cromatografia de gases

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO LICENCIATURA EN QUÍMICA QUÍMICA ANALÍTICA IV CROMATOGRAFÍA DE GASES ALUMNNOS Carlos Antonio García Romero Jesús Hernández Vázquez MARZO 2015

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analisis instrumental

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Page 1: cromatografia de gases

• UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

LICENCIATURA EN QUÍMICA

QUÍMICA ANALÍTICA IV

CROMATOGRAFÍA DE GASES

ALUMNNOS

Carlos Antonio García Romero

Jesús Hernández Vázquez

MARZO 2015

Page 2: cromatografia de gases

INTRODUCTION

Chromatography is a method of instrumental analysis that is able of producing information. Which may describe the qualitative and

quantitative composition of mixtures.

Page 3: cromatografia de gases

The first chromatograph to be described in the literature was that constructed by the inventors of the technique, James and Synge, in 1942 (1). This was used to separate plant pigments.

Archer John Porter Martin Richard Laurence Millington Synge

Page 4: cromatografia de gases

En GC se aplica un medio de transporte

gaseoso (fase móvil) para la

separación.

El transporte de los componentes de la muestra a través de la columna se lleva a cabo con la fase móvil.

Sólo muestras volátiles

pueden ser separados

por GC.

Page 5: cromatografia de gases

CROMATOGRAFO DE GASES

1- Suministro de gas portador 2- Inyector de muestra 3- Columna 4- Detector 5- Gas auxiliar (Ar, N2)

Page 6: cromatografia de gases

FASE MOVÍL

El Helio es el gas portador

más común y es compatible con la mayoría de los detectores.

La elección del gas

portador:

A-La naturaleza de la muestra.

B- Fase estacionaria.

C- Detector utilizado.

Page 7: cromatografia de gases

FASES MÓVILES MÁS UTILIZADAS

H2

„ Posee alta conductividad térmica, barato, baja viscosidad. „ Puede originar explosiones.

He

„ Tiene un mejor caudal o flujo que el hidrógeno. „ Tiene un precio elevado.

N2

„ Seguro, barato y de fácil purificación. „ Presenta baja conductividad térmica.

Page 8: cromatografia de gases

CONTROL DE FLUJO

Flujo constante de la fase móvil

Las presiones que se

alcanzan van de los 10 a los

50 psi (lb/pulg2).

Proporcionan un flujo de 25 a

50 ml/min.

Reguladores de presión y

manómetros para controlar la velocidad de

flujo del gas.

Page 9: cromatografia de gases

INYECCION DE MUESTRA

La cantidad de muestra depende de la capacidad de la columna a utilizar

1-2 μL

La inyección depende de:

Analito, columna, detector, velocidad de flujo, fase estacionaria.

Puede ser:

Líquido

Gas

Sólido

Page 10: cromatografia de gases

Muestras que se descomponen por encima de su punto de ebullición.

Forma preferida de análisis cuantitativo.

Para análisis de trazas, que constituyen menos del

0.01% de la muestra.

Muestras térmicamente inestables.

Utiliza un divisor de flujo a la entrada de la columna

que desecha parte del analito introducido.

INYECCIÓN EN COLUMNAS

INYECCIÓN SIN DIVISIÓN

INYECCIÓN CON DIVISIÓN

TIPOS DE INYECCIÓN DE MUESTRA

Page 11: cromatografia de gases
Page 12: cromatografia de gases

Determinación de los componentes volátiles cuando se encuentran en equilibrio en un

recipiente cerrado.

Forma de introducir

muestras tales como muestras

solidas o liquidas poco volátiles.

INYECCIÓN DE ESPACIO DE

CABEZA

Page 13: cromatografia de gases

METODO ESTATICO

• La muestra es calentada dentro de un frasco y es llevada al equilibrio entre la fase gaseosa y la misma.

• Una parte de la fase gaseosa de volumen conocido es introducida en el cromatógrafo para su análisis por una jeringa o dosificador automático.

METODO DINAMICO

• El método es similar al estático, con la diferencia que se mantiene un flujo continuo de gas por enzima de la muestra, el cual arrastra los componentes volátiles.

Page 14: cromatografia de gases

LA COLUMNA

Es el elemento esencial del cromatógrafo de gases, ya que en ella

tienen lugar la separación del analito.

La fase estacionaria que se encuentra en la columna se divide en

dos grupos:

1.- Cromatografía gas-solido (CGS)

2.- Cromatografía gas-liquido (CGL)

Fase Liquida

Page 15: cromatografia de gases

TIPOS DE COLUMNAS

Columnas tubulares abiertas

De pared recubierta WCOT

Recubierta de soporte SCOT

Capa porosa PLOT

Columnas empaquetadas

Page 16: cromatografia de gases

COLUMNAS TUBULARES ABIERTAS

Largas y estrechas de 1 a 100 m de largo y de un grosor de 0.1 a 0.5 μm, fabricadas de sílice fundida (SiO2) y recubiertas de poliimida (plástico capaz de resistir 350 ºC)

Las columnas estrechas dan mayores resoluciones que las columnas anchas.

Permiten mayor resolución, mayor rapidez de análisis, y mayor sensibilidad que las columnas empaquetadas; aunque tienen menor capacidad de muestra.

Page 17: cromatografia de gases

COLUMNAS DE PARED RECUBIERTA

Se caracterizan por estar recubiertas en su interior por una

película de fase estacionaria líquida.

COLUMNA RECUBIERTA DE SOPORTE

Consta de partículas sólidas adheridas a

la pared interior que están recubiertas de la fase estacionaria

líquida.

COLUMNA DE CAPA POROSA

Las partículas sólidas son la fase

estacionaria líquida

Page 18: cromatografia de gases

COLUMNAS EMPAQUETADAS

Contienen un soporte sólido de partículas finas recubiertas de una fase estacionaria líquida no volátil, o el solido mismo es la fase estacionaria.

Las columnas empaquetadas son útiles para separaciones preparativas o para separar gases que no son muy retenidos.

Las columnas comunes son de acero inox., níquel o vidrio, y sus dimensiones típicas son 3-4 mm de diámetro y 1-5 m de longitud.

Page 19: cromatografia de gases

• Fase no polar • Fase polar • Fase semi-polar

ELECCIÓN DE FASE SOLIDA

• Estructura química similar a la de los analitos (polaridad)

• Mayor punto de ebullición

REQUISITOS

• AMPLIO RANGO DE TRABAJO (100°c-300°c)

• Estabilidad térmica • Baja viscosidad • Interactuar con los

solutos (disolver) • inerte

FASE SOLIDA

Solido adsorbente:

Generalmente Sílice y Alúmina.

Page 20: cromatografia de gases

Fase Aplicaciones T° Maxima Estructura

Polidimetil siloxano

OV/ 1, SE-30

Com. Aromáticos

polinucleados, fármacos, esteroides.

350°C

Fenilpolidimetil siloxano

OV-17

Fármacos, esteroides, pesticidas,

glicoles.

250°C

Polietilenglicol

Carbowax 20M

Ácidos libres,

alcoholes, esteres, aceites

esenciales, glicoles.

250°C

Po

larid

ad

Baja

Alta

Page 21: cromatografia de gases

El horno de calefacción permite:

A- amplio rango de temperaturas.

B- variación lineal de la temperatura.

C- Trabajo a temperatura fija (cromatografía isotérmica) y ΔT°C/Δt ( cromatografía con gradiente de temperatura)

La columna esta esta situada dentro del horno para controlar la temperatura.

HORNO DE SEPARACIÓN

Page 22: cromatografia de gases

ZONA DE INYECCIÓN

Temperatura suficiente para vaporizar el analito y suficientemente baja para que no

lo descomponga.

DETECTOR .

Temperatura adecuada entre el detector-columna.

Condensación del analito y un error en la medición.

COLUMNA

Afecta la distribución del soluto en la fase móvil (volatilidad) y la fase

estacionaria (movilidad).

“Éxito de la separación”

EFECTO DE LA TEMPERATURA

Page 23: cromatografia de gases
Page 24: cromatografia de gases

DETECTORES

DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA

DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

DETECTOR DE CAPTURA ELECTRÓNICA

ESPECTROMETRÍA DE MASAS

Page 25: cromatografia de gases

Por lo general, un detector no identifica qué sale de la columna, sólo nos dice que algo está saliendo.

Los sistemas de detección deben responder rápidamente a las pequeñas concentraciones de solutos que salen de la columna.

El detector debe dar una respuesta rápida, que sea lineal, estable y uniforme para gran variedad de especies químicas.

Page 26: cromatografia de gases

DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA

Page 27: cromatografia de gases

El detector de ionización de llama es muy sensible, y da

una respuesta bastante lineal.

La señal emitida es proporcional al número de

átomos de carbono ionizables.

Page 28: cromatografia de gases

DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Es de aplicación universal, responde a todos los analitos.

Se compone de una fuente calentada eléctricamente.

Mide la capacidad de una sustancia para transmitir calor de una región caliente a una

fría.

El elemento térmico puede ser un filamento de Pt, Au o W

Se utilizan detectores gemelos; uno sobre la cámara de

inyección de la muestra, el otro debajo de la columna.

Page 29: cromatografia de gases

Se colocan en circuito para cancelar la conductividad térmica

del gas portador.

Estos detectores tienen un intervalo dinámico bastante lineal, responden a muchas

especies orgánicas e inorgánicas. No destruyen la muestra.

Page 30: cromatografia de gases

DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES

Responde selectivamente a los compuestos orgánicos que contienen

halógenos.

La muestra que sale de la columna pasa a través de un emisor de

partículas beta radiactivas, que suele ser níquel 63.

Si en el detector no hay una especie orgánica, la corriente

generada por la ionización permanece constante.

En presencia de moléculas orgánicas que poseen grupos funcionales electronegativos la corriente disminuye.

El detector responde modificando la frecuencia de los impulsos de voltaje entre ánodo y cátodo para mantener

constante la corriente.

Page 31: cromatografia de gases

Detector muy sensible los compuestos que contienen

halógenos, peróxidos, quinonas y grupos nitro.

Insensible a grupos funcionales como aminas, alcoholes e hidrocarburos.

Page 32: cromatografia de gases

La espectrometría de masas es el mejor

detector de cromatografía de gases y también el mas costoso.

El espectro de masas es extremadamente sensible

y proporciona información cualitativa y

cuantitativa.

Con este se puede medir fácilmente un

componente en un cromatograma complejo

de compuestos separados.

Técnica que se basa en ionizar moléculas

gaseosas (cationes), acelerándolas en un campo magnético.

El proceso de ionización suministra suficiente energía para que las

moléculas se rompan en diversos fragmentos.

Separación de acuerdo a sus masas.

ESPECTROMETRÍA DE MASAS

Page 33: cromatografia de gases

Componentes

Fuente de ionización

Ioniza el material a ser analizado.

Analizador de masa

Un campo eléctrico o magnético afecta la trayectoria y la velocidad de las partículas cargadas de una cierta

manera.

Detector

Registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie.

Page 34: cromatografia de gases

Un espectrómetro de masas es un grafico que muestra la abundancia

relativa de cada fragmento que choca con el detector.

Cuando se trabaja de un modo selectivo aumenta la

relación señal-ruido y disminuye el limite de detección del analito .

Esto se debe a que se invierte mas tiempo en

recoger los iones de interés, disminuyendo el

tiempo limite de detección.

Page 35: cromatografia de gases

Debido a sus propiedades carcinogénicas y mutagénicas los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) han sido estudiados ampliamente. La determinación de los HAP en tejidos de organismos marinos requiere de métodos adecuados para su extracción, identificación y cuantificación, ya que este tipo de matrices contiene mezclas complejas de compuestos de naturaleza lipofílica que interfieren en el análisis.

Muestras La muestra de pescado que se utilizó para desarrollar y optimizar el método se compró en el supermercado. 1- Preparación de la muestra 1.0 gramo de tejido de pescado previamente liofilizado (4.89 g peso húmedo). La muestra se puso a digestión en un equipo Soxhlet por 4 horas bajo reflujo con 50 mL de una solución metanólica de KOH al 20 % (p/v). Después de enfriarse, se extrajo cuatro veces con 25 mL de hexano, colectándose estos extractos y secándose con Na2SO4 anhidro. Posteriormente se llevaron a 2 mL aproximadamente utilizando un rotavapor y se ajustó con hexano al volumen final. La purificación del extracto se realizó por cromatografía en columna y por EFS utilizando cartuchos comerciales. 2-Análisis por cromatografía de gases (CG) Las fracción aromática del procedimiento se analizo por CG usando un cromatógrafo de gases Hewlett Packard Modelo 5890 Serie Plus equipado con un sistema de inyección en columna, control CROMATOGRAFÍA DE GASES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS con control electrónico de presión y detector de ionización de llama. Los análisis se efectuaron en columna capilar de sílice fundida de PTETM-5 Supelco (30 m X 0.25 mm d.i. X 0.25 µm). La temperatura del inyector se mantuvo 3 ºC arriba de la del programa de la columna. El programa de temperatura fue: 60 ºC, durante 1 min e incrementos de 20 ºC/min hasta 250 ºC y 5 ºC/min a 320 ºC durante 20 min. El flujo de He fue constante (2 mL/min).

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Cromatograma de la fracción aromática del extracto. Naftaleno (pico1), acenaftileno (pico 2), acenafteno (pico 3), fluoreno (pico 4), fenantreno (pico 5), antraceno (pico 6), fluoranteno (pico 7), pireno (pico 8), benzo(a)antraceno (pico 9), criseno (pico 10), benzo(b)fluoranteno (pico 11), benzo(k)fluoranteno (pico 12), benzo(a)pireno (pico 13), indeno(1,2,3-cd)pireno (pico 14), dibenzo(a,h)antraceno (pico 15), benzo(g,h,i)perileno (pico 16), escualeno (e), fenoles (pico fe), 2-etil-hexil ftalato (pico ft), desconocido (pico D).

Page 37: cromatografia de gases

BIBLIOGRAFIA TÉCNICAS ANALÍTICAS DE SEPARACIÓN, M. VALCÁRCEL CASES, A.

GÓMEZ HENS, ED. REVERTÉ, EDICIÓN 2003. PÁG 615-653

A.J.P. MARTIN AND R.L.M. SYNGE: BIOCHEM. J., 35 (1941) 1358 http://www.atmosfera.unam.mx/editorial/rica/acervo/vol_19_1/2.pdf