más eficazconocido hasta la fecha para determinar la composición cualitativa de mezclas complejas decompuestos orgánicos.

Tabla. 1 Identificación cualitativa por cromatografía de gases2.

Solamente se estudia la identificación por procedimientos cromatográficos teniendosiempre en cuenta que se ha de completar, excepto en los casos favorables, por análisis conotros métodos. Entre los más eficientes están el de pasar directamente los efluentes a unespectrómetro de masas, o de infrarrojo, colocados a la salida de la columna y el decondensación y análisis por otras técnicas instrumentales o químicas.

Métodos de coincidencia

El método más simple de identificación cromatográfica consiste en comparar el volumen deretención de un compuesto problema con el de un patrón, determinado en las mismascondiciones operativas y en la misma columna. Como estas condiciones son difíciles demantener constantes en cromatogramas registrados sucesivamente y todavía más difícilesen días diferentes, es mejor añadir el patrón como un marcador a la muestra problema ycomprobar si no coincide con alguno de los picos originales. Si por el contrario, aumenta la

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altura de alguno de ellos, es una evidencia de la coincidencia de los volúmenes deretención. La respuesta negativa no es ambigua; se puede afirmar que ninguno de loscomponentes de la muestra es el patrón. Pero en caso contrario la ambigüedad es muygrande, sobre todo si se analizan compuestos que no han sido previamente estudiados porcromatografía de gases.

Al estudiar la probabilidad de que el pico que coincide con el patrón sea el patrón, lacerteza es la identificación de que un pico depende de sustancias eluidas cerca del mismocon las que puede confundirse. Expresando cuantitativamente esta observación intuitiva setiene2:

ρ = h/(V1r-V2

r)/δVr

ρ = número total de picos/número total de divisiones

Si se sabe de antemano que la mezcla solamente contiene carbono e hidrógeno, datosuministrado por el análisis elemental orgánico, h sería el número posible de hidrocarburoseluidos entre los volúmenes de retención V1

r y V2r.

La menor diferencia de volúmenes de retención detectable, δVr al nivel de confianza de 95% vale 4σVr (σVr es el error típico de las medidas duplicadas del volumen de retención).En otras palabras si en un cromatograma fuera posible incluir todos los eluyentes posiblesentre V1

r y V2r el número de sustancias que dentro del error experimental serían

simultáneamente eluidas sería ρ, o en densidad de los picos. En la práctica la distribuciónde picos sigue la distribución de Poisson2.

pn = e-pρn/n!

en la que pn es la probabilidad de encontrar n solutos en el intervalo unitario δVr

Para reducir las identificaciones erróneas a 1 en 1000, solamente serán permisibles 4eluyentes. Esto significa que en la mayoría de los casos prácticos es imposible laidentificación en éste nivel con una sola columna a partir de los datos de retención. Laúnica manera de eliminar esta dificultad es reducir ρ, y por tanto, pes. Esto es equivalente areducir δVr o h. La primera alternativa implica mejorar la precisión de las determinacionesde rutina de las medidas de retención a un nivel superior al 1%, muy difícil de conseguir enla practica. Por otra parte, es posible reducir fácilmente ρ por medio de otro tipo deinformación, análisis elemental, técnicas instrumentales o separación en otras columnascromatográficas. Son evidentes las razones de la separación en varias columnas, pero unadiscusión semicuantitativa aclara las limitaciones del tratamiento estadístico.

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La probabilidad que se eluyan simultáneamente picos conteniendo más de un componenteen dos columnas diferentes A y B está dada por2:

pesA+B = pes

A*pesB

como pesB <1 se deduce que pes

A+B < pesA; y por ello la separación en dos columnas ha

reducido la probabilidad de identificación errónea debida a la elución simultánea.

Siguiendo este procedimiento y separando en suficiente número de columnas es posiblereducir pes a un valor muy pequeño. Sin embargo, para que se cumpla el procedimientoestadístico la distribución de los eluyentes ha de ser aleatoria, no será válido elrazonamiento si el volumen de retención en la columna A está relacionado con el de lacolumna B . Por lo tanto, el empleo de varias columnas reduce la probabilidad deidentificación errónea, más marcadamente cuando las columnas tienen comportamientomuy diferente.

Retención relativa

Los volúmenes de retención dependen de un gran número de variables operativas, debido aesto es difícil conseguir respuesta idéntica aún en columnas preparadas en las mismascondiciones; por lo tanto, para identificar sustancias a partir de datos bibliográficos se hande expresar las retenciones como variables reproducibles por diferentes equipos einvestigadores.

Se han utilizado dos procedimientos generales:

a) Cálculo de los volúmenes de retención específicosb) Determinación de retenciones relativas a patrones

Es difícil determinar rutinariamente el volumen de retención específico porque se necesitaconocer con exactitud el peso de la fase estacionaria de la columna. En la práctica delanálisis cualitativo se emplea corrientemente la retención relativa. Los componentes y elpatrón han de registrarse en el mismo cromatograma. El cálculo es muy sencillo, se limita ala realización de dos medidas de distancia, una desde el máximo del pico del problema alpico del aire, y otra entre los máximos del patrón y el aire. La retención relativa de uncompuesto es independiente de la longitud de la columna, del flujo del gas portador y de lacantidad de fase estacionaria; dependiendo solamente de la temperatura de separación y dela naturaleza de la fase estacionaria.

Un inconveniente de la identificación por retenciones relativas es el gran número desustancias empleadas como referencia, que hace difícil determinar la coincidencia de losdatos publicados por diferentes autores. Es casi imposible en la práctica fijar un solo patrón

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de referencia y su selección queda a disposición del especialista, por lo que existe grannúmero de datos de poca aplicación a problemas particulares.

Optimización de flujos en capilaridad split/splitless en cromatografía de gases

Por definición estándar, una cromatografía de gases es optimizada cuando la sensibilidad yresolución de una mezcla compleja es activado en el menor tiempo posible. Unacromatografía de gases optimizada que está bien calibrada cuando 1) las solucionesestándar de diferentes concentraciones son lineales, 2) los estándares a las mismasconcentraciones se reproducen en un periodo de tiempo específico y 3) bajos niveles deconcentración de picos tempranos y tardíos, acompañados con el menor ruido, sonindicativos de una cromatografía bien calibrada. Si alguno de los criterios antesmencionados no se completan, todo debe ser repetido.

Un sistema optimizado es muy difícil de mantener. Un cambio directo en el flujo, puedemodificar completamente la forma de los picos y alterar toda la eficiencia de la columna.Complicaciones mayores se obtienen cuando se utiliza un sistema de dos columnas y unade ellas afecta el funcionamiento de la otra. Desafortunadamente, esto frecuentementeaumenta el tiempo de análisis. La dificultad con la optimización es que esto involucramuchas variables: 1) parámetros fijados como la longitud de la columna, diámetro interno,y capacidad de adhesión de la película; 2) parámetros operacionales como la temperatura dela columna, acarreador y flujo de gas, o los modos de inyección.

Optimización del flujo acarreador para mejorar la resolución de la columna

La resolución y separación de los picos son dos de los factores más importantes para laresolución de la columna. Resolución es la capacidad de la columna para separar dos picosadyacentes, dependientes de la selectividad y eficiencia. La eficiencia es la relación entre lalongitud del tiempo que gasta el soluto en salir de la columna y la anchura del pico sobre laelución. Esto es determinado por el número efectivo de placas teóricas las cuales sonsecciones ideales de la columna donde los solutos se equilibran entre la fase estacionarialíquida y la fase gaseosa móvil. Expresado como4:

N = 5,54 [(tr-to)/w1/2] 2

Donde tr es el tiempo de retención del soluto, to es el tiempo de retención de una sustanciasin retención o tiempo de volumen muerto, y w1/2 es el ancho del pico del soluto.

Un valor alto de N indica una gran capacidad de retención del soluto de la fase estacionariay una gran eficiencia de la columna. La presencia de un volumen muerto grande (to)esconde la eficiencia de la columna pero puede ser reducido incrementando la velocidadlineal del flujo del gas acarreador. La asociación entre la velocidad lineal y eficiencia de

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columnas de capilaridad puede ser ilustrado más claramente sustituyendo la alturaequivalente a una placa teórica (H) por número efectivo de placas teóricas (N). En estemodelo, (N) está relacionado a la longitud de la columna (L) de acuerdo a H (HETP) =L/N. La figura 9 muestra (H) como una función de la velocidad promedio (u) donde Hminy umin están bajo condiciones de flujo optimizados.

Fig. 9 Punto general de Van Deemter4.

Para disminuir la viscosidad e incrementar la eficiencia de la columna, se debe seleccionaruna velocidad de flujo lineal. En este valor, el tiempo de corrida es el más corto con unamuy baja pérdida de eficiencia. De acuerdo a umin la eficiencia máxima es obtenida perosolo gastando mayor tiempo de corrida. La velocidades bajo umin caen en la parte de lacurva donde la eficiencia y el tiempo de corrida son los peores. En general, todos lossolutos se optimizan en algunos puntos directamente sobre umin pero moléculas grandes seoptimizan en velocidades más bajas que moléculas pequeñas.

El grado en el cual la velocidad lineal puede mejorar el comportamiento de la columnacuando la programación de la temperatura es específica al gas acarreador como se muestraen la figura 10. Claramente, el hidrógeno es la mejor elección para obtener la separaciónmás grande en el periodo de tiempo más corto debido a su menor viscosidad que otrosgases en temperaturas más altas. El helio, es una elección más práctica porque no senecesitan precauciones de ventilaciones.

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.Fig.10 Efectos de usar diferentes gases acarreadores en el punto Van Deemeter4.

Antes de marcar el uso de flujo de acarreadores, se ajusta la fuente del acarreador que espor lo menos 20 psi más grande que la presión de la cabeza de la columna. Esto es paraminimizar la resistencia del flujo de la columna para suplementar líneas y garantizar unavelocidad de flujo volumétrico constante entre el inyector, la columna y el detector. Paramedir la velocidad lineal, se inyecta una sustancia no retenible a la temperatura donde haymayor elución. Si a esto se le optimiza la temperatura, estará arriba del 50 % de laeficiencia que puede ser perdida cuando se hacen rangos de 50 hasta 200 ºC. La velocidadlineal es calculada usando la siguiente ecuación y entonces un valor promedio se obtiene deun mínimo de tres mediciones4. Cuando la velocidad lineal se optimiza para el helio seráaproximadamente 21-40 cm/seg y para el hidrógeno de 50-80 cm/seg.

U (cm/seg) = longitud de la columna/RT del pico de lo no retenido

Es importante considerar el disfraz de la velocidad del flujo de gas cuando se optimiza lavelocidad lineal del acarreador, especialmente desde que el disfraz afecta la forma del pico,linearidad y reproducibilidad. Esto podría ser porque la velocidad es optimizada pero noparece ser porque el disfraz del flujo no lo esté. Las velocidades de flujo varían de acuerdoal disfraz del gas y el tipo de detector.

Por ejemplo, con ECD el detector de gas necesita mantener un equilibrio de concentraciónde electrones térmicos y un barrido efectivo de gas acarreador-soluto. La sensibilidad ECDes inversamente proporcional al flujo, aunque un flujo fuerte se requiera para el barrido de

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sustancias altamente retenidas para producir picos agudos. Para mantener una sensibilidadsatisfactoria en las velocidades de flujo en el ECD se utiliza 95 % de argón y 5 % demetano como fuente de gas.

La resolución, la simetría de los picos y la sensibilidad podrían ser monitoreadas paraconfirmar que la cromatografía de gases está calibrada correctamente y la velocidad linealestá optimizada. La cantidad requerida de resolución y la simetría del pico es específica almétodo de análisis. Normalmente, una buena resolución se encuentra entre 0.5-1.0 y unrango aceptable PGF está entre 0.8 a 1.2 cuando están determinados por 1 y 2 (ver abajo).

1) Resolución= rt2-rt1/ Avg (w2+w1)

rt2 – rt1 es la diferencia en los tiempos de retención entre los dos picos, w2 es el ancho delpico 2 y w1 es el ancho del pico 1.

2) PGF = 1.83 * el pico a 1/2 de altura / pico a 1/10 de altura

3) La sensibilidad está relacionada con la altura del pico a la base del mismo. Una porciónde 3:1 indica una sensibilidad adecuada.

Optimización de tiempo de purga y velocidad de split

Las muestras con splitless son frecuentemente usadas para análisis de componentes dondeuna gran cantidad de muestra es inyectada a la columna. Durante el muestreo con splitless,la muestra se inyecta dentro de la columna caliente y forma un vapor que consiste demuestra, solvente y gas. Parte del gas sale por el respirador al pasar en el alineador. Elrespirador del split se apaga en éste punto y se vuelve a prender después de 20 a 60 seg.para prevenir que los vapores entren en contacto con la cabeza de la columna y seanretenidos ahí. El tiempo de purga, o el tiempo que el respirador del split es abierto despuésde la inyección, es crítico para la discriminación y reproducibilidad del cromatograma.

El muestreo con splitless puede ser optimizado usando “concentración de muestra /solvente” para volver a concentrar la muestra en la columna caliente. Esta técnica esextremadamente útil para adelgazar los picos y eliminar las trazas de solvente y lainterferencia de vapor retenido momentáneamente en la fase estacionaria. El solventehumedece la fase estacionaria para retener a los solutos, por lo cual, esto permite una rápidaelución de los solutos. Para que ocurra la retención, la temperatura inicial del horno debeser 20ºC abajo del punto de ebullición del solvente.

Sin embargo, con solventes como el cloruro de metileno (punto de ebullición de 40ºC), laconcentración del solvente no es práctica porque la temperatura inicial del horno estará amenos de la temperatura del cuarto. En este caso, el analizador debe aceptar los picos que

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estén entre los solutos que eluyen al principio o tratar varias técnicas de inyección que seancompatibles con el muestreo tipo splitless.

Una cabeza del alineador desactivada, sin lana de sílica es preferida para una mezcla ligerade la muestra con el solvente. Ocasionalmente, la lana puede ser usada para ayudar a lavolatilización de los componentes de alto peso molecular. Un alineador de cuello de gansoes una alternativa viable para un alineador delgado, diseñado específicamente para mejorarla eficiencia del splitless y disminuir la degradación de la muestra. Una columnamoderadamente polar desactivada, puesta 1 o 2 cm abajo del punto de inyección, podría serutilizada siempre con splitless para minimizar el pegado de los picos y para tener unamigración uniforme del solvente.

Para tener un tiempo de purga óptimo, se comienza con un rango de purga de 0.2 a 1.5 min.Si el tiempo es muy corto, menos de 0.1 min. los componentes más pesados no sevolatilizarán lo suficiente o no se crearía la “concentración del solvente”. Si hay una grandiferencia entre el punto de ebullición del solvente y el del soluto, el tiempo de purganecesitar estar cercano a 0.2 min. Ajustar el tiempo de purga en incrementos de 0.1 min.hasta alcanzar el máximo de sensibilidad del soluto sin que haya trazas del solvente.

El muestreo tipo split es el método más popular porque inyectar muestras de 0.1 a 2 µl noimpide que haya una buena altura y sensibilidad en el pico. Si se obtiene la cantidadmáxima de eficiencia de la columna, las áreas del pico más pequeñas asociadas con elmuestreo tipo split reflejan una reducción en lo ancho lugar de lo alto del pico. Mejorar lasimetría del pico permite una mejor reproducibilidad y por lo cual da una mejorcuantificación del área de los picos. Otra ventaja del split, es que se pueden usar columnasmás estrechas para tener una mejor resolución sin tener que volver a muestrear la columna.Quizá el único inconveniente del split es que la cantidad inyectada a la columna podría noser representativa si la muestra no es completamente vaporizada. Esto es porque la muestraentra en el alineador con el respirador split abierto y el extracto de la muestra y elacarreador son purgados antes de que entren a la columna. Por esta razón, el método deinyección split puede ser monitoreado siempre corriendo soluciones estándares deconcentraciones conocidas y analizar su reproducibilidad. La cantidad purgada en elrespirador del split está determinado por la velocidad del split4:

Velocidad del split (ml/min)=Promedio del flujo del split+ promedio de flujo de columna/promedio de flujo de columna

Una velocidad de 100:1 indica que el 99 % de la muestra, el solvente y el acarreador sepurgaron a través del respirador del split. Para incrementar el flujo a través del respirador sedisminuye la presión o el flujo del acarreador a través de la columna.

Las diferencias en el peso molecular, concentración de la muestra, temperatura inicial delprograma y volumen de inyección afectan el split. Algunas de estas discrepancias puedenser minimizadas al seleccionar un alineador de inyección adecuado. Un alineador inerte,empaquetado ligeramente con lana de sílica, es esencial para completar la filtración de

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residuos no analizables y garantizar el calentamiento adecuado, mezclado y expansión delvapor. Esto es particularmente importante cuando se inyectan componentes de alto punto deebullición.

Para mejorar la velocidad del split, colocar la temperatura del horno a la temperatura inicialy ajustar flujo del respirador del split hasta que esté en 10 a 15 ml/min. El flujo a través delrespirador de purga pude estar entre 0.5 a 6 ml/min. y el flujo del acarreador en 2 a 5ml/min. al final del detector.

Combinación de temperatura y programación de temperatura para completar laoptimización

La adición de control electrónico de presión a la programación de la temperatura mejoradramáticamente la separación, reduce el tiempo de corrida y se obtiene una velocidadóptima lineal para el soluto. Esto es porque la presión puede ser regulada precisamente y elflujo programado continuamente durante la columna. El EPC puede ser corrido a presiónconstante con un solo punto de entrada en toda la columna. Esto es similar a lo que elgauger mecánico hace, excepto que los flujos son más estacionarios, permitiendo unarestauración más rápida del equilibrio del flujo después de un periodo de apagado. El EPCpuede ser también programado para tener una corrida de flujo constante, donde la presiónes ajustada automáticamente a los cambios de temperatura para corregir el volumen del gasdentro de la columna dado a que el calor se expande al incrementar la temperatura.

En general, el flujo y presión constantes, promueven una elución más rápida decomponentes de alto peso molecular en temperaturas más bajas con mejor resolución. Lahabilidad para correrlo a temperaturas bajas reduce significantemente la degradación termaly mejora la longevidad de la columna.

Para optimizar el flujo constante, la presión de la cabeza de la columna debe incrementar3.5 veces a la cantidad original en la columna por cada 200°C para compensar unincremento en la viscosidad. Esto garantiza una alta eficiencia y un flujo constante, la cual,bajo presión constante, puede gotear más del 50 %. Hay varios factores a considerar cuandose programa un EPC, particularmente la longitud de la columna, diámetro interno,velocidad de split y el goteo de la presión desde la cabeza hasta la cola de la columna. Elsiguiente es un cálculo para mejorar el EPC y establecer una presión en la cabeza necesariapara mantener un flujo constante mientras la temperatura se incrementa de T1 a T24:

Pi2 = [(T2/T1)1.7(pi2-po2)1+po2]1/2

Donde Pi es la presión gauge inicial + 1 atm y po es la presión de salida a 1 atm.

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La programación de la presión envuelve simples y múltiples campos los cuales entran en elpanel de control en la misma manera como un programa de temperatura. Los cambios en lapresión pueden ocurrir en temperatura y tiempos específicos durante una corrida,permitiendo una mejor optimización. Algunos puntos que garantizan una programaciónexitosa son:

1. Seleccionar columnas que tengan mayor eficiencia que la requerida para laseparación.

2. La temperatura del horno inicial podría ser lo suficientemente baja como parapermitir separar componentes de bajo punto de ebullición pero más alta que latemperatura mínima para la fase estacionaria de la columna.

3. Correr mezclas complejas en temperaturas iniciales bajas para dispersar os picos.4. Siempre introducir un tiempo de sostenido inicial para soluto de rápida elución.5. Incrementar las rampas de presión y temperatura para reducir los espacios en blanco

entre grupos. Comenzar con rampas de temperatura. Si los últimos picos de eluciónson resueltos pobremente, reducir la temperatura e incrementar la presión.

Al incrementar la presión durante la inyección, el volumen de expansión de vapor puede sercontrolado para prevenir el regreso el cual podría ocurrir si la cantidad inyectada excede lacapacidad del buffer en la cabeza del alineador. En el pulso de presión, la cabeza de presiónes aumentada un poco después de la inyección, y se programa una inclinación para elremanente de la corrida. Esto actualmente mejora el muestreo splitless porque expansión devolúmenes más pequeños son producidos dado al menor tiempo gastado en la cabeza. Nohay suficiente tiempo para que el vapor se expanda hasta el inicio del alineador y salga porel respirador del purgador. Puesto que el tiempo que la muestra permanece en el alineadores reducido, hay menos contacto con sitios activos de superficies catalíticas del alineador.

Hay menos adsorción del alineador y descomposición de la muestra y por lo tanto laresolución del pico es mejorada. Ocasionalmente, la delimitación de los picos puede ocurrircon pulsos de presión, especialmente si usas “concentración de solventes” debido a que lavelocidad del flujo tiende a interferir con la concentración de la muestra en la columna.Esto puede ser solucionado variando el tiempo de purga, los pulsos de presión y latemperatura del horno.

Cuando se usa EPC con inyección tipo split, la velocidad del split puede ser programadapara cambiar durante la corrida o entre los métodos en una secuencia. También, puede serprogramado para apagarlo entre corridas para conservar la cantidad de gas acarreador. Si seaplican pulsos de presión a la inyección tipo split, incrementa el flujo el cual podría reducirla velocidad de split.

Con la programación de la temperatura y presión se han optimizado y mejorado losprocedimientos de corrida. Los programas computarizados como el ezGC &#153 proveenaproximaciones más cercanas para condiciones ya optimizadas. Esto no remplaza losmétodos ya desarrollados pero puede eliminar los tiempos de corrida sesgados.

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El software requiere que dos programas extremos sean usados como un rango 1) Unapresión o temperatura alta con un rampeo rápido y 2) una presión y temperatura inicial conun rampeo bajo. Los resultados entran al programa, con la longitud de la columna, lapresión sobre el diámetro de la columna, la velocidad lineal, de tiempo muerto y otrosparámetros. Una serie de algorímetros determinan los mejores programas basados en latermodinámica de retención para índices y cálculos.

Aplicaciones

Un intento para crear una compilación de aplicaciones deseadas para generar un manualdebe ser selectivo, en consecuencia la compilación casi siempre puede estar incompleta porcromatógrafos individuales debido a la omisión de ejemplos que se consideran críticos paraalgunos campos específicos. Por otra parte, algunos de los ejemplos incluidos pueden sercriticados porque los eventos de separación en la cromatografía de gases pueden ser muyrápidos y en muchos casos es posible generar resultados que son superiores a los mostradosen las ilustraciones. Los avances que han permitido mejorar los métodos incluye a)mejores métodos de preparación y almacenamiento de las muestras, b) mejoras en lainstrumentación comercial, incluyendo entradas superiores que llevan a cabo un mejorproceso de inyección de la muestra y c) la disponibilidad de mejores columnas desactivadasen un rango más amplio de diámetros y cubiertas de una gran variedad de fasesestacionarias. Las guías de aplicaciones para fases estacionarias en los análisis de lasdiferentes áreas se muestran en catálogos tales como Supelco, Applied Science, Analabs,etc.

Otra forma de clasificar las aplicaciones en la cromatografía de gases es dividir los datos dela literatura en áreas de interés, pese a que la sobrelapación de algunos sea inevitable, unaserie de grados de redundancia puede ser evitada por la asignación de cuatro grandescategorías:

a) Comida, sabores y fragancias. Productos naturales y las feromonas, análisis depesticidas; separación de enantiómeros.

b) Petróleo y químicos. Ácidos grasos; combustibles sintéticos, carbón y aceites;separación de enantiómeros.

c) Ambientales. Contaminantes de agua, aire y tierra; halometanos en el agua hasta lasdioxinas en la tierra; análisis de pesticidas; separación de enantiómeros.

d) Médicas y biológicas. Ácidos grasos; niveles de alcohol y drogas en la sangre;análisis de pesticidas; separación de enantiómeros.

Aplicaciones en comida, saborizantes y fragancias

En la mayoría de las investigaciones hechas sobre saborizantes se realizan porcromatografía de gases, y las correlaciones sensoriales que se requieren para que hayasignificancia en la determinación de sabores deben ser medidas por patrones de

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cromatografía de gases. El análisis puede ser complicado debido a que los compuestos deinterés volatilizan usualmente en muy bajas concentraciones, y son frecuentementedispersados dentro de una matriz que contiene materiales los cuales podrían, si se quedandentro de la columna, acortar la vida de la muestra en un grado considerable. Lacromatografía puede ser extremadamente compleja y frecuentemente influenciada por losmétodos de preparación de la muestra.

La cromatografía de gases es ampliamente utilizada en el análisis de aceites esenciales,donde la complejidad de la muestra puede ser en verdad un gran reto. Muchos de estosproductos son frágiles e importantes comercialmente y se utiliza la cromatografía de gasespara cuantificar componentes específicos que podrían ser indicativos de calidad del aceite ypara detectar adición de compuestos clandestinos como antioxidantes así comocomponentes utilizados como diluyentes.

Un ejemplo de esto puede ser el aceite de limón al cual se adulteraba por la adición deturpentina. De aquí que la cromatografía de gases es usada no solo para establecer cualesson los materiales normales que contiene cada muestra, sino también aquellos componentescuya concentración aumenta el abuso del aceite (ejemplo: el p-cymeno). La complejidad elaceite es tan alta que no se podría analizar su composición por una simple columnacromatográfica, por lo que se usan columnas especializadas de polimetilsiloxano condiferentes fases estacionarias, para producir una mejor separación de los compuestos asícomo un tiempo de vida más largo.

Otro uso importante de la cromatografía de gases ha sido en el análisis de vinosadulterados. Por ejemplo, en los vinos europeos fue de gran importancia en la detección dedietilenglicol. El dietilenglicol es un material tóxico y se ha encontrado en niveles de 60g/L en los vinos. También se pueden detectar contaminantes dentro de la comidaempaquetada por cromatografía de gases. Estos contaminantes están relacionados contrazas de solventes residuales usados en las películas plastificadas del empaquetamiento(por ejemplo, el 2-etilhexanol).

El dibromo de etileno (EDB) ha sido utilizado ampliamente para inhibir la infestación deinsectos en comida empaquetada, pero se demostró que este compuesto es carcinogénico enaltos niveles. Debido a la gran complejidad de las muestras de comida, la detección de estosEDBs puede ser un problema, por lo que se han optimizado fases estacionarias quepermiten un aumento en la retención relativa y velocidad parcial de la volatilidad de loscompuestos, dando prioridad a la salida de los contaminantes.

Tabla 2. Columnas recomendadas para cromatografía de comida, sabores y fragancias4

Solutos Fase estacionaria Tipo de columnaÁcidos grasos volátiles enagua (C2 a C5)Ácidos grasos bacterianosAminoácidosCarbohidratos

10% SP-1000/1%H3PO4

3% SP-2100, Silar 5CPOV-17, OV-2102330, 2340

PEGa

1, 5, 225.17225, 275

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Aplicaciones relacionadas a químicos y petróleo

Los análisis de productos del petróleo incluyen la separación de mezclas de gases ligeroshasta la caracterización de aceites crudos y materiales producidos en la licuación delcarbón. La diferenciación de hidrocarburos parafínicos, olefínicos y aromáticos son metasnormales, y algunas veces se requiere la detección de componentes nitrogenados ysulfurados. Las preparaciones de hidrocarburos derivados de aceites o carbón licuadopueden ser extremadamente complejas y también pueden incluir una variedad de otrosgrupos funcionales. La cromatografía multidimensional puede ser requerida para el análisisde estas mezclas complejas, la cual da una gran estimación de ciertos aditivos de octanos.

Las columnas empaquetadas todavía son utilizadas para algunas separaciones dehidrocarburos ligeros, mezclas de gases, componentes sulfurados y nitrogenados de bajopeso molecular; alcoholes y halocarbonos de bajo peso molecular. Estas columnasnormalmente se empaquetan con alúmina o algunos polímeros porosos como loscromosorbos.

Las interacciones entre la fase estacionaria y los solutos hidrocarbonados están limitadosgeneralmente a fuerzas de dispersión; por ejemplo, la fase estacionaria demetilpolisiloxano, cuya interacción con los solutos está limitada a las fuerzas de dispersión,funciona bien para la separación de estos componentes. Mooney, et al. (1982) 4 demostaronla separación de hidrocarbonos de bajo peso molecular en un sistema de válvula de entrada,usando una columna de película apretada en condiciones subambientales. Estas columnasson especialmente útiles para mezclas de baja ebullición. También se han diseñadoseparaciones interesantes utilizando columnas tubulares de capa porosa (PLOT) cubiertascon alúmina.

Estas columnas incrementan la retención de los hidrocarburos de bajo peso molecular enaltas temperaturas. Se diseñaron sistemas de multicolumnas de válvula de entrada, conpotencial de reflujo y/o redirección de fracciones individuales a tubos abiertos,microempaquetados y columnas PLOT, para llevar a cabo separaciones que son difíciles deduplicar con equipos convencionales o columnas tubulares abiertas.

La cromatografía multidimensional se utiliza para la separación de algunos componentesmenores como los aditivos “antiknock” en gasolinas. Levy y Yancey (1986) 4, describieronun sistema para cuantificar aditivos oxigenados con las bases de características de retencióncuando las inyecciones de gasolina eran simultáneamente agregadas a dos columnasdiferentes.

Las pruebas de solventes han sido todo un reto, debido a la cantidad masiva delconstituyente principal que debe ser inyectado a la columna si la detección es para losconstituyentes menores; por ejemplo, el rango dinámico del sistema debe sersuficientemente amplio para acomodar estas diferencias cuantitativas en los componentes.

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Aplicaciones ambientales

Los análisis ambientales se enfocan a la detección y/o cuantificación de muchas substanciasdiferentes en una diversidad de matrices. Estos análisis pueden ir desde químicos depesticidas y herbicidas hasta hidrocarburos aromáticos polinucleares (PAHs), compuestosclorados mezclados en el aire, agua y tierra. En muchos casos el problema inicial es laobtención y preparación de la muestra. Las muestras de agua son muy variables, desde aguapotable hasta aguas industriales.

En muchos casos las agencias de regulación de calidad tienen procedimientos estándarespecíficos para el análisis de materiales dados en una matriz dada. Con algunasexcepciones los métodos de análisis oficiales son menos sensitivos y consumen mayortiempo que los métodos que se desarrollaron en los comienzos de la cromatografía. EnEstados Unidos, la agencia de protección ambiental (EPA) especificó procedimientos parael monitoreo de efluentes industriales en 1977. Los métodos 603 hasta el 613 separan en 13clases los 113 contaminantes orgánicos que son monitoreados por cromatografía de gases.

Los análisis cromatográficos se llevan a cabo por columnas tubulares abiertas, las cualesdan una excelente precisión y tiempos de análisis muy cortos pese a la complejidad quepodría presentar la muestra. En estos análisis cromatográficos se usan fases estacionarias decompuestos aromáticos para mejorar la separación de los solutos. Las mismas columnas seusan para la separación de pesticidas y compuestos aromáticos clorados.

Aplicaciones médicas y biológicas

La detección en bajos niveles de componentes significativos en este campo tienerequerimientos estrictos para los sistemas analíticos; esto es también cierto para otrossolutos activos como los pesticidas. Los altos niveles de solutos activos podrían necesitarno solo la selección de columnas bien desactivadas, sino también de los sistemas analíticosparticulares, como desactivar el puerto de inyección del cromatograma. Cuando lacuantificación es importante, las técnicas utilizadas por Schomburg (1979) 4 y Dandeneau(1979) 4, podrían ser empleadas para establecer que la precisión del sistema se extiende alos niveles medidos para el soluto en cuestión. Para solutos termolábiles se requierencolumnas frías de inyección (tabla 3).

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Tabla 3. Fases estacionarias recomendables para las aplicaciones biológicas y químicas4

Solutos Columnas empaquetadas Columnas tubularesClinicas/Biomédicas Cetosteroides Colesterol, esteroides,estrógenos Alcoholes en sangreDrogas Anfetaminas Antidepresivos Alcaloides Barbitúricos Diuréticos

Silar 5CP

OV-17Carbopak/SP-1000

Apiezon/KOHSP-2250SP-2250, OV-17/H3PO4SP-2250OV-17/H3PO4

225

17PEG

1,5,17

Frecuentemente es deseable el análisis de un anestésico presente en el aire suministrado aun paciente del que se encuentra en la atmósfera del cuarto, para lo cual se requiere unsistema de detección rápido y normalmente se utiliza uno de conductividad térmica. Paraesto se utilizan columnas tubulares abiertas de diámetro largo muy apretadas para llevar acabo la separación de varios anestésicos en menos de 7 minutos; las columnas empacadasllevan a cabo la separación en 28 minutos.

Algunas veces el envenenamiento de pacientes por solventes orgánicos volátiles sonevidentes por el hedor del paciente al respirar, pero en otros casos el diagnóstico esfacilitado por análisis de sangre. Los agentes más comunes en estos casos son los solventes(aerosol, repelentes o anestésicos) los cuales incluyen bromocloro -difluorometano, n-butano, tetracloro de carbono, clorobutanol, etc.

Ramsey y Flanagan (1982) 4, usaron inyecciones de espacio principal o “headspace” en doscolumnas empaquetadas diferente y con una detección simultánea por captura deelectrones-ionización de flama (FID-ECD) para facilitar la detección e identificación rápidade estos solutos en las muestras de sangre de pacientes envenenados. Es probable que conla columna DB-624 se pueda tener un análisis más rápido y mejor.

La drogas son frecuentemente solutos más activos, y su derivatización es normalmenterequerida para su análisis en columnas empaquetadas. Se puede incrementar la forma inertede las columnas de sílica para permitir un análisis directo de estas drogas sin derivatizar. Enalgunos casos, la derivatización es empleada para aportar estabilidad térmica y se puedeutilizar en ambas columnas, las empaquetadas y las tubulares abiertas.

En estudios de derivatización de aminas disfuncionales. Jacob, et al (1985) 4, establecieronque con excepción de la efedrina, todas las drogas examinadas producían dos derivadosestereisómeros que eran resueltos en picos bien formados bajo las condiciones que ellosusaron. Alm, et al. (1983) 4, inyectaron muestras simultáneas de drogas en dos columnas

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diferentes, una empleando FID y la otra con detección de nitrógeno/fósforo (NPD), paragenerar los datos de la Fig. 12.

Fig. 11. Análisis de una droga ilegal en un analizador de detector y columna doble4.

Aplicaciones en la industria

La cromatografía de gases es muy útil cuando pretendemos identificar los compuestos quedeterminan una característica aromática conocida. Por lo tanto, es necesario conocer losumbrales a partir de los cuales mejora o se desvirtúa nuestro producto, ya sea medianteestudio bibliográfico o por detección olfatométrica. Esta información es un instrumento útilpara el seguimiento del producto en el proceso productivo, así como el control de otrosmateriales enológicos, como son los tapones y las barricas. Algunos controles importantes aefectuar durante la fase de crianza en vinos y cavas son métodos específicos para ladeterminación de fenoles volátiles y compuestos azufrados. Concretamente en la cava, apartir de la evolución de ciertos compuestos volátiles, entre ellos los vitispiranos, se calculael momento en el que tienen lugar las fases de autólisis y postautólisis durante la crianza.Controlar el momento en que se desarrollan estas fases es importante debido a lasalteraciones organolépticas que conllevan.

La información que nos puede suministrar la GC en el control de calidad será más grandecuanto mejor conozcamos el perfil cromatográfico de la fracción aromática de nuestroproducto. Por ello, hay que disponer de un amplio banco de datos del mismo en lasdiferentes etapas de elaboración y en diferentes adiciones, y correlacionar estadísticamentedeterminados compuestos con ciertas anomalías, o tipificar variedades que no contenganalgún compuesto específico que las identifique (como sucede en la mayoría de casos). No

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obstante, se trata de análisis todavía demasiado laboriosos para constituir aplicacionesrutinarias de control.

En todo caso, el análisis por cromatografía de gases no nos permite definir el perfilaromático del vino analizado. El problema se agrava en aquellos compuestos para los queno disponemos de patrones sintéticos y, por tanto, no es posible conocer sus propiedadesaromáticas.

Otras aplicaciones

También se hacen análisis cromatográficos para la determinación de metanostrihalogenados, los cuales dañan la salud por la desinfección del agua de piscinas con cloro.Se hacen análisis de componentes de la acrilamida. Se determinan los residuos deditiocarbamato en los alimentos dietéticos. La determinación de aceites minerales en elagua. Análisis de herbicidas en campos de golf. Para determinar los grados de alcohol enbebidas como la cerveza. Para la determinación de componentes aromáticos en alimentos ybebidas.

Aplicaciones prácticas

Dentro de la investigación que se realiza en el Instituto de Biotecnología, en eldepartamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis, se realiza investigación sobre ladegradación enzimática de compuestos azufrados, como el dibenzotiofeno, presentes enpetróleo crudo y sus derivados. El azufre al ser oxidado durante el proceso de combustión,se convierte en un contaminante atmosférico al formar ácido sulfhídrico, el cual forma partede la lluvia ácida. La detección de los productos de degradación se realiza porcromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. La cromatografía de gases nospermite cuantificar la concentración de compuestos azufrados; y la espectrometría, ela n á l i s i s d e l o s p r o d u c t o s ( f i g . 1 2 ) .

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4.00 6.00 8.00 10.00 12.0014.00 16.0018.00 20.0022.00 24.0026.00 28.00

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

4000000

4500000

5000000

5500000

Time-->

Abundance

TIC: DBT.D

A) cromatografía de gases.

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 7000

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

550000

600000

m/z-->

Abundance

Scan 550 (11.368 min): DBT.D184

139

9263

32 281215 327246 377 479429 562530 605 659693

B) espectrometría de masas

Fig. 12 gráfica de detección de dibenzotiofeno.

Entre las aplicaciones de más importancia está la del ámbito de alimentos, debido a que esde suma importancia tener conocimiento de los componentes cuya presencia cae dentro delos parámetros permitidos en ciertos productos, aún a pesar de que no formen parte delcontenido original. Para ejemplificar este punto hacemos referencia al siguiente artículo dedivulgación. Se anexa publicación al finaldel trabajo.

Time

m/z

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López, M.G. 2001. Una sinfonía de aromas. Avance y perspectiva, Unidad Irapuato,CINVESTAV. vol. 20. p. 421-424

Cromatografía de gases como método principal

**DEPARTAMENTO DE CIENCIAS AMBIENTALESCENTRO DE CIENCIAS DE LA ATMÓSFERA/UNAM. Distrito Federal

Investigación: Estudio de la composición orgánica semivolátil presente en las partículasmenores o iguales a 10 y 2.5 µm suspendidas en el aire por cromatografía de gases –espectrometría de masas.

**LABORATORIO DE CALIDAD DEL AIRE/ITESM. Monterrey, Nuevo LeónCromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas y detector infrarrojo contransformada de Fourier. Cromatógrafo de gases con detector de captura de electrones.Detector de ionización de flama.

Monitoreos de emisiones en fuentes fijas, perimetrales y proyectos especiales en empresas.http://uninet.mty.itesm.mx/ctl/labaire.html

**LABORATORIO DE NUTRICION Y ALIMENTOSUniversidad Autónoma Agraria Antonio Narro. CoahuilaResponsable: Lic. Laura Olivia Fuentes Lara.

Investigación: Bromatológicos en forrajes y concentrados para consumo animal; enalimentos de consumo humano (frutas, hortalizas, cereales, carnes rojas y pollo).Determinación de ácidos grasos.www.uaaan.mx/DirInv/texthtml/servicio.htm

** LABORATORIOS DE INVESTIGACIÓN QUÍMICA Y BIOQUÍMICA (LIQB)/TESE.Ecatepec, Edo. Méx.Cromatógrafo de gases Hewlett Packard con detector selectivo de masas y detector deconductividad térmica. Cromatógrafo de gases Varian.

Investigación: Tratamiento de efluentes gaseosos por medio de catálisis química ybiofiltración. Restauración de suelos contaminados con hidrocarburos y plaguicidas.Producción de pigmentos y enzimas de interés agroalimentario. Análisis externos (análisisde compuestos orgánicos volátiles y semivolátiles).http://tese.dns2go.com/index.asp?opcion=laboratorios

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**Dr. Charles RiceAgron 645-Microbiología del sueloDepto de Agronomía./KSU. Kansas State, USA

Biomasa microbiana. Carbono y Nitrogeno mineralizable. Liberación de gases bajocondiciones de fumigación.http://www.oznet.ksu.edu/ed_agron645/lab/645GCinfo.htm

** Química atmosféricaPrograma de Ingeniería Química Ambiental y de Química Ambiental (PIQAyQA)Facultad de Química/UNAM. Distrito FederalCromatógrafo de gases Perkin Elmerhttp://www.cneq.unam.mx/paidoteca/quimicaambiental/instalaciones.htm

** Centro de Investigaciones Químicas/UAEM. Cuernavaca, MorelosCromatógrafo de gases acoplado a un detector selectivo de masas (HP5973).http://www.ciq.uaem.mx/ciq/servicios1.htm

**Laboratorio de Biogeoquímica UBIPRO/UNAM Iztacala, Distrito FederalCromatógrafo de Gases con detector de Espectrometría de Masas (Finnigan Mat).http://www.iztacala.unam.mx/dip/ubiprolab_biogeoquimica.html

**Alcoholera de Zapopan. JaliscoComercialización de alcohol etílico.http://www.alcoholera-zapopan.com/laboratorio.html

**Análisis en el Área de Alimentos y FármacosLaboratorio de instrumentación/CETI. Guadalajara, Jalisco.http://www.ceti.mx/es/servicio_ext/tec_quimicas/lab_instrumentacion.phtml

Innovaciones

Se han hecho innovaciones aumentando los volúmenes de inyección al cromatógrafo(LVI). En análisis de cromatografías de gases típicas normalmente solo una fracción delvolumen inyectado es de interés analítico, el resto solo interfiere o no es importante. Paramejorar el análisis, aumentando la integridad analítica, disminuyendo la frecuencia deretención etc. Se ha diseñado un sistema llamado ProSep.

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El sistema ProSep consiste de 4 componentes, el módulo de precolumna, el cual es elpuerto de entrada, dos módulos control y una precolumna de vidrio o sílica la cual estáunida dentro de la precolumna de manera similar al alineador de vidrio split/splitless(partido / sin partir) (paso 1). El flujo de la función ProSep se muestra en la siguientefigura.

La inyección con el ProSep en el cromatógrafo de gases de manera split.

Debido a que ProSep provee alguna separación, los componentes inyectados sonorganizados en la precolumna de acuerdo a su punto de ebullición, aquí el solvente, elanalito y la matriz son ordenados en el puerto y los solventes de bajo punto de ebulliciónson rápidamente eluidos (paso 2).

Después de la eliminación del solvente, la columna de preseparación modula latemperatura, cerrando el respirador split transfiriendo los solutos dentro de la columnaanalítica (paso3).

Cuando ya se han transferido todos los solutos de interés, se abre de nuevo el respiradorsplit se abre de nuevo y la columna de preseparación aumenta la temperatura para hervir alos componentes no deseados de la matriz (paso 4). Todos estos pasos son monitoreadosbajo softwares de la marca ProSepTM.

Fig. 13 Columnas de separación tipo ProSepTM 7.

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Fig. 14 Cromatógrafo de gases con columnas y detectores ProSep7.

Cromatografía de gases y espectrometría de masas

Durante los últimos veinte años la espectrometría de masas (EM) y la cromatografía degases (GC) han demostrado repetidamente, en gran número de laboratorios en todo elmundo, su versatilidad como métodos analíticos para la determinación estructural yseparación de compuestos orgánicos. Ambas técnicas han alcanzado últimamente un altogrado de desarrollo en sus diversas facetas prácticas, habiéndose convertidorespectivamente e independientemente en dos métodos analíticos en los que se conjuntanuna gran rapidez, sensibilidad y poder resolutivo.

Aunque en la práctica hasta 1957 la cromatografía de gases y la espectrometría de masasavanzaron por caminos diferentes pero paralelos en el campo del análisis orgánico, graciasal gran potencial demostrado por los primeros intentos de combinación y a su rápidodesarrollo, en la actualidad la combinación directa cromatográfica de gases-espectrometríade masas se reconoce como uno de los sistemas más eficaces a disposición del químicoanalista para el estudio e identificación de mezclas complejas de productos orgánicos.

Conectando la salida de un cromatógrafo de gases a la cámara de ionización de unespectrómetro de masas de puede obtener información estructural (espectro de masas) paracada uno de los componentes de la mezcla original, previamente inyectada en elcromatógrafo, a medida que estos son eluidos en serie de la columna cromatográfica. Deesta forma las limitaciones inherentes de la cromatografía de gases quedanconsiderablemente reducidas en el análisis cualitativo. Dichas limitaciones surgen delhecho de que mientras la cromatografía de gases pueda separar los componentes

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individuales de una mezcla con un alto grado de poder resolutivo, no puede dar, en sentidoriguroso más que información preliminar sobre su estructura. Hay que señalar comoesencial que cualquier columna cromatográfica no es un instrumento analítico, sino tan soloun medio de separación física.

Asimismo, desconectando ciertos detectores específicos (por ejemplo captura de electrones,fósforo, etc.), los detectores cromatográficos solamente responden en general a la cantidadde la muestra eluída de la columna. Por ello la utilización de los datos basados en el tiempode retención absoluto o relativo puede resultar un método adecuado para la identificacióntentativa de ciertos compuestos o mezclas relativamente simples o para las cuales sedispone de los correspondientes patrones. Sin embargo, cuando esta metodología se intentallevar a extremos, como el análisis de mezclas de productos naturales de extremacomplejidad, los resultados así obtenidos carecen de la precisión cualitativa, sobre todo enlos casos que se requiere una programación de la temperatura del cromatógrafo de gases yse carece de compuestos patrón. A este respecto, una de las áreas más activas de lacombinación cromatografía de gases-espectrometría de masas es en conclusión laidentificación de compuestos nuevos o no sospechados previamente.

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Páginas web

http://home.nas.net/~dbc/cic_hamilton/gas.html links a diferentes métodos.http://tese.dns2go.com/index.asp?opcion=laboratorioshttp://ull.chemistry.uakron.edu/analytical/GC/ imágeneshttp://www.alcoholera-zapopan.com/laboratorio.htmlhttp://www.cee.vt.edu/program_areas/environmental/teach/smprimer/gc/gc.html#introanimacioneshttp://www.ciq.uaem.mx/ciq/servicios1.htm GC centro de InvestigacionesQuímicas/UAEMhttp://www.chem.vt.edu/chem-ed/sep/gc/gcpics.html cromatógrafoshttp://www.dreamingearth.com/gas_chromatographs.html GC y aromaterapiahttp://www.essencefleur.com/Empresa2.htm GC en producción de perfumeshttp://www.orbigen.com/protocols/Gas_Chromatography.html ligas a diferentes campos(historia, técnicas, etc.)http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/chrom/gaschrm.htm explicación generalhttp://www.sigmaaldrich.com/Brands/Supelco_Home/Datanodes.html?prod_line_id=975033 reactivos, aparatoshttp://www.uib.es/depart/dqu/dquo/pau/Cromatograf%92a/chrom10/chrom/GC/concept/main.htm conceptos generales con links a detectores

Bibliografía

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2. Dabrio, M.V. 1971. Cromatografía de gases. Vol. II. Ed. Alahambra, S.A. España.223pp.

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4. Jennings, W. 1987. Analytical Gas Chromatography. Academic Press, Inc. Canada,Japan, USA. 259pp.

5. Wilson, H.W. & M.S. Klee. 1997. Analysis of sulfur and phosphorus compoundswith a flame photometric detector on the Agilent 6890 Series Gas Chromatograph.Innovating the HP way Manual. p.1-4

6. http://ull.chemistry.uakron.edu/analytical/GC/

7. http://www.bst.com.au/resources/tutorapp.pdf