Integrantes: Carolina Barraza Nicole Vergara Profesora: Sra. Carmen Marín N. Asignatura: Análisis Instrumental. Carrera: T.A.Q.

INTRODUCCIÓN

El modo más utilizado para realizar separaciones analíticas es la Cromatografía, un método que se aplica a todas las ramas de la ciencia.

Mikhail Tswett invento y denomino la Cromatografía en Columna, separando pigmentos vegetales.

Martín y Synge, enunciaron el concepto de Cromatografía Gas-líquido, desarrollaron la Cromatografía de distribución líquido-líquido.

Descripción General de la Cromatografía

En todas las separaciones cromatográficas, la muestra se disuelve en fase móvil; la cual se hace pasar a través de una fase estacionaria inmiscible que se mantiene fija en una columna o sobre una superficie sólida.

Los componentes retenidos fuertemente por la fase estacionaria se mueven lentamente con el flujo de la fase móvil, por el contrario;

Los componentes que se unen débilmente, se mueven con rapidez.

Gracias a la diferencia de movilidad los componentes de la muestra se separan en bandas que pueden analizarse cualitativamente y/o cuantitativamente.

Cromatógrafo de Gases VARIAN 3380

Cromatografía de Gases (GC)

La Cromatografía de Gases la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica. La elución se produce por el flujo de una fase móvil de un gas inerte. A diferencia de las otras cromatografías, la fase móvil no interactúa con las moléculas del analito, siendo la única función transportar el analito a través de la columna.

Existen dos tipos de cromatografía de gases:

Cromatografía gas-sólido (GSC) Cromatografía gas-líquido (GLC), esta es la más

utilizada, y se llama simplemente cromatografía de gases (GC).

Cromatografía gas-sólido (GSC)

Consta de una fase estacionaria en la cual se produce una retención del analito por adsorción física.

Su aplicación es limitada por la retención semipermeable de moléculas polares y la obtención de picos de elución con colas.

Se aplica solo a especies gaseosas de bajo peso molecular.

Se utilizan columnas de relleno o capilares estas denominadas columnas tubulares abiertas de capa porosa (PLOT).

Tipos de adsorbentes:

Tamices moleculares Polímeros porosos.

Cromatografía Gas-líquido

Se basa en la distribución del analito entre una fase móvil gaseosa y una fase líquida inmovilizada sobre la superficie de un sólido inerte.

La GC se lleva a cabo en un cromatógrafo de gases. Éste consta de diversos componentes como el gas portador, el sistema de inyección de muestra, la columna, y el detector.

Diagrama de un cromatógrafo de gases

Gas portador El gas portador cumple dos propósitos: Transporta los componentes de la muestra Crea una matriz adecuada para el detector.

Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:

Debe ser inerte para evitar interacciones Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa Fácilmente disponible y puro Económico Adecuado al detector a utilizar

El gas portador debe ser un gas inerte, para prevenir su reacción con el analito o la columna.

Se emplean gases como: helio, argón, nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono, la elección de este gas depende del tipo de detector empleado.

El almacenaje del gas puede ser en balas normales o empleando un generador, especialmente en el caso del nitrógeno y del hidrógeno.

Luego, un sistema de manómetros y reguladores de flujo que garantiza un flujo estable y un sistema de deshidratación del gas, (tamiz molecular).

La regulación de la presión se hace a dos niveles: un primer manómetro se sitúa a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatógrafo, donde se regula el flujo. Las presiones de entrada varían entre 10 y 25 psi, lo que da lugar a caudales de 25 a 150 ml/min en columnas de relleno y de 1 a 25 mL/min en columnas capilares.

Sistema de inyección de muestra

Se debe inyectar una cantidad adecuada, y debe introducirse de tal forma que sea rápido para evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas de analito. El método más utilizado emplea una microjeringa para introducir el analito en una cámara de vaporización instantánea. Esta cámara está a 50ºC por encima del punto de ebullición del componente menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona, septum.

Inyector de muestra para un GC

Si la columna empleada es rellena, el volumen inyectado será de 20 μL, y en el caso de columnas capilares dicha cantidad es menor, de 1 μL, y dependiendo del tipo de columna capilar (ya que existen columnas con distinto diámetro interno) es que si se utiliza todo el volumen de muestra inyectado. Para obtener menor cantidad de volumen, se utiliza un divisor de flujo (la inyección se conoce como modo "Split") a la entrada de la columna que desecha parte del analito introducido.

Columna: Es el lugar donde ocurre la separación. El material con el cual

generalmente se elaboran las columnas es: cobre

El relleno puede ser un sólido, ó líquido recubriendo un sólido.

Podemos clasificar las columnas según el propósito del proceso cromátografico:

Empacadas o de relleno Capilares o tubulares abiertas

Columnas de relleno

Consiste en tubos de cobre, de longitud de 2 a 3 metros y diámetro interno de 2 a 4 milímetros. El interior se rellena con un material sólido, finamente dividido para tener una máxima superficie de interacción y recubierto con una capa de espesores entre 50 nm y 1 μm. Para que puedan introducirse en el horno, se enrollan convenientemente.

El material de relleno ideal consiste en pequeñas partículas, uniformes con buena resistencia mecánica, para tener una máxima superficie donde interacciona la fase estacionaria y el analito.

El tamaño es crítico a la hora de darse el proceso de interacción del analito, y a menor tamaño la eficacia de la columna es mejor.

Columnas capilares

Las columnas capilares son de dos tipos básicos: de pared recubierta (WCOT) de soporte recubierto (SCOT). Las WCOT son tubos capilares donde la pared

interna es recubierta con una capa fina de fase estacionaria. Las columnas SCOT tienen en su parte interna una fina capa de material adsorbente (tierra de diatomeas) donde se ha adherido la fase estacionaria.

Columna Capilar

La fase estacionaria

Las propiedades necesarias son:

Características de reparto adecuados al analito.

Baja volatilidad. Baja reactividad. Estabilidad térmica, para evitar su

descomposición durante la elución.

Para elegir uno, debe tenerse en cuenta la polaridad del analito, ya que a mayor polaridad del analito, mayor polaridad deberá tener la fase estacionaria.

Factores que Afectan la Eficiencia de una Columna

Longitud de la Columna Diámetro de la Columna Tamaño de las partículas del relleno Naturaleza de las fases Cantidad de fase estacionaria Temperatura de la columna Velocidad del gas portador Cantidad de muestra inyectada Material del cual está elaborada la columna

Detectores Un detector es un dispositivo para revelar la presencia de las

sustancias eluídas a la salida de la columna cromatográfica.

En cromatografía un detector funciona comparando una propiedad física entre el gas portador puro y el mismo gas portador llevando cada uno de los componentes que previamente se han separado en la columna, esta acción se traduce en una señal tipo eléctrica, que posteriormente se amplificará mediante un registrador gráfico ó integrador permitiendo indicar el momento que salen de la columna los componentes.

Las características de un detector ideal son:

Sensibilidad: Tienen sensibilidades entre 10-8 y 10-15 g/s de analito.

Respuesta lineal al analito con un rango de varios órdenes de magnitud.

Tiempo de respuesta corto, independiente del caudal de salida.

Intervalo de temperatura de trabajo amplio, por ejemplo desde temperatura ambiente hasta unos 350-400ºC.

Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales de analito debe dar salidas de señal iguales.

Alta fiabilidad y manejo sencillo, o a prueba de operadores inexpertos.

Respuesta selectiva y altamente predecible para un reducido número de analitos.

Algunos tipos de detectores:

Detector de ionización de llama (FID). Detector de conductividad térmica (TCD). Detector termoiónico (TID). Detector de captura de electrones (ECD). Detector de emisión atómica (AED).

Detector de ionización de llama

Es un quemador de hidrógeno/aire, donde se mezcla el gas portador y el analito con hidrógeno.

Inmediatamente, el gas mezclado se enciende mediante una chispa eléctrica, produciéndose una llama de alta temperatura.

La mayoría de compuestos orgánicos a altas temperaturas pirolizan y se producen iones y electrones, que conducen la electricidad a través de la llama.

La señal depende del número de átomos de carbono que entra en el detector por unidad de tiempo, por lo que es más sensible a la masa que a la concentración.

Existen algunos grupos funcionales que nodan respuesta en este detector:

Carbonilo alcohol halógeno o amina y tampoco gases no inflamables como: CO2, SO2, agua y óxidos de nitrógeno.

Ventajas: Desventajas:

Alta sensibilidad (10-13 g/s). Amplio intervalo lineal, 107.

Bajo ruido de fondo (alta relación señal/ruido).

Bajo mantenimiento, fácil de fabricar.

Destruye la muestra

Detector de conductividad térmica

Su uso se basa en la diferencia de conductividad térmica del gas portador cuando circula también analito.

Mide la capacidad de una sustancia para transferir calor de una región caliente a una fría. Utiliza como gas portador el Helio, de forma que al mezclarse con los analitos disminuye la conductividad de la corriente gaseosa.

La sensibilidad es inversamente proporcional al caudal, la sensibilidad aumenta al aumentar la diferencia de temperatura entre el filamento y el bloque exterior.

Ventajas: Desventajas:

Simplicidad. Amplio rango lineal (105).

Respuesta universal a compuestos orgánicos e inorgánicos.

No destructivo. El He da un mínimo de límite

de detección

Sensibilidad relativamente baja, 10-8 g de soluto/ml de gas portador.

Imposibilidad de utilizarlo en columnas capilares (caudal de salida pequeño).

Detector termoiónico

Es selectivo para compuestos orgánicos fosforados y nitrogenados, aunque no responde igual para ambos, siendo para el fósforo 10 veces mayor que para el nitrógeno.

Es 500 veces más sensible que el detector de ionización de llama para compuestos fosforados y unas 50 veces más sensible para compuestos nitrogenados (aminas, nitratos).

Debido a esta sensibilidad con compuestos fosforados, se usa en determinación de pesticidas fosforados.

FUNCIONAMIENTO

El gas de salida de la columna se mezcla con H2 y se quema. El gas pasa alrededor de una esfera de rubidio calentada eléctricamente hasta unos 600-800ºC.

Al pasar por el plasma se forman una gran cantidad de iones a partir de las moléculas de fósforo y nitrógeno, las cuales se utilizan para la determinación de los compuestos.

Al tener el medio conductor dicha diferencia de potencial permite la aparición de una pequeña corriente eléctrica amplificable y medible. Por lo general, la intensidad de la corriente será proporcional al número de iones formados, y por tanto a la cantidad de analito.

Detector de captura de electrones

Su funcionamiento básico se basa en la emisión de una partícula β por parte de átomos adsorbidos sobre una placa de platino o titanio.

Este detector es muy selectivo, y sensible a las moléculas con grupos electronegativos (halógenos, peróxidos), grupos nitro, grupos que contienen átomos de halógeno, oxígeno y nitrógeno. El alcohol, amina e H.C no dan señal.

Se aplica normalmente al análisis de insecticidas o bifenilos policlorados.

Ventajas: Desventajas: Simple y robusto.

Bajo mantenimiento.

No destructivo.

Muy sensible, del orden de 10-12 g/ml de gas portador.

Bajo rango dinámico lineal, 10² unidades.

Precauciones de uso debido a la presencia de material radiactivo..

Detector de emisión atómica

Es uno de los tipos de detectores más recientes, y se basa en la emisión atómica.

En este dispositivo el gas de salida de la columna se introduce en un plasma de He mantenido por inducción de microondas, el cual se acopla a un espectrómetro de emisión de series de diodos. La alta temperatura alcanzada en el interior del plasma es suficiente para ionizar totalmente todos los átomos de la muestra, y obtener de esta forma sus espectros de emisión.

La radiación emitida se colima y se refleja en una red de difracción, descomponiéndose en sus longitudes de onda individuales, y se recoge en una fila de diodos.

Los siguientes términos son los utilizados en un cromatograma típico y recomendados por la IUPAC:

Línea Base Pico Cromatográfico Base del Pico Área del Pico Altura del Pico Ancho del Pico Ancho del Pico a la mitad de la Altura

Efecto de la Temperatura sobre los Cromatogramas:

Aplicaciones:

Uso para detectar:

Insecticidas Pesticidas Bifenilos policlorados Monóxido de carbono en gases de escape de

autos

Conclusión La cromatografía de gases es una técnica de

análisis químico versátil ya que puede ser utilizada en análisis cualitativo y/o cuantitativo y de separación en muestras orgánicas complejas y compuesta por varias especies químicas.

Por otro lado es una técnica de alto costo ya que en la mayoría de los casos se utilizan columna capilares específicas y estándares de alto grado de pureza.

Conclusión

Otro aspecto a considerar son los tiempos de análisis que son mayores en comparación con otras técnicas como absorción molecular, pero que una vez montado y preparado, puede ser utilizado en análisis de rutina de alto rendimiento.

Bibliografía

www.relaq.mx/RLQ/tutoriales/cromatografía/Gas.htm

es.wikipedia.org Análisis Instrumental, Skoog/Leary, cuarta edición,

editorial McGraw-Hill/Interamericana de España.