-*

NDICE

1. INTRODUCCIN

2. SISTEMA CROMATOGRAFICO

3. TEORA BSICA

4. COLUMNAS

5. DETECTORES

6. ANLISIS CUALITATIVO

7. ANLISIS CUANTITATIVO

8. CROMATOGRAFA GAS SOLIDO

BIBLIOGRAFA

ANEXOS

1

2

8

22

32

45

47

52

55

57

CROMATOGRAFA EN FASE GASEOSA

i. INTRODUCCIN

La cromatografa de gases (C.G.) es una tcnica analtica utilizadaen la separacin, identificacin y cuantificacin de los componentes deuna mezcla.

Se basa en la diferencia de velocidades de migracin que presentanlos componentes de una mezcla, al ser arrastrados por un gas inerte, atravs de un tubo relleno de un material adecuado denominado fase esta-cionaria. Si la fase estacionaria es un lquido disperso sobre un sli-do inerte, entonces se tiene la llamada "cromatografa gas-lquido" (C.G.L.) y si la fase estacionaria es un slido activo, se habla de "croma-tografa gas-slido (C.G.S.).

Mediante esta tcnica se pueden analizar muestras gaseosas, lquidasy slidas que se vaporicen a temperaturas por debajo de 0C hasta 450Cy para cualquier sustancia que pueda calentarse dando una presin de vaporde unos 30 mm de mercurio sin descomponerse.

Ventajas del mtodo:

a. Rapidez: Un anlisis completo puede duran entre 5 y 20 minutos.

b. Versatilidad: Las separaciones se pueden modificar notablemente se-gn la fas ^A kue Mios. v,ua /yu A>pca"fe- |o Uw

Vr - Vr - Vm (2)

i. Factor de correccin por gradiente de presin (J): Es un fac-tor de correccin por diferencia de presin dentro de la co -lumna, siendo Pi y Po, las presiones de entrada y salida res-pectivamente, la. Ue. "ufv\. Vx tuufvawde fvr^ to-ip. .te Us.(Pi/Po) - 1 -.~..,i. r t/ _k Ar> toi ?l,"f*vuiJ dr ooJJtv*'*

j. Volumen de retencin neto (Vn): Es el volumen de retencin corregido multiplicado por el factor de correccin por gradien-te de presin.

Vn = J Vr

k. Volumen de retencin especfico (Vg): Es el volumen de reten-cin neto considerado 0C y por gramo de fase lquida.

Vg - -^ (4)L c

donde, W, y T, corresponden al peso de la fase lquida y a latemperatura de la columna en grados Kelvin respectivamente.

1. Ancho de base (Wb): Es la porcin de la lnea base intercepta-da por las tangentes trazadas en los puntos de inflexin delpico cromatog]cromatogrfico. wb-- l^J

Velocidad lineal media del gas: Se expresa usualmente en cm/_ j^

seg y est dada por la expresin u = , dde la columna y tm el tiempo muerto, ty

10

Coeficiente de particin (K) : Es una propiedad fsica fundamental, es una caracterstica del soluto y del solvente. Es cons-tante a una temperatura dada. -s. b)/yicte ew flolufc ^ U

, ( ec b Wwu>. t~ 4-s

K

Donde:C = concentracin del soluto en la fase estacionaria.C, = concentracin del soluto en la fase mvil.k = factor ,de capacidad.*pwjWMmlyb la. oowwvw-B = razn^de las fases mvil y estacionaria (volumen)

q. Razn de fase (3)-

mL de fase mvilmL de fase estacionaria

r. Factor de capacidad (k): Razn de la cantidad de soluto en lafasee>iyen la fase mvil o razn del tiempo que el soluto per-manece en la fase estacionaria y en la fase mvil

G -? K T> tn 7- CftJo4 e

" Mm " Sn Cl-Wf^ "*

Donde:M = cantidad de soluto en la fase estacionaria.M = cantidad de soluto en la fase mvil.

s. Resolucin (R): Es la medicin cuantitativa de la separacinde dos picos: - j^iUucV\o\ kpjp

11

3.2. Cromatograma

Es el grfico dibujado por el registrador y representa la sealdada por el detector en funcin del tiempo.

'..i

O.U|

T/tmpo

Figura 6. Cromatograma

En el Cromatograma se distingue:

O punto de inyeccint = tiempo muertomt = tiempo de retencin no corregidot' = tiempo de retencin corregidoW, = ancho de la base, es la distancia entre las intersecciones

de las tangentes a los puntos de inflexin, de la curva,con la lnea base.

h = altura del pico cromatogrficoW,/? = ancho del pico cromatogrfico a media altura.

3 3 Principios tericos

Para explicar el fenmeno ocurrido en la cromatografa gas-lqui-do (GGL), se pustul la teora del "plato terico", ms adelante se de-sarrollarn nuevas teoras con especial mencin a la teora dinmica deVan Deemter y colaboradores, que tomaba en cuenta aspectos no considera-dos en la teora del plato terico.

Ka. Teora del plato terico

Si se considera la columna cromatogrfica como un simple tubolleno, hasta cierto nivel, de un material denominado fase lquida, lacual est depositada sobre un soporte solido inerte, formando una delga-da pelcula lquida. Al conjunto fase lquida y soporte se le designacomo fase f i la .t-louH Jl jbvWu^ |c$ UXM Jfe tofofefe

fS W- >Ha/rv

Donde :N = nmero de platos tericost = tiempo de retencin no corregidoW, = ancho de la base del pico cromatogrfico

= anc^ ^ Pico cromatogrfico a media altura.

El nmero de platos tericos puede ser calculado a partir delcromatograma. A partir del nmero de platos tericos y conociendo la lon_gitud de la columna, se puede encontrar el valor de la altura equivalentede un plato terico (H.E.T.P.).

H & C9)

Donde :L = longitud de la columna,

La teora del plato terico fue propuesta inicialmente porMartin y Synge en 1941.

Para el desarrollo de la teora se hacen tres consideracionesbsicas:

1. En el momento de la inyeccin, todo el soluto queda en el pri-mer plato, de donde despus de haberse producido el equilibriopasa al resto de los platos.

2. El equilibrio del soluto entre las dos fases debe ser instan-tneo y completo, en cada plato terico.

3. Las coeficientes de particin para todos los componentes, per-manecen constantes.

La base de separacin de dos componentes que llegan a la columna, estar dada por la diferencia que presenten en sus coeficientes de

Viu*'distribuciny Esta diferencia determina que los tiempos de residenciasean diferentes y emerjan, por lo tanto, de lacolumna, en forma diferenciada.

b. Teora cintica

La teora del plato terico no explica los fenmenos de difu-sin que ocurren en la columna y no da informacin acerca del valor delH.F.T.P. en trminos de la variable de la co]urnna. Para llenar este va-

14

co, se desarroll la teora cintica, que es un tratamiento dinmicodel problema, basado en la naturaleza continua del proceso cromatogr-fico y que toma en cuenta el fenmeno de difusin y lo relaciona con laeficiencia de la columna, medida de acuerdo a la teora del plato teri^co.

Esta teora fue establecida en 1956 por J.J. Van Deemter y co-laboradores, quienes en base a consideraciones cinticas, encontraronuna ecuacin que relaciona la altura equivalente de un plato terico(H.E.T.P.) con los parmetros de la columna y con el flujo del gas por-tador; esta ecuacin en su forma simplificada corresponde a la siguienteexpresin:

H.E.T.P. = A + - + C * u (10)

Donde:A = trmino de los multipasosB = trmino de difusin molecular *' [Iwf* C = trmino de transferencia de masalUm^, nu = velocidad lineal promedio del gas portador (cm/seg)

Esta ecuacin es vlida para columnas rellenas.

= ~^ (10)m

Los trminos anteriores influyen en el ensanchamiento de lasbandas cromatogrficas y dependen de las condiciones operacionales. Unadecuado control de los parmetros operacionales, har que estos trmi-nos sean pequeos y con ello H.E.T.P. tendr un valor bajo y la eficien-cia de columna ser alta.

Si se grfica H.E.T.P. vs u se obtendr una hiprbola con unvalor mnimo de H.E.T.P. A este valor corresponde un u ptimo y paraefectos prcticos, un flujo (mL/min) ptimo. Para estos valores deH.E.T.P. y (F), la columna estar operando de la manera ms eficiente.

j

15

Figura 8. Grfico de H.E.T.P. vs u

Trmino de los multipasos A = 2 A dp

Contribuye al ensanchamiento de la banda cromatogrfica, debi-do a la dispersin que sufren las molculas del soluto en virtud de losdiferentes caminos que pueden tomar a travs del empacado de la columna,lo cual provoca el retraso de unas molculas con respecto a otras.

A = constante que depende de la homogeneidad del relleno y dela forma de ste. ue/A ((?\ho j wscotoja.

dp = dimetro promedio de las partculas.

70 ^ o coT) JvbflO?f/*sl&&

Figura 9. Ilustracin de los multipasos

16

Para que A sea mnimo se requiere que las partculas sean de dimetro pequeo y los canales que dejan entre ellas, lo ms uniforme posible,es decir, se requiere una granulometra muy homognea y un llenado sumajnen_te regular.

Trmino de la difusin molecular B = 2 y Dgy = factor de tortuosidad; Dg = coeficiente de difusin del so

M ^ i po?ia tuto \J&ao.>- (UiuAudvi luto en la f ase. gaseosa<

T r * * cEste trmino describe la difusin ^rfr*^' iohgiaSina ctl ls molculas de soluto en la fase gaseosa. La difusin axial en la fase lqui-da es mucho menor y puede ser ignorada. La difusin molecular es propor-cional al coeficiente de difusin del gas portador.

Para reducir el trmino B se debe incrementar el flujo o veloci-dad lineal y usar un gas portador de peso molecular alto (bajo coeficientede difusin) . k te Ojuw. 4 tu{o

- Tm-rminr i de. la .res i st enra a Ja tr^n^f^renri n ,dO \ ' wiiiTwita al W\MXwivfo IAOC ^(auTeCj i^ KwwJ

1

c = JL k . _iu ' (1 + k)2 DL

k = factor de capacidad; d,- = espesor de la pelcula de faseestacionaria

D = coeficiente de difusin del soluto en la fase lquidaj_j

Presenta el ensanchamiento de la banda cromatogrfica debido ala resistencia de la transferencia de masa en la fase lquida: La resisten_ca a la transferencia de masa en la fase gaseosa es mucho menor a la quehay en la fase lquida, sobre todo en las columnas rellenas y puede no to-marse en cuenta. Vfl^g V&&W. i \lutAU.dM

ttolA* HJt < btcAo, O- V o^ e, Para minimizar el trmino C se debe usar una pelcula de fase l_

quida delgada y de baja viscosidad. El flujo de gas portador no debe sermuy alto y el coeficiente de distribucin, lo suficientemente alto para fa-vorecer el equilibrio entre la fase lquida y gaseosa.

Las conclusiones que se deducen de la teora cintica de Van Deemter son de inters prctico y se pueden usar para mejorar la eficiencia dela columna. En resumen se tiene que, para obtener una buena eficiencia decolumnas se deben considerar:

i

a. Razn Pi/Po: La razn de la presin de entrada a la de salida dela columna debe ser baja. ?o*a S' * v^U. &

17

c. Flujo: Para obtener un mximo de eficiencia, la columna debeser operada al flujo ptimo. Este valor se encuentra experi-mentalmente del grfico H.E.T.P. vs (F).

d. Cas portador: Usando gas portador de alto peso molecular seobtienen mayores eficiencias, pero si se requieren anlisisrpidos se pueden usar gases con pesos moleculares menores,sacrificando eficiencia por rapidez.

e. Tipo de fase lquida: Debe ser de baja viscosidad y baja pre-sin de vapor, con buen poder solvente sobre el soluto.

f. Cantidad de fase lquida: Es conveniente utilizar bajos por-centajes de fase lquida (1-101), de manera que la pelculalquida depositada sobre el soporte sea delgada.

g. Dimetro de la columna: Conviene el uso de dimetros menores,con lo cual se minimiza el trmino A (usar de preferencia di-metro 1/8").

3.4. Eficiencia del solvente

Este punto se refiere al papel que juega en la separacin la faselquida. La separacin en C.G.L. se debe a la interaccin de las siguientes fuerzas:

a. Fuerzas de orientacin: Resultan de la interaccin entre dosdipolos permanentes. El enlace de hidrgeno es un tipo impor-tante de fuerzas de orientacin.

b. Dipolo inducido o fuerzas de Debye: Resultan de la interaccinentre un dipolo permanente en una molcula y el dipolo inducidoen otra molcula vecina. Estas fuerzas son, por lo general,pequeas.

c. Fuerzas de London o no polares: Estas fuerzas estn presentesen todas las molculas y son las nicas fuerzas que existenentre las molculas de compuestos apelares. Son de naturalezamuy dbil.

Estas fuerzas o interacciones determinan la solubilidad del solutoen la fase lquida y hacen posible que se lleve a cabo la separacin.

18

El efecto combinado de estas fuerzas est expresado por el coeficiente departicin "K", mientras mayor sea la diferencia entre los coeficientesde particin de dos conponentes, menor ser el numero de platos o menorel largo de la columna requerida para su separacin.

3.5. Eficiencia del solvente y temperatura

La eficiencia del solvente (fase lquida) est dada por:

K2 k2

a = coeficiente de separacin de dos compuestos 1 y 2K2 = coeficiente de distribucin del componente 2K, = coeficiente de separacin del componente 1 .

Tambin, se puede expresar como:

(12)r1

Donde t' y t' son los tiempos de retencin corregidos del com-r2 r1ponente dos y uno respectivamente,

a y K dependen de la temperatura. Alincrementar la temperatura a y K decrecen con lo que la separacin de loscomponentes es menor. Bajas temperaturas de trabajo, por lo tanto, aumen

taran la separacin, pero aumentar el tiempo de anlisis.

3.6. Resolucin

La separacin real entre dos picos consecutivos es medida por la re_solucin R. La resolucin es una medida de la eficiencia de la columnay del solvente (fase lquida). La resolucin est dada por:

D =

Donde:d = distancia entre los picos cromatogrficos de los componentes

(t2 - tl}W, = ancho de la base componente (1)W = ancho de la base componente (2)

19

d, W , W pueden expresarse en unidades de tiempo, conociendo lavelocidad de la carta del registrador, pero en este caso carece de im-portancia, pues R es adimensional.

Si: R = 1, la separacin es de un 981R = 1,5 la separacin es completa 99,71.

Ecuacin de la resolucin

R (^ (

20

bp

Normal

incremento en laefcancid efe /ocolumna (msplatos tericos)

Incremente en laeficiencia de sol-vente (mayor ra-zn

21

3.7. Isotermas de distribucin

En cromatografa de gases se presentan dos tipos de isotermas dedistribucin:

a. Isoterma lineal:

Este tipo de isotermas se obtienen cuando la concentracin delsoluto en la fase gaseosa es proporcional a su concentracin en la faselquida. Esta situacin se presenta comnmente en la cromatografa gaslquido, cuando el soluto est presente en bajas concentraciones y losequilibrios que han tenido lugar son termodinmicamente reversibles. Elpico cromatogrfico en este caso es simtrico.

b. Isoterma no lineal:

Aqu se presentan dos casos, cuando la isoterma es convexa ycuando es cncava. El primer caso se presenta preferentemente en la crp_matografa gas slido, en que la fase estacionaria es un slido adsorbente en que la fase estacionaria es un slido adsorbente y en C.G.L., cuando hay interaccin entre el soluto y el soporte que no siempre es total-mente inerte. En el cromatograma se observa la formacin de colas(tailing) .

En el segundo caso, se obtienen en el cromatograma los llama-dos frentes difusos, su origen puede deberse en el uso de una temperatu-ra de columna, inyector o detector, demasiado baja. Tambin se obtienenfrentes difusos si se inyecta una cantidad demasiado grande de soluto,con lo cual se sobrecarga la columa.

u *

CONVEXA

C'Cmologromo( S u i t O P l t t

ititmpo

Figura 11. Isotermas de distribucin

22

4. COLUMNAS

4.1. Introduccin

La columna es el corazn del cromatgrafo, la separacin se llevaa cabo en ella y el xito o fracaso de ella depender en gran parte dela calidad de la columna utilizada.

En cromatografa gas-lquido hay columnas capilares y rellenas.Las columnas capilares son tubos de pequeo dimetro, cuyas paredes in-ternas estn recubiertas por una fina pelcula de una fase lquida. Lascolumnas rellenas consisten en un slido inerte sobre el cual est depo-sitada una fina capa de una fase lquida.

El material de construccin de la columna puede ser vidrio, metalo plstico y se enrolla en espiral, para que ajuste en el horno del crp_matgrafo.

El tipo de soporte escogido, la fase lquida y porcentaje de sta,mtodo de relleno, longitud y temperatura de la columna son importantesfactores a considerar en la obtencin de una deseada resolucin.

Las dimensiones de la columna y el porcentaje de fase lquido determinan el tamao de la muestra que puede aceptar sin sobrecargarse. Lascolumnas analticas normalmente tienen dimetros externos de 1/8" y 1/4",capilares 1/16" D.E. y las preparativas 3/8" de dimetro externo (D.E.)

TABLA I. DATOS USUALES DE LAS COLUMNAS

COLUMNAS RELLENASANALTICAS PREPARATIVAS

COLUMNAS CAPI-LARES

Dimetro 1/16"-1/4" De2-6 mm Di

Altura equivalentede un plato teri-co H.E.T.P. 0,5-1 mm

1/4"-3/4" De6-500 mm Di

1-5 mm

1/16" De0,1-0,5 mm Di

Longitud

Porcentaje de fase lquida

Tamao demuestra

2-10 m

1-15%

0,5-10 uL

2-6 m

20-309o

10-1000 uL

10-100 m

Pelcula lqui-da de

0,004-0,5 uL

0,5 mm

25

4.2. Fase lquida

a. Requisitos:

Los requisitos que debe cumplir la fase lquida son:

- Buena solubilidad para los conponentes de la muestra; si la so1 ubi 1 i dad es baja, los componentes e luyen rpidamente y la Spa rae ion es mala.

- No voltil, debe tener una presin de vapor de 0,01 a 0,1 mmHg a la temperatura de trabajo. JO>ICL

Estabilidad trmica; no debe presentar prdidas de materiala las temperaturas de trabajo. Jcc-

Qumicamnete inerte; debe presentar inercia qumica frente alos compuestos analizados.

b. Seleccin:

La seleccin que se haga de la fase lquida, depender de lanaturaleza de los solutos a separar. Para lograr una buena separacin,la fase lquida usada debe tener una estructura similar a la del soluto.Las propiedades fsico -qumicas, fase lquido-soluto deben ser semejan-tes. Compuestos polares sern mejor separados por fases lquidas pola-res y aquellos solutos apelares fases lquidas apelares.

Existen alrededor de unas 400 fases estacionarias diferentes,pero es posible resolver la mayora de los problemas que se presentan encromatografa de gases, con no ms de una docena.

24

TABLA II. CLASIFICACIN DE LOS SOLUTOS SEGN EWEL, EN BASE A LA POLA-RIDAD.

CLASE I (Ms polares)aguaglicolamino alcoholespolifenolescidos dibsicos

CLASE II (polares)alcoholescidos grasosfenoles

..ias Oaminas y 2

amonaco

CLASE III (intermedios)

terescetonas

aldehidosesteresaminas terciarias

CIASE IV (baja polaridad)cloroformodiclorometanodicloroetano, etc.hidrocarburos aromticoshidrocarburos olefnicos

CLASE V (apolares)

hidrocarburos saturadosdisulfuro de carbonomercaptanostetracloruro de carbono

FASES ESTACIONARIAS RECOMENDADAS PARA CIERTAS APLICACIONES

Soluto Fase estacionaria

cidos libres- - i ^ FFAP

poliester + H~PO.

cromserb 101

Alcoholes FFAP Wcarbowax 600carbowax 1540porapak Q

kfV\

25

Alcoholes C1-18 carbowax 20 MFFAP

carbowax 154(DEGS (Dietiln Glicol Succinato)OV-17

Aldehidos y cetonas carbowax 1540carbowax 20 Mcromosorb 101cromosorb 102

Esteres FFAPcarbowax 20 MDEGS

Hidrocarburos: alifticos yaromticos

apezonescualanoSE-30polif'enil terdidecilftalatocromosorb 102

Gases permanentes molecular SIEVE (5A,slica gelporapak Qcromosorb 101cromosorb 102cromosorb 104

V

Para las fases estacionarias lquidas, se debe operar en un rangotal de temperatura de manera que, para el lmite superior, no haya prdi-da de fase apreciable y para el inferior la viscosidad de la fase no seatan. alta que aumente demasiado la resistencia a la transferencia de masadisminuyendo con ello la eficiencia de la columnaL \,c;TT\

26

4.3. Soporte

El soporte est constituido por granos de un slido sobre los quese reparte un lquido no voltil que constituye la fase estacionaria.

1. Caractersticas de un soporte ideal

a. Inerte: Debe ser qumicamente inerte con respecto a los solu-tos y no debe tener adsorcin sobre stos.

b. rea superficial: Debe poseer un rea superficial grande 1-20m /g, de manera de asegurar un porcentaje de carga razonablede fase lquida.

c. Porosidad: Debe ser lo suficientemente poroso para que presen_te baja resistencia al flujo gaseoso. Es conveniente que losporos sean grandes y de distribucin uniforme, lo que asegurauna impregnacin uniforme por la fase lquida. ((U.

d. Resistencia mecnica: Debe tener buena resistencia mecnicaa objeto de evitar que se rompan los granulos en el llenadode la columna. ^ tAfl&AQ/Vi de

27

2 . Tipos de soporte

CROMOSORB A:

Preparado por calcinacin de la tierra de diatomitas. Se recmienda para uso de cromatografa preparativa, por su capacidad para sos-tener la fase estacionaria hasta un 251. utM C0tt

CROMOSORB P:

Es una diatomita calcinada de color rosado, debido a su conte-nido de xido frrico. Presenta ms adsorcin superficial que los otrostipos de Cromosorbs y exhibe gran reactividad con los compuestos polares.Tiene buena resistencia mecnica. V)o

CROMDSORB W 14. \flP-

Preparado por calcinacin de la diatomita con carbonato de so-dio, lo cual forma un agregado de estructura fina y de color blanco. Notiene tan buena resistencia mecnica como el tipo P, pero es menos reac-tivo frente a los compuestos polares. Usado en la separacin de compues_tos polares .

CROMDSORB G:

Este soporte es de estructura muy fina y de color blanco, tienebuena resistencia mecnica, es poco reactivo lo que lo hace ideal parala separacin de compuestos polares. Su densidad es 2 a 5 veces la deltipo W, lo que limita su capacidad de carga a un 5% de fase lquida. Es-to equivale a un 121 en Cromosorb W. toco, CWtt UxteXiao) A I i' ^ **f'*^ al

TABLA III CARACTERSTICAS FSICAS DE LOS SOPORTES CROMATOGRAFICOS

9o MXIMO DECARGA

25120155

TIPO

CromosorbCromosorbCromosorbCromosorb

DENSIDADLIBRE

A

P

W

G

0000

,40 (g/cm3),38,18,47

DENSIDADEMPACADO

0000

,48 (g/an3),47,24,58

REA SUPERFICIAL

L

4;o

,7,0,o,5

(m2/g)

28

3. Desactivacin del soporte

Se haba visto anteriormente que la actividad presentada por el so-porte era perjudicial, pues causa la formacin de colas e incluso puedeinducir reacciones no deseadas, al actuar como catalizador de superficie.Ejemplo: la deshidratacin de alcoholes terciarios formando olefinas. Laformacin de colas no es deseable debido a que har que los resultadosde un anlisis cualitativo y cuantitativo sean errneos.

Para reducir la reactividad es necesario eliminar los sitios acti-vos del soporte, que estn formados principalmente por los grupos sila-noles (Si -OH) , que tienen la capacidad de interaccionar fuertemente conlos solutos por formacin de puente de hidrgeno. Existen varios mto-dos de desactivacin del soporte:

a. Lavado con cidos:

Se utiliza en especial para eliminar el hierro de los soportesdebido a que ste tiene efectos catalticos nefastos para la cromatogra-fa de gases. Se emplea para ello cido clorhdrico concentrado, aguaregia o cido ntrico concentrado. J& A^ ltu-u* 3~l JW^Mr, CM,

b. Tratamiento con agentes silanizantes : ( ih*?M \AA

Se utilizan normalmente dimetil clorosilano y trimetilclorosi la-o. Estos agentes silanizantes sustituyen los hidrgenos del grupo hi-droxilo libre por grupos sililo.

(CH3)? SiCl2 DMCS, dimetil cloro silano

(CH,), Si Cl TMCS, trimetil cloro silano

5, O s

OH4. (-H^ ,

-

Figura 13. Tratamiento del soporte con dimetilclorosilano

fel & i e fce fta ^ Wfiwwl 01^ ek^UMOJ*

29

c. Uso de polisteres:

Si se reviste el soporte con un 0 , 5 - 1 % de compuesto polar co-mo un polister, se reduce la actividad de soporte debido a la satura-cin de sus sitios activos. U. taUJk Ik^MCOi 0U ! W. |4$ ^ AsLuU. U_,

u Factor de cola:

Para medir la distorsin de un pico cromatogrfico, debido alefecto de cola, se utiliza el llamado factor de cola.

Wb " WaW~TTv~ X 1 = Factor de cola

a bc/e/^VUHcujP

Figura 14. Clculo del factor de cola (tailing)

En la cromatografa gas-solido se utiliza como fase estaciona^ria un solido activo como carbn activado, molecular Sieve, Silicagel ycopolmeros estireno-divinilbenceno (PORAPAK). Esto se ver en ms deta_lie en el captulo dedicado a la cromatografa gas-soli.:o.

4.4. Preparacin de columnas

1. Recubrimiento del soporte:

Varios mtodos se usan para recubrir el soporte solido con la faselquida, de los cuales slo se vern dos:

a. Mtodo mediante el evaporador rotatorio:

Una cantidad, pesada, de fase lquida, segn el porcentaje que

30

se desea, se disuelve en un solvente apropiado en un matraz de fondo re_dondo. Sobre esta disolucin se agrega una cantidad pesada de soportelquido.

El matraz se conecta a un evaporador rotatorio y se reduce lapresin mediante una bomba de vaco de agua. El matraz se rota y calienta en bao de agua hasta que todo el solvente se ha evaporado.

b. Mediante matraz:

En caso de no disponer de un evaporador rotatorio, se puedenutilizar matraces Erlenmeyer y vaco, procediendo en forma similar comoen (a). En este caso habra que agitar el matraz cada cierto tiempo.

soporte t fasey solvente

Tubo de caucho

^4 la bombada yaci -d

Figura 15. Preparacin del relleno

Cuando se agite la mezcla se debe tener cuidado para evitarromper las partculas de cromosorb.

TABLA IV. CANTIDAD DE SOLVENTE A USAR CON EL SOPORTE

SOPORTE

Cromosorb PCromosorb WCromosorb G

M|XsMvente 7

g soporte

1,52,00,5

Ejemplo para 20 gde soporte

7 v ?n

30 mL40 mL10 mL

31

2. Llenado de la columna

Una vez preparado el relleno y elegido el tubo adecuado (material,dimetro y largo), se cierra este ltimo en uno de sus extremos mediantelana de vidrio y por el extremo abierto, con un embudo unido a la colum-na con un tubo plstico, se procede a su llenado. Para lograr un llena-do homogneo se vibra la columna y adems, conjuntamente, se puede usarvaco si fuese necesario. El proceso dura hasta que no es posible intrp_ducir ms relleno a la columna. Si la columna no es muy larga, se proce-de a su llenado sin doblarla, si fuese muy larga se enrolla en espiral.

W- Relleno rudo plstico (tygon}

-*Vibracin

^Porcin lana ta vidrio

\ Vacio

Figura 16. Llenado de la columna.

3. Condicionamiento

una vez preparada la columna, debe ser condicionada a lo menos doshoras a 25C sobre la temperatura a la que se ve a trabajar, pero no sedebe sobrepasar el lmite mximo de temperatura dado para esa fase lqui-da. Durante el perodo de condicionamiento se hace pasar un flujo peque-o de gas portador y la salida de la columna debe estar desconectada deldetector, si se efecta el acondicionamiento en el mismo cromatgrafo,para.evitar su contaminacin. |e, ^ u a 2

eI Da a |b\o e UJ.

Oo MI dtaa ooviectao

5. DETECTORES

5 1 Introduccin

El detector utilizado en cromatografa de gases es un instrumentoque indica y mide la cantidad de componente separado en el gas portador.

Pueden ser clasificados como "integrales" y "diferenciales". Undetector integral da una respuesta proporcional a la masa total del com-ponente eluido. Un detector diferencial da una respuesta proporcionalya sea a la concentracin o al flujo msico del conponente eluido. Losms usados son los detectores diferenciales.

La altura "h" es propor-cional a la masa total delcomponente eluido en el in-tervalo de tipmpo (t9 - t J,u t t t w ? cfemte t\ 2 1

El rea bajo la curve es pro-porcional a la masa total dej.componente eludo en el nter-valo de.tiempo. (t- - t ).

Figura 17. Cromatograma integral y diferencial

Tambin es posible clasificar los detectores como:

1. Dependientes de la concentracin (conductividad trmica, captura de electrones) .

- el detector mide la concentracin de la muestra en el gasportador. C '

- el uso de un mayor flujo diluye la muestra y produce una sealmenor ( La Ma. e\

- Para detectores que responden al flujo msicofkk mato [t>w- t* AMMAJ dfe ^wNgj \ tjmtfWJM- !

A C1 C7

Donde S', A, C*, C- y W tienen el mismo significado que enel caso anterior. Se advierte que S' es independiente delflujo, en cambio S es proporcional al flujo.

AJW \JOAAXM ei(\exi, ou^wve\4ct PtVv oOtra forma de expresar la sensibilidad de un detector esdividiendo la cantidad mnima detectable, que es igual ados veces el ruido^ por el ancho de la base del pico, ensegundos. naa o *-

VttMM,/lw

s - f '9>

Donde:S = sensibilidad (g/seg)R = ruido elctrico o^ /AW, = ancho de la base del pico cromatogrfico en segundos.

RangQjLineal : La exactitud de los anlisis cuantitativosdepende de la relacin lineal que exista entre la concen-tracin y la respuesta del detector. El rango lineal de undetector puede ser definido como la razn entre la concen-tracin mayor a la menor, dentro del rango en el cual la res_puesta del detector es lineal. I^QAPQ &\Cav y e

d. Ruido: La seal de salida de un detector puede ser aumenta^da tanto como se desee por amplificacin electrnica y conello la sensibilidad del detector. No obstante, el ruidoelctrico inherente al detector y a la parte electrnica,es tambin amplificado y llega a un punto tal que la res-puesta del detector es ocultada por el ruido. Por lo tanto,el ruido limita la concentracin (o flujo msico) de loscomponentes que pueden ser detectados.

Se define: Cantidad mnima detectable = 2 ruido.

Ejemplo: Si el ruido es de 4 micro volts, entonces la con-centracin mnima detectable es aquella que da una respues-ta del detector de 8 microvolts.

33

2. Dependientes del flujo msico (ionizacin por llama)

- el detector mide masa (gramos) de muestra que entra al detector/tiempo.

- flunois mayores aumentan la sensibilidad. . 7 M o , axurTyyu) w-,& afecta .. F>? UflrtfDqTa ,w5owm& fe. iewiWlM /A */, I

- sensitJilicfad - m v m s e .- sensiDilicad - mv/mg/seg.

5.2. Caractersticas generales de los detectores

a. Selectividad: La selectividad de un detector depende de suprincipio operacional. Por ejemplo hay detectores que respon-den a un cambio en la conductividad trmica entre la muestray el gas portador.

b. Sensibilidad: Para detectores cuya respuesta es proporcionala la concentracin, la sensibilidad est dada por la siguienteexpresin:

A C C -/FS = L _L_c

(16)

Donde: _Mv cmS = sensibilidad del detector en ( )

C-, = sensibilidad del registrador en (Mv/cm) de cartaC? = recproco de la velocidad de la carta en (min/cm).

jF = flujo del gas portador a la temperatura de la columnac

en mL/min.W = peso del componente que pasa por el detector en (mg).

2A = rea^ dei-pi-co cromatografa) en (cm )

La correccin de temperatura se logra mediante la siguientefrmula:

Fc = r ' Fa Wa

Donde:F = flujo a la temperatura de la columna (mL/min)T = temperatura de la columna (K)T = temperatura ambiente (K)a

F^ = flujo a la salida de la columna (mL/min)el

35

e. Calibrado: Debido a que la respuesta de los detectores noes la misma para todos los compuestos, se hace necesariasu calibracin.-Cuav\c \xa ^ AAcMa M Pan*Wa -i ?

5.3. Tipos de detectores

Hay muchos detectores usados en cromatografa de gases, de elloslos ms comunes son: Detector de conductividad trmica, detector de ioni-zacin por llama y detector de captura de electrones.

1. Detector de conductividad trmica:

a. Principio:

vUna corriente de intensidad constante recorre un filamento o

termistor hecho de un material cuya resistencia elctrica vara muchocon la temperatura, situado en la corriente de gas portador.

\ \ K *f *&-> $ ' COA/A/ \A?,, ACAJ'

Cuando .s alcanza el equilibrio entre la aportacin de energa'"'CUOrt. ' -""" " "

por efecto Joule y su disipacin por radiacin, conveccin y conduccin,el filamento se encuentra a una temperatura determinada. Esta es fun -cin de la intensidad de corriente, de la conductividad trmica del me-dio y de las dems prdidas de energa. Si la composicin del gas portador que pasa por el detector cambia al emerger un componente, la conduc-tividad del medio cambia, con ello la temperatura del filamento y su re-sistencia elctrica. Esta variacin de resistencia es medida por puentede Wheaststone.\)aa tf

b Circuito: ( ck .

El puente de Wheatstone para los detectores de conductividadtrmica est constituido por cuatro filamentos, dos de los cuales estnubicados en una celda denominada de referencia y los otros dos en otra,llamada de medida. El puente en un principio est balanceado y slo pasagas portador por ambas celdas. Cuando se introduce muestra en el sistemapor la celda de medida pasa el gas portador ms la muestra y por la dereferencia slo gas portador. Esto desequilibra el puente, se produce unadefierencia de potencial que debidamente amplificada, se registra en uninscriptor y da el cromatografa.

\V He

gontrolde corriente

3

V / Afuente de poder V-

36

Wvofe ?R = resistencia del filamento p t\ji& > AAc = conductividad trmica del gas portadorAS = conductividad trmica de la muestra gaseosaTr. = temperatura del filamentoT, = temperatura del bloque del detector cWde AWtt'

Segn la ecuacin (20) para incrementar la sensibilidad del de_tector se debe incrementar la corriente del filamento, disminuir la tem-peratura del bloque V escoger un gas portador df trrrn -ca, adems se debe mantener el flujo constante, pues la respuesta de es-te detector vara con el flujo.

- conexiones elctricas

BloCK

Ras porta,dor filamento

Esquema del detector de conductividad trmica

JavierResaltado

JavierResaltado

2. Detector.de

a. Principio:

ion izIrvO

, V"

cin! porA.

l lama:VT^WCCR - Ot |"

Este detector opera segn el principio de que la conductividad>u>^ te

elctrica de un gas es directamente proporcional a las partculas cargadasque hay en l. El efluente gaseoso proveniente de la columna se mezclacon hidrgeno y es quemado usando aire como comburente. Se producen io-nes y electrones que son colectados por un electrodo colector (nodo), locual produce una corriente I, que es amplificada y registrada en un regis_trador como una diferencia de voltaje.

Si slo pasa gas portador por el detector, se obtiene una peque_a corriente de fondo debido a la ionizacin de las impurezas que trae s-te. Esa corriente de fondo se anula oponiendo otra en sentido contrario,por lo tanto, cuando pasa muestra por el detector, se produce la ioniza -ci6n de los componentes por la llama generndose una seal que es propor-cional al nmero de molculas ionizadas de la muestra...

iV iO F

i-nU (quemado^

ET Fuente da ionizacin

Ht(4-?

voltajg opuesto a lacorriente d fondo

amplificador registrador

Figura 20. Circuito simplificado de un detector de ionizacinpor llama

El electrodo negativo est constituido comnmente por el cuerpodel quemador y el positivo por el electrodo colector.

-AciMo.

aire

39

aislador

salida

electrodo' ,quemador

aislacin de cermicahidrgeno

Figura 21.Detector de ionizacin por llama,.

b. Selectividad:

El detector de ionizacin por llama responde prcticamente a to-dos los compuestos orgnicos. No tiene respuesta frente a los compuestosinorgnicos, por ejemplo: agua, gases inorgnicos (CO, CO^, H-CLjSC^, NO,N02, etc.).

c. Respuesta:

La respuesta del detector es fuertemente dependiente de los flu-jos de hidrgeno y aire. En general buena sensibilidad y estabilidad seobtiene con un flujo de hidrgeno unas 10 veces menor que el del aire. Enla prctica se trabaja con flujos de 30 mL/min para el hidrgeno y 300mL/min para el aire.

ae ha

* tJL fc^^^

^ . .Se ha comprobado tambin que la respuesta depende de la geome-

tra del colector y del quemador. Su respuesta es independiente del flujodel gas portador.

d. Rango lineal:

El detector de ionizacin por llama tiene el rango lineal msamplio de todos los detectores en uso. Su rango lineal est entre 10 y10 , La combinacin de su alta sensibilidad y su amplio rango lineal lohacen ideal en el anlisis de trazas.

i* W w ~

^(

3. Detector de captura de electrones:

a. Principio:

Este detector es tambin un detector de ionizacin, pero la fuente de ionizacin es radiactiva,tritum(H ) o^NiJ^ emisores de partcula beta.Las molculas de gas portador que pasan por el detector son ionizadas por lafuente radiactiva generndose electrones lentos. Estos electrones lentos ngran al nodo bajo un potencial fijo, denominado veltaje de la celda. Est@selectrones colectados producen una corriente que es amplificada. Si por eldetector pasa una muestra que posea afinidad por electrones, la corrienteanterior ser reducida. Esta baja de corriente se registra como una sealen el registrador y es proporcional al nmero de molculas del compuestoy a su afinidad electrnica.

Fuente radiactiva > g (partculas beta) ( &f(7\jo\t\

41

c. Selectividad:

Este detector es muy sensible a compuestos halogenados nitri-y organometlicos, debido a su afinidad electrnica. Es poco sensible

a los hidrocarburos, alcoholes, cetonas, etc. Por su excelente respuestafrente a compuestos halogenados hacen a este detector ideal para el anli^sis de pesticidas.

d. Rango lineal:

Su rango lineal es bajo, alrededor de 10'

TABLA V. CARACTERSTICAS DE LOS ISTOPOS

1Vida mediaPartcula emitidaEnergaEstado fsicoLimitacin de temperaturaToxicidad

H3

12,5 aos618 KeVgas220Cbaja

Ni63 |"

125 aose67 KeVsolido350Cmoderada

4. Detector termoinico (NPD),>" "(6. :"

El detector nitrgeno-fsforo (N,P) es en su diseo bsico, idnti-co al de ioni zacin por llama (FID) excepto que una sal de un metal alca-lino se colocajentre el quemador y el colector. Un metal alcalino como Na,Rb o Cs se introduce en una matriz de slice o cermica de alta densidad,La fuente alcalina se calienta por una corriente elctrica y la tempera-tura de la iprla de la sal del metal alcalino^ es controlada por la inten-sidad de la corriente de entrada. La temperatura de la fuente alcalina(perla) afecta la sensibilidad, corriente de fondo y duracin de la mis-ma.

42

capaCaseosa

perlacaliente

quemador

electrmetroGrnd.

BIASVOLTAGE

fJW-W - W>

corrented e a pela

te cuwtcwi _ &Figura 23. Detector nitrgeno-fsforo (NPD)

Durante el funcionamiento del detector se requiere un exacto controldel flujo de hidrgeno y aire, pues afectan notablemente la sensibilidad.Con flujo de hidrgeno de 6,3 mL/min se aumenta la respuesta para el fs-foro y con valores menores (3,1 mL/min) se aumenta la especificidad parael nitrgeno.

Resumen de caractersticas NPD :

-111. MCD = 10 g (paratin)2. Selectividad - sensible a fsforo, nitrgeno y algunos halgenos3. Estabilidad - aceptable4. Lmite de temperatura - 300C5. Gas portador - nitrgeno o* helio.

fua CflWji*- V iv1-

11?5., -

Este detector posee alta especificidad y selectividad en la determi-nacin de compuestos azufrados y fosforados. Este detector posee una fuente de ionizacin semejante al detector de ionizacin por llama (FID), produciendose la combustin de la muestra que contiene azufre y/o fsforoen una atmsfera rica en hidrgeno formndose especies quimiluminescen-

43

tes que emiten radiacin caracterstica del heterotomo introducido enla llama. La emisin caracterstica para el sulfuro es de 394 nm y pa-ra el fsforo de nm. Mediante un filtro se selecciona la longitudde onda apropiada. ^ UU^ TlCt M Id M-OffvCt gj S l^ 'fistol &rif

i\ i ^ % ^-JP-^** . . \ **s

Caractersticas del detector: \f>. i la a>a & 4i$

44

ignicin

aire ,r s"iau

X ?TS 1 " L 1 ! I !! lVlllJl / .

^ti^ SSSF'^ S^S

tubo foto-multiplicadoi

efluentede la columna

Figura 24. Detector fotomtrico de llama (FFD)

TAB VI. RESUMEN DE I AS CARACTERSTICAS DE LOS DETECTORES

DETECTOR

Conductividadtrmica

Ioniza-cin porllama

Capturade e leetrones

PRINCIPIODE OPERA-CINConducti^vidad degases

LlamaH?0? pasma ZOOOC

Ioniza -cin porpartcu-las beta

SELECTIVIDAD

Un ver .

Respondea com -puestosorgnic.

respondea com-puestoscon afi-nidadpor electrones

SENSIBILI RANGODAD g/seg LINEAL

60 x 1(f10 1$4

-1 -z. 79 x 10 10para alca-nos

2 x 10~14 103fH3)

-145 x 10(Ni63)para CC1.

LIMITEDE T

450C

400C

225C(H3)350C(Ni 63)

GAS PORTADOR

HeHN2He

N2

N2

An+101 CH

45

6. ANLISIS CUALITATIVO

6.1. Introduccin:

La cromatografa de gases, adems de separar los componentes de unamezcla, permite su identificacin. En la identificacin se pueden em-plear tcnicas cromatogrficas y no cromatogrficas.

6.2. Identificacin cromatografica:

a. Por datos de retencin:

Si las condiciones cromatogrficas se mantienen constantes, lostiempos de retencin y volmenes de retencin permanecern constantes pa-ra los componentes de una mezcla. Siendo as es posible utilizar patro-nes para identificar los picos cromatogrficos que aparecen en el cromato-grama por coincidencia con los tiempos o volmenes de retencin.

('U

i n.^ ilo te (WAQ

sMezcla descop.DCidqde alcoholes

- i o-* **w-

WwUk iMWiu !

JO J2 U )6

Figura 25. Identificacin de compuestos desconocidos usandopatrones.

En la figura 24 se tiene una mezcla desconocida de alcoholes yse compara, para su identificacin, con una mezcla patrn de alcoholesnormales de metanol a pentanol.

b. Uso de grficos semilogartmicos:

Si se grfica el logaritmo de retencin corregida de una serie~ i^ ^^ *""^ "^

homologa en funcin de alguna propiedad creciente de esa serie, como n-mero de tomos de carbono, puntos de ebullicin, etc., se obtendrn rec-tas a partir de las cuales se pueden identificar otros miembros de esaserie homologa conociendo sus tiempos de retencin.

//limero efe ato/nos cte carbono

Figura 26. Grfica log tiempo de retencin v/s nmero de tomosde carbono

Este mtodo tiene la ventaja de que bastan 2 3 compuestospara establecer la pendiente de la recta y as identificar otros miembrosde la misma serie.

c. Por coinyeccin:

Este mtodo es muy simple, consiste en agregar a la mezcla des-conocida un compuesto que se sospecha est en dicha mezcla y ver, al efetuar el cromatograma de la mezcla nuevamente si alguno de los picos hacrecido. Aw

ta a oj

6.3. Identificacin no cromatogrfica

En este caso los componentes de la muestra pueden ser identificadosmediante espectrometra infrarroja y de masas. En ambos casos el cromato^grafo puede conectarse directamente con el espectrofotmetro infrarrojo ode masas, los cuales haran las veces de detector. AYtm*

i

7. ANLISIS CUANTITATIVO

7.1. Introduccin

Se basa en el hecho de que la cantidad de determinada sustancia esdirectamente proporcional al ara del pico cromatogrfico, obtenido en elcromatograma correspondiente a dicha .sustancia.

\NV v*- v f*Dado que cada detector no tiene igual respuesta frente a todos los

compuestos, es necesario calibrarlo a objeto de determinar los factoreso coeficientes de respuesta para cada componente.

En el anlisis de trazas se suele usar la altura en vez de rea.

7.2. Mtodos en anlisis cuantitativo

a. Normalizacin i-terRa: j^jc w *& J^te *l-n este mtodo se obtiene el porcentaje de la composicin, mi-

diendo el rea del pico cromatogrfico correspondiente a cada componentey dividiendo cada una de estas reas por el total del rea. Se requiereque todos los componentes aparezcan en el cromatograma.

A

9 A = i x 100 rzn *\ /u ctUM^ -lft 0w / w* fe*'

1 A1 + A2 + A3 + An C } 1

Cuando la mezcla analizada contiene compuestos similares con di_ferencias pequeas de pesos moleculares siendo stos elevados, se puedetomar el rea relativa como el porcentaje en peso de los componentes dela mezcla. Se asume que todos los componentes tienen la misma respuestafrente al detector.

Por lo general el porcentaje de rea no es directamente propor-cional al porcentaje en peso, debido a que los distintos compuestos tie-nen diferente respuesta frente al detector. Es necesario, por lo tanto,

JavierResaltado

JavierResaltado

JavierResaltado

JavierResaltado

48

determinar factores de correccin.

De la relacin (21) se puede deducir que:

% peso Xi = Fx Ai (%) (22)

FY representa el factor de correccin el cual depende de lai

naturaleza qumica del conpuesto y del tipo del detectorempleado.

El valor del factor de correccin se obtiene relativo a otrocompuesto que se utiliza como estndar y al cual se le asigna un valoruno a su factor de correccin. Supngase se tiene una muestra de doscomponentes, de los cuales uno de ellos se utiliza como estndar:

I Px1 = Fx1 Ax1 (%) Estndar X1

% Px2 = Fx2 ' Ax2 (%)

Dividiendo miembro a miembro se obtiene:

% Px1 Fx1 Ax1 (I)

Se le asign a Fx. un valor arbitrario de 1

Luego:

Fx2

Una serie de factores de respuesta para el detector de conducti-vidad trmica e ionizacin por llama aparecen descritos en : Dietz, W.A.Journal of Gas Chromatography 5,68 (1967).

b. Calibracin directa:

Por este mtodo se inyectan cantidades conocidas de muestra pu-ra y los valores de las reas de los picos cromatogrficos se graficanen funcin de los pesos inyectados. Con esto se obtiene una curva de ca-libracin que es lineal y pasa por el origen.

JavierResaltado

49

Una cantidad de muestra desconocida, exactamente medida, se in-yecta en el cromatgrafo. Se mide el rea obtenida y con ese valor derea a partir de la curva de calibracin se calcula la cantidad del compp_nente presente en la muestra desconocida.

Io

6ou

ou

Peso compon ente

Figura 27 Calibracin directa

Puede usarse la altura en vez del rea del pico,rromatogrfico.La desventaja de la calibracin directa es que se debe conocer exactamer^te la cantidad de muestra inyectada, lo cual es difcil de reproducirexactamente, pues las medidas absolutas de rea y altura son muy depen-dientes de las variaciones en las condiciones cromatogrficas.

c. Calibracin interna:

En este mtodo se preparan mezclas de razones de peso conocidasde los componentes a determinar y un estndar. Se obtiene el cromatogra-ma y a partir de l se miden las reas, las razones de esas reas se gra-fican versus las razones de peso, con lo cual se obtiene una curva de ca-libracin. A continuacin a la muestra desconocida se agrega una canti-dad conocida del estndar igual a la empleada en la confeccin de la cur-va de calibracin. Se obtiene el cromatograma de esta mezcla, se calcu-lan las razones de rea y a partir del grfico de calibracin se obtienela razn de pesos del compuesto, cuya concentracin se desea determinary el estndar. Luego, para obtener la cantidad o concentracin del com-puesto en estudio, se realiza un simple clculo.

so

peso componentepeso standard"

Figura 28. Calibracin interna

Ventajas del mtodo:

- Las cantidades inyectadas no necesitan ser exactamente medi-das, pues es un mtodo relativo.

- La respuesta del detector no necesita conocerse.

-- No se requiere que todos los componentes aparezcan en el cro-matograma.

Requerimientos del estndar interno usado:

- Debe resolverse' bien de los otros componentes.

- Debe eluir cerca de los compuestos de inters.

- Debe tener aproximadamente la misma concentracin que el com-puesto a determinar y similitud estructural.

Figura 29. Tamao y ubicacin del estndar en una mezcla decomponentes A, B y C.

51

7.3. Medicin de reas

Existen varios mtodos para medir el rea de los picos cromatogr-f icos:

a. Planimetra: Se determina el rea mediante un planmetro. Es-ta tcnica es tediosa, lenta y menos precisa que otros mtodos.

b. Triangulacin: Se calcula el rea formada por las tangentesa los puntos de inflexin de la curva. Este mtodo tomatiempo, pero su precisin es razonable.

e. Altura x ancho a media altura: Como las curvas cromatogrficasnormales se aproximan a un tringulo, se puede determinar elrea la altura del pico cromatogrfico por el ancho a media al-tura. Esta tcnica es rpida y simple y los resultados sonbuenos para curvas simtricas de ancho razonable.

d. Cortar y pesar: En este caso las reas son determinadas cor-tando los picos cromatogrfieos del cromatograma y pesando elpapel en una balanza analtica. El mtodo es largo, pero tilen el caso de formacin de colas.

e. Integrador de disco: Consiste en un instrumento electromecni-co, el cual registra el rea sobre el mismo cronutograma, quese presenta como una serie de oscilaciones cuyo nmero es pro-porcional al rea bajo la curva. Este mtodo es preciso y r-pido.

f. Integrador digital electrnico: Este instrumento transforma laseal originada en el detector (voltaje), mediante un converti-dor de frecuencia, en pulsos cuya frecuencia es proporcional alrea de pico cromatogrfico.

Este sistema para medir el rea es el ms rpido y preciso de todos.

.Ordenamiento de las diferentes tcnicas en orden creciente de preci-sin:

1. Planimetra

fa gas-lquido.

52

2. Triangulacin3. Altura x ancho a media altura4. Cortar y pesar5. Integrador de disco6. Integrador digital electrnico.

8- CROMATOGRAFA GAS-SOLIDO

8.1. Introduccin

La cromatografa gas-slido tiene una historia ms larga que la cro-matografa gas-lquido, pero ha sido relegada a un segundo lugar debido ala limitacin que hay en la seleccin de la fase estacionaria, en comparacin con la variedad de fases lquidas que pueden usarse en la cromatogra-

La fase estacionaria est constituida por un slido adsorbente. Nose emplea fase lquida.

El tipo de isoterma obtenida es la adsorcin, la cual raramente eslineal. La consecuencia de esta no linealidad hace que la forma de lospicos cromatogrficos est distorsionada por la formacin de colas (tai-ling) . El tratamiento terico es similar al de la cromatografa gas-l-quido .

82 Slidos adsorbentes usados

a. Carbn activo:

Se utiliza para separar Ne, H~, 2, CH., C-IHL, y C-H,.

El mecanismo de separacin se debe principalmente a la interac-cin de las molculas con el carbn a travs de las fuerzas de dispersinde London.

b. Tamices moleculares: Owvdb^ uloA AxjjAK ^

Los tamices moleculares se obtienen por deshidratacin de alu-minio, silicatos de sodio y calcio. Los cristales resultantes de estadeshidratacin son uniformemente porosos. Existen 4 tipos principales

JavierResaltado

JavierResaltado

53

3A, 4A, 5A y 13X, que se diferencian entre ellos por su tamao de poro.

Los tamices moleculares se emplean generalmente para el anli-sis de gases.

Uno de los ms usados, el 5A, es capaz de resolver H?, 0?, N?,Lj j LJ

CH4 y co.

Antes de usar el tamiz molecular debe activarse a unos 300CCpor dos horas.

c. Polmeros porosos:

Estos solidos adsorbentes son polmeros porosos constituidos poretilvinilbenceno copolimerizado con divinilbenceno, formando una estructu-ra reticular. Hay varios tipos y se diferencian entre s por su polari-dad.

En el mercado existen dos marcas de importancia: PORAPAX yCRCMOSORB, ambas muy similares.

Existen alrededor de 6 tipos diferentes de POROPAK: P, Q, R, S,T y N. Los tipos P y Q son no polares, el resto es moderadamente polar.Su polaridad ha sido modificada por copolimerizacin con monomeros pola-res. De CRONDSORB existen alrededor de 8 tipos diferentes: CROMOSOKB 101a 108.

Estos polmeros porosos son de gran utilidad en la resolucinde problemas como la separacin de agua, alcoholes, cetona y esteres de ba-jo peso molecular, gas natural, compuestos sulfurados, etc..

Es interesante hacer notar la rpida eleccin que tienen el aguay otras molculas altamente polares, sin formacin de colas.

Ejemplos de algunas aplicaciones de los polmeros porososr

54

Solido adsorbente Muestra

POROPAK Q (CROMOSORB101)

A

1. Aire2. Metano3. Dixido de C4. Agua5. Propano

ORDENCRECIENTEDE APARICINEN EL CROMATO-GRAMA

1 . Metanol2. Etanol3. Isopropanol4. N- propanol5. Butanol terciario6. 2-Butanol

El PROPAK Q es uno de los adsorbentes ms usados de entre lospolmeros porosos. Las temperaturas de trabajo son altas, sobre 100C,esto se debe a que las energas de adsorcin son mayores que las de di-

(ty/vf^W) ,solucin, por lo que el anlisis de un mismo componente debera hacersea temperatura ms alta en cromatografa gas -slido que en cromatografagas -lquido.

55

BIBLIOGRAFA

1. STAMBUCK, J.D."Manual Prctico de Cromatografa de Gases"The Perkin-Elmer Corp. 1970.

2. TRANCHANT, J."Manual Prctico de Cromatografa de Gases"2a. edicin, Toray-Mason S.A. 1972.

3. GRANT, D.W."Gas liquid-chromatography"Van Nostrand Reinhold Co. London 1971.

4. McNAIR, H. M. and BONELLI , E.J."Basic gas chromatography"

edicin. Varan Aerograph 1969.

5. AMERSE, D."Gas Chromatography"2a. edicin, Butterworths , London 1971.

6. BAILEY, J.B.; BROWN, N.E.Analyst 447-451, vol. 96, junio 1971.

7. MORETTI, E. LEOFANTI, G."Journal of chromatographic Science, pg. 64-66, vol 12 1974.

8. ROBERT GROBModera practice of gas chromatographyJohn Wiley sons, New York 1977.

COLUMNAS CAPILARES

, /O t?

2000

57

COLUMNAS CAPILARES

Caractersticas :

1 . Tubos abiertos :

5-60 metros de largo.confeccionados en vidrio, slice fundida, acero inoxidabledimetro interno pequeo 0,20 - 0,75 mmuna delgada capa de fase lquida 0,1-1,0 micrones (yin)

2. Dos tipos:

WCOT - columna abierta con la pared recubiertaSCOT - columna abierta con soporte recubierto

?lof ***

W C O T SCOT

laoae O, 63- O^S" irrvnn e

Columnas capilares vs columnas rellenas:

Capilares Rellenas

LongitudN/mPlatos totales

5-160 m3.000

180.000

2-3 m2.0006.000

JavierResaltado

COLUMNA RELLENA

PACKEO COLUWN ICOAROCIOH \.!60

ISOTMEBMAl

59

Material de las columnas capilares:

1. Slice fundida (> 95s)

flexible, ms inerteDi de 0,10; 0,25; 032 j o,53 romespesor de pelcula 0,1-1,0 micrones (ym)

2. Vidrio O 5a)

ms inerte que el metal; pero muy frgilrequiere desactivacinel tubo puede ser obtenido en el laboratorio.

3. Metal ( =U)

menor eficiencia; sitios activos, no es adecuada para produc-tos termolbiles.

Espesor de pelcula de las columnas capilares:

1. Pelcula muy delgada

0,10-0,15 micronesadecuada para compuestos de alto peso molecular y temperaturasde trabajo altasbajo sangrado (bleeding)rpidas, pero baja capacidad.

2. Pelcula estndar

0,22-0,32 micronesbuen compromiso entre resolucin y capacidad

3. Pelcula gruesa

0,5-1,0 micronesrecomendada para compuestos voltilestiene mayor capacidad, pero es menos eficientepresenta mayor "sangrado"

60

'

Ecuacin de Golay (1957)

H = + (Cg + C ) u (1)

B = 2 Dg trmino de la difusin molecular.

2 ?1 + 6k + 11 k . resistencia a la transferencia9, ri + vi2 8^ de n1353 en 1a fase gaseosa

r = k . f r,^ resistencia a la transferencia

L 3 ,- + ,-,2 D, de masa en la fase lquida

0JP

Para columnas de pelcula de fase lquida delgada:

CL cg

Luego: H = + Cg ' u (4)u

para columnas de pelcula gruesa:

L

H = - + CT ' u (5) L

La ecuacin de Golay desarrollada para columnas capilares es:

2Dg. 1 + 6k + 11 k2 . . u 2_ . 1_ . . u

24(1+k)2 g (1 + k)2 DL

61

Efecto del gas portador en el grfico de Van Deemter:

EE

UJx

ojos* WCOTOV-IOI

lA 25fti X 0.25mm

\ > (3* \ s

-Y \\X

Velocidad lineal media (cm/s)

Platos efectivos por segundo vs velocidad lineal media.

UOJo

S03

200

1 00

Clf ot!75C

Gfoss WCGT

25m X O.25mm

He

o 20 40 60 80

Velocidad lineal media (cm/s)

Dimetro de la columna y platos tericos:

Di. (rom) HETP (mm) N/m

0,500,320,220,100,05

0,420,270,190,080,04

2.4003.7005.40012.00024.000

Condiciones para optimizar resolucin, capacidad o velocidad:

ALTA ALTA ANLISISRESOLUCIN CAPACIDAD RPIDO

Espesor de pelcula lquida(micrones) 0,1 1,0 0,1

Dimetro interno (mm) 0,25 0,5 - 0.75 0,25Longitud (m) 30-60 5 0 - 1 0 0 5 - 1 5Flujo (mL/min) 1 4 - 6 2 - 5Platos tericos 100.000 10.000-30.000 5.000-20.000

Tiempo de anlisis (min) 30-120 1 0 - 6 0 1 - 1 0

63

Separacin de aromticos con una columna SCOT

2 4 6 8 10 12 14 16Conditions Time (rnin1. Column - SCOT CW-20m, 31na x O.Smm2. Sample - 0. 3yl

(Need ewer capillary columns)

Esquema de la instrumentacin capilar

INJECTORSPLITTER

ii VARIABLE SPLITIOOfT(l/min FIO

CAPILLARYCOLUMN

PRESSURECONTROL

PRESSUREGAUGE

C A R R 1 E RGAS

5 IN

64

Efecto de la temperatura:

J

75C

0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4

C!2

1 10C

O 2 4 6 8 1 0

12

130C

0 2 4 6

Programacin de temperatura

CI2

Isotrmica

O 5 10 20 30 90 95 M!N

UJ J

CeC17

ce C19C20 C21 temperatura programada

O 4 8 12 16 20 24 28 32 36 MIN

r,np. -im LK:

n,s, "T"1"1"1 '" s.iI M* ?*mp or ,.., Bl~j ___^ "T -

Di.nelfijna

50 p ,00 i

/'Phtha.'ste Hei .,- I

l Adipate

^*neG,,:0l5!utarafeg ! p?D>e!r/ ,e~,e Glycol " '

,

Dietiylene GlycolSuccinae -'DECS!Di '2-r';;/;iexy!iSebxeOiet '!/.' D-T,-"tra;eDiglycerolDiisodcy! PfitnalateDiisoc'y! "pbacateDimerAcid2,4 DimethylsulfolaneDimenylsL'lfrjxideDinonyi PMfialaleDncnyl ScbacaleDiocty; PhthaliteDioctylSefcacaleDowfax 9N3Dowfax 9N40EPONResin COIlhofat60 25'

^-'-'ycolAd.pate

E'iylene Glycol'soph!hala!e ;fGIP v50tfiylene Glycil P|,ih3|s!e 50Eviene Glycol Glutarate 2>5

I Ethylene GlycolSebacate (EGSE)

SO

90

2525201751751505050

17512517510022522522514075

'-"i-.-ubeGR"j'ycerolMallconnd f,v 3hailCTlid ,'v: .;.5.Ci_He.'Cufe 600n-Hcxaderar;.HexddeceneH K.h. MIX'fe3-:e!hylp>..sp!l.

m'de 'HMPA; "

2.5 He>anedio^c 'secetonyi Acet;r!c; "Hyprose SP-gn

3iSh I IGEPAl fiony: P,^n.v,.Pol>oyelhne.-eE"lh7-

14 'GEP.AL. CO 990i 'soquiroline

3S4G9

'" r^". psr- -!

l'fiF CreasKe lFO. I -jKelFOil -10WCl-R.296;SeeOEGA-Diethyene Glycol Adipolc:LAC 2 R-446 :DEGAcross-linked; ,LC3.R.728!seeOEG l'O

j%l%'J>Ethylene Glycoi Suc'-maie'Lcxan

00

50

3S3443S43&43SJ343

'Polycafbonale rcsinMannio|

j , j Ncopentyl Glycol

K^Jfilh Isoph.halateNPGIP,"" I Jie|Penlyl Glyco!

1 Sebacaic NPGSF'

eupentyl Giycollccinae (NPGS;NonxlPhencl

3 .thni' Phena"ypolyoxy.3 ettiylenetlhaiol

'ser IGEPAL)Nujcl 'Mineral Cil:

67

J. MXIMUM TEMPERATURE, SOLVENTS AND PO-LARITY OF LIQUID PHASESThese are the mximum allowable temperatures forcolumns used with a thermal conductivity detector; ahigher temperature will destroy the columns. How-ever, the mximum usable temperatures for columnswith ionization detectors may be as much as 100 Clower. iiyx^ j e teiJ Jo

Sovent Code1 Acetona2 Qenzcne3- -Chluroform

Meth>lene Chlonde 8 Carbn", Ethy! Actate 9 Water6 Metnanol h Hot* Tcluent

Disulfide

Polarity CodeN Non-polar P Polar 1 Intermedate

H Hydro^en Bonding S Specific {lwi. J f j f f

Reeommcnoed Polar-! jia PIUSI M.

/ .etonyl Acetone;; .5 Hi'xanedione)AdiponitriieA lka t t i geTArninc 220Apiezon HApiezon Jpp'tzon Lpiezort MAp.ezort NArmeenSOArmeen 120Armeer, 2HTArollor 1254-Chiorinated Biphenyl!AsphaltBentcne ,47.8 Benzoquinoline izyl CellusolveBtnzyl Cyanide'Pnenyl AcetonitrilelBenzyl CyandeSilver NitralBenzyl EtherBis 12-Ethoxyethyl) Wipate

Temp.

255075

W1

27530030327530010010000

1253302CO150

30

35

2550

150

C. II

P, 111

PNNNNN

H,P11, PH, P

1NS11

1

S11

Sol-vent

13&4

3S43

3(443&43443&43&4

33

3&43&44

3&43S4

3&4

43&4

4

ReCQfntnsntlsd PolarLlqulll nist Mil

Bis (2-Etdylhexyl Tetra-chlorophthalate)Bis 2-MefhoxyEthyl ArJipaeBis (2(2 Methoxyethoxy)Ethyl) EiherButanedic! AdipateButanediol SuccinateCarbowax 20MCarbowax 20M TPACarbowax 300Carbowax 400Carbowax 400 MonooleafeCarbowax 550Carbowax 600Carbowax 600McnostearateCarbowax 750Carbowax JOCOCarbowax 1500Car-owa 1540Carbowax -1000Carbowax 4000 TPACarbowax 4000Monastearate

Tmp. "

150

150

502252252502501002512512512S

1251531752002CO?0075

220

c. it>

1

?\,f!, P

FPPPPPP

PPPPPPP

P

^M(Sol-vent

4

3S4-l3&43544&63643&43&43S4344

3h&4h3S43443S43843444&6

4

T. -i I3X

FIGURE V-16SEPAPATiON Of OXYGEN-N1TROGEN MIXTURE ONMOLECULAR SIEVE 5A and 13X

Figure TV-17 shows a typical example of a series columnsystem in the analysis of a mixture of gases. The firstcolumn, a 20 inch silica gel isinstalled in the column ovenand held at!00C. Thesecondcolumn, a20foot, 10% Mol-ecular Sieve 5A - 90% Molecular Sieve 13X is connectedexternally from the sensing side of the T.C. detector tothe reference side of the detector. This system permitscomplete analysis for a single sample injection.

CH4

UU

O * 12

FIGURE IV-17A TYPiCAL SERIES CCLUMN SYSTEM

-70-

J. MXIMUM TEMPFRATURE, SOLVENTS AND PO-LARITY OF LIQULD PHASESThese are the mximum allowable temperatures forcolumns used with a thermal conductivity detector; ahigher temperaturc \vill destroy the oolumns. How-ever, the mximum usable temperatures for colunuiswith ionization detectors may be- as much as 100 Clower.

Solvent Cade1 Acetone1 Biruene3 Chtoroform

4 Methyient' Chtoride S O.rbon Ehy! Au-tate '! Water6- Methano! . Hot7 To'uene

Oisulfidc

Polarity CodeN Non-polar P PUJ.T. 1 Intermedate

H - Hydrogen Bondmg S Specsf ic

KccaUquiti Ttast Mal.

Acetonyl Acetone!2,5Hesanedone)AdiponitreAlkaterge TAmine 220Apiezon HApiezon JApiezon LApiezon MApiezon NArmeen SOArmeen 12DArmeen 2HIAroclor 1254(Chlorinated Biphenyl)AsphaltBentone 347,8 BenzoquinolineBenzyl CellosolveBenzyl Cyanide(Phenyl Acetonirile)Benzyl CyanideSilver NitrateBenzyl EtherBis !2-Ethoxyethyl) Adipate

nmefidcTemp. >

255075

1802/5300300275300100100100

12530020015050

35

2550

150

Pc^ar-6. ty

P, 11

PNNNNN

H, PH,PH, P

1NS11

1

S1I

Sol-yent

1

344344h3S4

33&43S43&43&4344

33

3&4344

4344344

344

43444

Liquid PhasB Mi. Temp. C.

Bis (2-Ethylhexyl Tetra-chlcrcphthaiate!Bis 2-MethoxyEthyl AdipateBis (2!2 Metnoxyethoxy)Ethyl) EtherButanediol AdipateButanedio! SuccinateCaibowax 20MCarbowax 20M TPACarbowax 300Carbowax 400Caibowax 400 Monoolea'eCarbowax 550Csrbowax 600Carbowax 600MonostearateCarbowax 750Carbowax 1000Csrbowax 500Carbowax 1540Carbowax 4000Carbowax 4000 TPACarbowax 4000Monostearate

150

!50

50225225250250100125125125125

125150175200200200175

220

Polar- Sol-ity vnt

1

1

P

I,PI,P

PPPPPPP

PPPPPpP

P

3?,4

4

344344344344445344344344344344

3h44h344344344344344446

4i

-71-

Stationary Phases or Gas Cfet _a)ia A#JL ta>lo)u*W' 4aW>U ' Ia* ^ WW'MA. oLJjfrw\Tirad* ames

Squalane

Apiezon M

SE-30-Otf-l

^OV-tt^UM

UCW-982

DC-200

OV-101

SE 52 (or SE-54)DexsiISOO

^\Axt4\(t'u^P -\ fifcM''^uccJcb V^

V-17

OV-25

Polyphenyl Ether5-Ring/

'v3F-1 fc$t*U*kw -CU- V"rVQ F^ *\ ttvtiitt. |

-'OV-210

XE-60J

X/QV-225///Carbowax 20M

Cartiowax 20M/ T P A

Silar 5CP

FFAP/

^Carbowax 1500'/ //t/J DEGS nOM^ H^aMiA

HTSK>vJUiSilar 10C v^qi\aw

-where:Wjj - weight of component bWa = weight of standard aAa = measured rea of standard aA>D - measured rea of component bFk = correction f actor ofcompound "b" re-

ative to compound "a"atequalweights.The responso of aFIDis inaependent of tem-perature, carrier gas, and flow rate. Thisraakes it well suitcd, possibly the best de-tector, or quantitative analysis. For weightpercent calculitions, Tablo VIT-2canbeused.Divide the peak rea by relative sensitivity,then normalize vales to get weight percent.An excellent reference for response factorsforbothflame ionizaticn and thermalconduc-tivity detectors is the articie by Dieta*J) .

TABLE VII-2-FIO RELATIVE SENSITIVITIES (

COMPOUND sSsvirViNormil Piriff ins

MethaneEthanePropano

l ButanePentaneHcxaneHeptaneOctaneNonane

AldohydesUutyraidehydeleptanoic aldehyde

RELATIVECOMPOUND

3ENSmviTY

i] Aldehvdes (conuj0.97 ! Octaldehyde0.970.981,091.041.031.000.970.98

O.G20. 77

Capric aldehyde

ArotnaticsBeneneTolueneEthylbenzenepara-Xylenemeta-Xyleneortho-XyleneTM2-Ethylbenzenel'.TS-EthylbenxenelM4~Ethylberenu1,2,3-Trl-

methylbenzene

0. 780.80

1. 121.071.031.001.041.021.021.011.00

0.98

TABLE VII-2 FID RELATIVE SENSITIVITIES (cont/'J

1 Ri COMPOUND SF

| Aromatics (cunt. )! 1 ,2,4-Tri-

rnethylbenzene1,3,5-Tri-

methylbenzeneIsopropylben/.enen-PropylbenzenclM2-Isopropyl-

benzenu! lM3-Isopropyl-1 ben/.ene

lM4-Isopropyl-benzcne

sec. -Butylben/enetert. -Butyibenzenen-Butylbenzene

UnsaturatesAcetyleneEthyleneHexene-1

I Octene-lii De^ene-11 ! Alcohola1 ! Methanol

i Ethanoln-Pi'Opanol

.

Isopropanoln-ButanolIsobutanolsec. -Butanoltert. -ButanolAmyl alcoholMethylsobutyl-

carbinolMethylamyl alcoholHexvl alcoholI octyl alcoholDecyi alcohol

EL ATIVESSITIVITY

0.97

0. 980. 97

1 RiI COMPOUND SFJi

11 Acjds

For meAceticPropionicButyric

1 Hexanoic1.01 | leptanoic

Octanoic0.99

tsters

l . u l

0.991 . 00

-.1.02V-W

i RlethylneeUiteEthylaceUleIsopropyl acetatosec. -ButylacetateIsobutylaeetaten-ButylacetatcIsoamylacetate

! Muthyiamylacetate1.071.020.991.031.01

0.230.46

Ethyl-(2)-ethylhexaiiorit e

lexylcaproateCellosolve actate

Nitrogen CompoundsAcetonitrileTrimethylaminetert. -Butylamine

0.60 | Diethylamne0.53 j Ani t ine0. 660.680.630.740.71

0. 740.650. 740. 850.84

, di-n-ButylamineKetones

AcetoneMethylethylketoneMethylisobutyl-

ketoneEthylbutyl-ketoneDlsobutylketoneEthylamylketon!Cyclohexanone

:LATIVEjsrnvrrv0.010.24 0.400.480.630. (il0.65

10. 20 i0.38 I0.49 i0. 52U. 540. 55 10.620.03

0. 720 . 7 - H0. 50

0.39.4G0.540.6 10.750.75

0.49G.61 j

0.710.710.720.800.72

-142--143-

TABLE VU-3-T.C. WEGHT FACTORS1"

WEIGHTCOMPOUND FACTOR

Normal ParalnsMethane 0.45EthanePropane 0. 68Butane 0- 68Pentane 0. 69Hexane 0. 70Heptane 0.70Octane 0.71Nonane 0.72Decane 0.71UndecaneTetradecane 0. 85C2 0 toC3 6 0.72

Branched ParaffinsIsobutane 0. ToIsopentane 0. 707Neopentane 0.7272,2-Dimethylbutane 0.7412,3-Dimethylbutane 0.7412-Methylpentane 0. 7143-Methylpentane 0.7252, 2-Dlmethylketone 0.7522, 4-DimethylpentaneO. 7752, 3-DimethylpentaneO. 7413, 5-Dimethylpentap.eO. 7502,2, 3-Trlmethylbu-

tace 0.7752-Methylhexane 0.7353-Methylhexane 0.7523-Ethylpentane 0. 7632,2,4-TTlmethyl-

pentane 0. 775

WEIGHTCOMPOUND FACTOR

UnsaturatesEUiylene 0. 585Propylene 0. 652Isobutylene 0.683Butene-1 0.697trans-Butene-2 0.658cis-Butene-2 0.6433-Mcthylbutene-l 0.7072-Methylbutene-l 0.707Pentene-1 0.710trans-Pentene-2 0.673cis-Pentene-2 0.7102 -Methypentene -2 0 , 7 292,4, 4-Trimethyl-

pentene-1 0. 71Propadiene 0.761,3-Butadiene 0.674Cyclopentadiene 0. 97Isoprene 0. 7381-Methylcyclohex- 0.837

ene

Methylacetylene 0.69Dicyclopentadiene 1.734-Vinylcyclohexane 0. 83Cyclopentene 0. 844

AromticaBenzene , 0-780Toluene 0. 794Ethylbcnzene 0. 822meta-Xylene 0. 812para-Xylene 0. 812ortho-Xylene 0. 840Isopropylbenzeae 0. 847n-Propylbenzene 0. 8281,2, 4-Trlmefhyl- 0.800

benzene

||

[

TABLE VII-3 T.C. WEIGHT FACTORS' "(cont)

WEIGHTCOMPOUND FACTOR

Aromtica (cont.^1,2,3-Trimethyl- 0.806

benzenep-Ethyltoluene 0. 8001.3,5-TrimethyI- 0. SOS

benzenesec.-Butylbenzene 0. 847Biphenyl o. 9121 , 2-Diphenylbenzenel. OSO1 , 3 -Diphenyl benzene 1. 001, 4-Diphenylbenzenel. 03Triphenylmethane 1.05Naphthalene o. 923Tctralin 0.9101 -Methyltetralin 0. 9271-Ethyltetralin 0.944trans-Decalin 0.920cis-Decalia 0.913

Inorganic Compounds.'-ron 0.95Nitrogen 0. 67Oxygen o. 80Carbn di oxide 0.915Carbn monoxide 0. 67Carbn tetraciiloridel.43Iron carbonyl 1.30

(Fe(C05))Hydrogen sulfide 0. 89Water o. 55

Hetero CompoundsPyrrole 0. 780Hexylamine 0. 970Ethylene oxide 0. 758

WEIGHTCOMPOUND FACTOR

Hetero ronnpounds _Jcont. )Propylcne oxide 0. 730Hydrogen sulfide 0. 890Methyl mercaptan 0.810Ethyl mercaptan 0.7131 -Propane thiol 0.750Tetrahydrofuran . 870Thiophane (cyclic 0. 855

sulfide)Ethyl silicate 0. 995Acetaldehyde 0, 680Cellosolve o. 840

Nitro pen Compoundsn-Butyamine 0.64n-Penylamine 0.57Pyrrole 0. 78Pyrroline o. 83Pyrrolidine 0. 78Pyridine 0.791,2,5,6-letra- 0.81

hydropyridinePiperidine 0. 83Acryloaitrile 0. 68Propionitrile 0. 65n-Butyronitre 0.66Aniline o. 82Quinoline 0. 67tr ans -De cahy dr o - 1.19

qu inclinecis-Deeahydro- 1.19

qu inclineAmmonia o. 42

-146- -147-

TABLE VM-3T.C. WEIGHT FACTORS"(cont.)

WEIGHTCOM'OUND FACTOR

Oxygenated CompoundsK^tones

Acetona 0. 68Methyl ethy! ketone 0. 74Dtethyl ketone 0. 78

(3-pentanone)3-Hexanone 0. 812-Hexanone 0.773, 3-Dmethylbuta- 0,97

nono -2Methyl -n-amylke- 0. 86

toneMethyl -n-hexylke- 0.87

toneCyclopentanone 0. 79Cyclohexanone 0.7852-Nonanone 0. 84Methyl isobutyl ke - 0. 86

tone

Methyl isoamyl ke- 0. 83tone

AlcoholaMethanol 0. 58Ethanol 0. 64n -Propanol 0.72Isopropanol 0.71n-Butanol 0.78laobutanol 0. 77sec-3uianol 0. 76tert-Butanol 0^778-Methylpentanol-l 0.802-Pentoaol 0. 803-Pentanol 0. 812-Methyl-2-butanol 0.83

WEIGHTCOMPOUND FACTOR

Oxygenaied Compounds (cont. )Alcohola (conf. )

n -Hexanol 0. 873-Hexanol .802 -Hexanol 0.77

n-Heptanol 0. 91Decanol-5 0.86Dodecanol-2 0.93Cyclopentanol 0.79Cyclohexanol 0. 89

Aceta tegEthyl actate 0. 79Isopropyl actate 0.84n-Butyl actate 0. 86n-Amyl actate 0.89Iso-Amyl actate 0.90n-Heptyl actate 0.93

EthersDlethyl ether 0. 67Diisopropyl ether 0. 79Di-n-propyl ether 0. 78Ethyl -n-butyl ether 0.79Dl-n-butyl ether 0. 81Di-n-amyl ether 0. 86

Piole2, 5-Hexanediol 0.931,6-Hexanedlol 0.981, 10-Decanedlol 1. 621,12-Decanedtol 1.58C^4 Mol (from seo. 1. 80

C14 alcohol)

-148-

3, Absoluta CalibrationExact amounts of the pur sample are injecled.The vales of the peak reas are then plotted a-gainst the known weight injected. 'l'his is a cali-braion curve; it shoulcl be linear andpassthroughthe origin (no sample, no responso).An exact amount of the unknown is now injected.Thepeak rea s measured and from the calibra-tion curve the amount of sample present in theunknown is calculated.

Wt. rea (A) (gms/area)(gm injected) 100

Weight of ComponentFIGURE VII-3-ABSOLUTE CALIBRATION

Peak heights, in additionto peak reas, may alsobe employed. Disadvaiitages ofdirectcalibrationare that the precise amount of sample injectedmust be known and that calibration is time con-suming. Also, he sensitivity' of the detectormust remain constant from run to run and day today in orderto compare resulta withthe calibra-tion graph.

-149-

SQUALANECH, CH, CH, CH,

HC- (CH,),CH (CH,),CH (CHt)4-CH (CH,),CH (CH,),CH

CH, CH, CH, CH,

NON-POLAR (xRI=0)SATURATED: .HIGHLY BRANCHED, C-30 HYDROCARBON; USEDMAINLY FOR HYDROCARBON SEPARATIONS.

0-125C

OV-1 OR SE-30 OR SP-2100

CH3 CH3

(-Si-0-Si-0)n^

1*11o \JLI -3

DI-2ETHYLPOLYS ILOXA.MEFJON--POLAR (5%)100 - 350C

MOST WIDELY USED LIQUID PHASEALL SAMPLE TYPES

.. Chromatographic Equations.

1. Ph*M Rallo (fl

2df

r = column inslde radius (mm)df = stationary phase film thckness (un)

Typical p vaues for caplary columns are 50 to 30

2. Distrfbutlon Coefflctont (KD)K0 = k/>

k = Partition ratio

0 = Phass ratio

3. Coatina Efflclency (UTE)

% Coatlng Effclency = (^LVtheo

xioo

nexp = Number of plates (observad)ntheo ~ Number of theoretlcal plates

4. Efflclency (n theoretlcal plates)

n = 5.545

OR

n = 16

Standard Equations

IR t- Retentlon time of peak ofinterest

Wh = Width at 1/2 height of peakof interest

WD - Width at baseiine of peakof interest

Equation used withHP 5830A GCInstruments

n = 5.545width

Width reported byHP 3388A

n = 5.545 tR0.939 x AR

Equaion used wlthHP 339X Integrators

HTAR/HT reported byHP 339X Integrators

S. HETP (Height Equhr*!nt of a Thortlcsi Ptat)L = Cotumn Lengtha s i of Theoretical Plates

U *A Is the Eddy diffusion termB is the term represanting longitudinal band broadenlngC !s the so called reslstance to mass transferU is the average linear gas veloclty of the carrier gas

tNERTNESS (Calculatlon for HP Fusad Sllica CaplilaryColumns, B/A ratio).

Base/Acld ratio =

:

Height of Decylamine peakHeight of 4-Chlorophenol peak

: . -

6. Partitlon Ratio (k, capaclty ratio)

k = tR-tmtm m

Soluta

Slart

Inert Gas

Time

149

.Ciiromatograpiic tsquations (Uont.)7. Retenon Index (Rl)

Rl = lOOn 4- 100 [log t' (aubstance)- log t'R (n)).[log t'R (N) - log t'R (n)]

where n and N are the smaller and largar n-paraffins,respectively, which bracket the substance.

When using linear temperatura programming, R!s canbe calculated by replacing the logarithms of the netretention times vvith the actual retention times. Thisgves Equation 2:

Rl = 100n + 100(substance) - tpj (n)]~ (tR(N) - tR{n)J

B. Resclution (R)

R =wb (x + 1)

1)-wb (x)

Wb = width at baselineor

R =

or

1.699 (Wh(x Wn ( x ) ]

= width at 1/2 height

R = 1.177TZ + 1.177

TZ = Trennzahl

If R = 1, the separation of two peaks is 98%If R = 1.5, the separation of two peaks is 99.7%

I150

9. Trannzahl (TZ)

TZ = (xwh (x + 1) + Wh (x)Wn = Width at 1/2 height

or

TZ =1.177

R = Resolution numberor

TZ = 100 "1ARI

Rl - Retentlon ndex

10. Talllng Factor (TF, Symmetry Factor)