UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA, MINAS, PETRLEOS Y AMBIENTAL.

INFORME DE PRCTICA DE LABORATORIO PREPARADO POR EL ESTUDIANTE

CONSULTA No1.CROMATOGRAFA DE GASES

QUMICA ANALTICA

ESTUDIANTE

CARRERA

SEMESTRE

DOCENTE

FECHA

Erick Santiago Lpez Cabascango

Ingeniera Ambiental

tercero

Qum. Salomn Chacha

2015

07

16

Introduccin

En cromatografa de gases (GC), la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatogrfica. La elucin se produce por el flujo de una fase mvil de un gas inerte. A diferencia de la mayora de los otros tipos de cromatografa, la fase mvil no interacciona con las molculas del analito; su nica funcin es la de transportar el analito a travs de la columna. Existen dos tipos de cromatografa de gases: la cromatografa gas-slido (GSC) y la cromatografa: gas-lquido (GLC). La cromatografa gas-lquido tiene gran aplicacin en todos los campos de la ciencia y su denominacin se abrevia normalmente como cromatografa de gases (GC), a pesar de que este hecho deja a un lado la cromatografa gas-slido se produce la retencin de los analitos en una fase estacionaria.

Cromatografa gas-slido se produce la retencin de los analitos en una fase estacionaria slida como consecuencia de la adsorcin fsica.

La cromatografa gas-slido ha tenido una aplicacin limitada debido a la retencin semipermanente de las molculas activas o polares y a la obtencin de picos de elucin con colas muy significativas (como consecuencia del carcter no lineal del proceso de adsorcin), de modo que esta tcnica no ha encontrado una gran aplicacin excepto para la separacin de ciertas especies gaseosas de bajo peso molecular.

Cromatografa gas-lquido se basa en la distribucin del analito entre una fase mvil gaseosa y una fase mvil lquida inmovilizada sobre la superficie de un slido inerte. El concepto de cromatografa gas-lquido fue enunciado por primera vez, en 1941, por Martin y Synge, quienes fueron tambin los responsables del desarrollo de la cromatografa de reparto lquido-lquido. Tuvo que pasar, sin embargo, ms de una dcada antes de que la importancia de la cromatografa gas-lquido se demostrara experimentalmente. Tres aos ms tarde en 1995, apareci en el mercado el primer aparato comercial para cromatografa gas-lquido. Desde entonces las aplicaciones de esta tcnica han crecido de una forma espectacular.

Principios de la cromatografa gas-lquido

Los principios generales de la cromatografa, que se han desarrollado y las relaciones matemticas resumidas son aplicables en la cromatografa de gases con solo ligeras modificaciones que son consecuencia de la compresibilidad de las fases mviles gaseosas.

Volmenes de retencin

A fin de tener en cuenta los efectos de la presin y de la temperatura en cromatografa en cromatografa de gases, es ms aconsejable utilizar los volmenes de retencin en vez de los tiempos de retencin, la relacin entre los dos es:

Y

Donde F es el caudal promedio ene el interior de la columna V y t son, respectivamente, los volmenes de retencin y los tiempos de retencin, y los subndices R y M se refieren a las especies que son retenidas en la columna y a las que no lo son. Sin embargo, el caudal promedio no se puede medir directamente y de forma experimental slo se puede determinar el caudal de gas a la salida de la columna. Por lo general, ste se mide con un medidor de pompas de jabn, el cual se muestra en la figura 1.El caudal promedio entonces es:

donde Tc es la temperatura de la columna en kelvin, T es la temperatura en el medidor , es el caudal medido, y P es la presin del gas a la salida de la columna. Normalmente P y T son la presin y la temperatura ambientales. En el medidor de pomas de jabn el gas se satura con agua y por ello la presin se ha de corregir teniendo en cuenta la presin de vapor de agua .

Tanto VR como VM dependen de la presin promedio en el interior de la columna, cuyo valor es intermedio entre la presin de entrada P , y la presin de salida P (presin atmosfrica). El factor de correccin de cada de presin J se utiliza por el hecho de que la presin dentro de la columna no es una funcin lineal del cociente P/P. Los volmenes de retencin netos Y que corresponden a los volmenes de presin promedio de la columna, se obtienen de las ecuaciones

Donde j se puede calcular a partir de la ecuacin

El volumen de retencin especfico se define como

Donde W es la masa de la fase estacionaria, una cantidad determinada en el momento de preparar la columna, y es la temperatura de la columna en kelvin.

Relacin entre y K

Resulta oportuno relacionar con el coeficiente de distribucin K. Para conseguirlo, se sustituye la expresin que relaciona tR y tM con K en la ecuacin del volumen de retencin especifico lo que da:

Combinando esta expresin con la ecuacin de se obtiene

La sustitucin de K por la ecuacin vista en el captulo 26 en el cual son idnticos)

La densidad de lquido en la fase estacionaria viene dada por

As

Obsrvese que a una temperatura dada depende solamente de la constante de distribucin del soluto y dela densidad del lquido que constituye la fase estacionaria, y como tal, debera ser en principio un parmetro til para la identificacin de la especie. En la literatura se halla un gran nmero de volmenes de retencin especficos; desafortunadamente, esos datos se encuentran muy dispersos y con frecuencia son poco fiables.

Efecto del caudal de fase mvil

Debido a que las velocidades de difusin, son mucho mayores en los gases ( veces mayores en los lquidos), el trmino de difusin longitudinal (B/u) es ms importante en la cromatografa de gas-lquido que en otros procesos cromatogrficos. En consecuencia el mismo que se observa en las curvas que relacionan la altura H con el caudal es normalmente ms ancho cuando se trata de la cromatografa de gases.

Instrumentos para la cromatografa gas-lquido

Actualmente, ms de 30 fabricantes de instrumentos ofrecen unos 130 modelos distintos de equipos para cromatografa de gases, con un coste que vara desde unos 1500 hasta 40000 dlares. En la dos ltimas dcadas los instrumentos de cromatografa de gases que han aparecido en el mercado presentan muchos cambios y mejoras.

Los componentes bsicos de un instrumento para la cromatografa de gases se presentan en la siguiente figura:

Fig1.Representacin esquemtica de un cromatgrafo de gases

A continuacin se da una descripcin de cada uno de los componentes bsicos de un instrumento para la cromatografa de gases. Obsrvese que en la figura, el caudal de gas se divide antes de entrar en la columna, este tipo de disposicin se utiliza cuando el detector empleado mide un cambio en las propiedades de corriente de gas por la presencia de las molculas de analito.

Gas portador:

Entre los gases portadores deben ser qumicamente inertes, se encuentran el helio el nitrgeno y el hidrgeno. Como se indicar posteriormente, la eleccin de los gases est con frecuencia determinada por el tipo de detector que se utiliza. Con el suministro de gas se encuentran asociados los reguladores de presin, manmetros y medidores de caudal. Adems, el sistema de gas portador contiene a menudo un tamiz molecular para eliminar el agua u otras impurezas.

Sistema de inyeccin de muestra

La eficacia de la columna requiere que la muestra sea de un tamao adecuado y que sea introducida como un tapn de vapor; la inyeccin lenta de muestras demasiado grandes provoca un ensanchamiento de las bandas y una pobre resolucin. El mtodo ms comn de inyeccin de muestra implica el uso de una micro jeringa para inyectar una muestra lquida o gaseosa a travs de un diafragma de goma de silicona, en una cmara de vaporizacin instantnea.

Fig.2 Medidor de pompas de jabn

Fig.3 vista de la seccin transversal de un inyector de vaporizacin instantnea

Configuracin de la columna y del horno para la columna.

En cromatografa de gases dos tipos generales de columnas, las rellenas, y las abiertas o capilares. Hasta la fecha la mayor parte de la cromatografa de los gases se ha realizado con columnas rellenas. Las columnas cromatogrficas varan desde menos de 2 hasta 50m de longitud, o ms. Estn construidas con acero inoxidable, slice fundida o tefln, a fin de poder colocarse dentro de un horno termostatizado.

La temperatura:

La temperatura de la columna es un variable muy importante que para un trabajo preciso ha de regularse a las dcimas de grado, por ello la columna normalmente se introduce dentro de un horno de temperatura controlada. La temperatura ptima de la columna depende del punto de ebullicin de la muestra y del grado de separacin requerido. En la prctica, con una temperatura igual o ligeramente superior al punto de ebullicin promedio de la muestra, se obtienen tiempos de elucin razonables de 2 a 30 minutos.

Programacin de temperatura: Se emplea para muestras cuyos componentes presentan un alto intervalo de temperatura, debido a esto lo que hace la programacin de temperatura es aumentar la temperatura en forma continua o por etapas.

Fig4.Efecto de la temperatura sobre los cromatogramas de gases

Sistemas de deteccin

Durante el desarrollo de la cromatografa de gases se han investigado y utilizado docenas de detectores. En los apartados que siguen a continuacin, se describen los utilizados ms frecuentemente. En este caso, el dispositivo espectromtrico sirve no slo para detectar la aparicin de los picos de los analitos al final de la columna, sino tambin para identificarlos.

Caractersticas del detector ideal.

El detector ideal para la cromatografa de gases tiene las siguientes caractersticas:

1. Adecuada sensibilidad. Aquello que constituye una adecuada sensibilidad no puede evaluarse de una forma cuantitativa. Por ejemplo, las sensibilidades de los detectores que se van a describir difieren en un factor de 107. Aunque todos se utilizan extensamente y son adecuados en ciertos casos, sin embargo, los menos sensibles no resultan convenientes para algunas aplicaciones.

2. Buena estabilidad y reproducibilidad.

3. Respuesta lineal para los solutos que se extiendan a varios rdenes de magnitud.

4. Intervalo de temperaturas de trabajo comprendido desde la temperatura ambiente hasta al menos de 400c.

5. Tiempo de respuesta corto que sea independiente del caudal.

6. Alta fiabilidad y manejo sencillo. Hasta el punto de que el detector debera estar a prueba de la impericia de operadores inexpertos.

7. Respuesta semejante para todos los solutos o, por el contrario, una respuesta selectiva y altamente predecible para uno o ms tipos de soluto

8. No destructivo de la muestra.

Detector de ionizacin de llama

El detector de ionizacin de llama (FID) es el detector ms extensamente utilizado, y por lo general, uno de los ms aplicables en cromatografa de gases. El detector de ionizacin de llama responde al nmero de tomos de carbono que entra en el detector por unidad de tiempo, por ello es un detector ms sensible a la masa, que un sistema sensible a la concentracin.

Fig.5 detector de ionizacin de llama

Detectores de conductividad trmica (TCD)

Uno de los primeros detectores que utilizaron en cromatografa de gases, y uno de los que todava tiene una gran aplicacin, se basa en los cambios en la conductividad trmica de la corriente de gas ocasionados por la presencia de las molculas de analito. Este dispositivo a veces se denomina catarmetro. El sensor de un catarmetro consiste en un elemento calentado elctricamente cuya temperatura, a una potencia elctrica constante, depende la conductividad trmica del gas circundante.

Las ventajas del detector de conductividad trmica son su sencillez, su amplio intervalo dinmico lineal, su respuesta universal tanto a especies orgnicas como a inorgnicas y su carcter no destructivo, lo que permite recoger los solutos despus de la deteccin.

Fig.6: Diagrama esquemtico de un detector de captura de electrones

Detectores de captura de electrones:

El detector de captura de electrones ha llegado ha llegado a ser uno de los detectores ms ampliamente utilizados para el anlisis de muestras medioambientales, debido a su selectividad para detectar compuestos que contienen halgenos, tal es el caso de los pesticidas y de los bifenilos policlorados. Este tipo de detector opera casi del mismo modo que un contador proporcional para la medida de rayos x.Una aplicacin importante del detector de captura de electrones es la deteccin y determinacin de insecticidas clorados.

Detectores de emisin atmica (AED)

El detector de emisin atmica ya est disponible en el comercio. En este dispositivo el efluente se introduce en un plasma de helio obtenido con microondas, que se acopla a un espectrmetro ptico de emisin de diodos en serie. El plasma es suficiente energtico como para atomizar todos los elementos de una muestra hasta excitarles, y as obtener sus espectros de emisin atmica caractersticos.

Fig.7: Detector de emisin atmica

Detectores trmoinicos (TID)

El detector (TID) es un detector selectivo de los compuestos orgnicos que contienen fsforo y nitrgeno. Su respuesta a un tomo de fsforo es aproximadamente 10 veces mayor que un tomo de nitrgeno y de 104 y 106 veces mayor que un tomo de carbono.

Columnas y fases estacionarias para cromatografa de gases

Histricamente, los primeros estudios en cromatografa gas-lquido a principio de los aos cincuenta se llevaron a cabo columnas rellenas en las que la fase estacionaria era una pelcula delgada de lquido adsorbida en la superficie del soporte slido inerte finalmente dividido. Existen dos tipos de columnas:

Columnas abiertas:

Las columnas abiertas o columnas capilares, son de dos tipos bsicos, denominados columna abierta de pared recubierta (WCOT) y columna abierta recubierta de con soporte (SCOT). Las columnas abiertas de pared recubierta son son simplemente capilares con la pared interna recubierta de una fina capa de fase estacionaria. En las columnas abiertas recubiertas de soporte, la superficie interna del capilar est revestida de una capa delgada (30um) de un material de soporte, tal como de tierra diatomeas.

Columnas rellenas:

Las actuales columnas rellenas se fabrican con un tubo de vidrio, metal (acero inoxidable, cobre y aluminio) o de tefln con una longitud caracterstica de 2 a 4 mm. Estos tubos se rellenan densamente con un material de relleno, o soporte slido, finalmente dividido y homogneo que se recubre con una delgada capa de 0.05 a 1 um de fase estacionaria lquida.

Tabla1: Algunas fases estacionarias comunes en cromatografa de gas-lquido

Bibliografa:

Skoog, A.D; Holler, J; Nieman, T. (Ed.). (2000).Principios de anlisis instrumental. Uiversity of Kentucky: McGraw-HIll