cromatografia gases exposicion
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CROMATOGRAFIA DE GASES
Presentado por:
• Manuel Francisco Álvarez
• Oscar Andrés Corredor
• Sergio Alfredo Angarita
• Carlos Valderrama
Presentado a: Ing. Mgs. Ana María Fonseca
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tunja-Boyacá
2013
INTRODUCCIÓN A LA CROMATOGRAFÍA DE GASES
Introducción a la cromatografía.
Definición
Principios básicos
Cromatografía de Gases
Campo de aplicación
Partes de un cromatógrafo de gases
LA CROMATOGRAFÍA DE GASES Y SUS
APLICACIONES
INTRODUCCIÓN A LA CROMATOGRAFÍA
Definición
Principios básicos
Definición
“Técnica que permite separar
los componentes de una
muestra debido a su diferente
afinidad entre dos fases
inmiscibles entre sí, una
estacionaria (liquida o sólida) y
otra móvil (gas o líquida)”
to
t1
t2
A B
A B
Flujo de fase móvil
La muestra se introduce en la fase móvil y es transportada a
lo largo de la columna que contiene una fase estacionaria
distribuida.
Las especies de la muestra experimentan interacciones
repetidas (repartos) entre la fase móvil y la fase estacionaria.
Cuando ambas fases se han escogido de forma adecuada, los
componentes de la muestra se separan gradualmente en bandas
en la fase móvil.
Los componentes abandonan la columna en orden creciente
de interacción con la fase estacionaria.
La amplia gama de selección de materiales para la fase móvil
y la estacionaria permite separar moléculas que difieren muy
poco en sus propiedades físicas y químicas.
PROCESO PRACTICO(VIDEOCLIP)
Clasificación de los métodos cromatográficos
Cromatografía
Cromatografía de gases Cromatografía de líquidos
Gas –Líquido
GLC
Gas –Sólido
GSC
Líquido –Líquido
LLC
Líquido –Sólido
LSC
Intercambio
iónico
IEC
Exclusión
EC
Casos particulares:
Intercambio Iónico: Los componentes iónicos de la muestra se separan por el
intercambio selectivo con contraiones de la fase estacionaria
Exclusión: La fase estacionaria proporciona una clasificación de moléculas
basada en la geometría y el tamaño molecular
Comportamiento cromatográfico de los compuestos
El comportamiento cromatográfico de un componente de una muestra puede describirse de diversas formas:
VR Volumen de retención
Volúmen de fase móvil necesario para transportar la banda de un componente desde el punto de inyección, a través de la columna, hasta el detector (en el máximo de pico del componente)
tR tiempo de retención
Tiempo necesario para que el componente, una vez inyectado pase a través de la columna y alcance el detector (en el máximo de pico del componente)
k´ razón de reparto
Es una medida del tiempo que el componente está en la fase estacionaria en relación con el tiempo que está en la fase móvil
to
t1
t2
A B
A B
Flujo de fase móvil
tBA B
tA
A
Señal
tiempo
to
t1
t2
tB
tA
k´ razón de reparto
tR – tM VR - VM
k´= =
Señal
tiempo
to
tB
tA
tM VM
Donde tM es el tiempo de retención de
un compuesto que no interaccionara con
la fase estacionaria y tR es el tiempo de
retención del compuesto de interés. Lo
mismo se puede expresar en relación con
Los volúmenes de retención.
El objetivo de la cromatografía es doble:
•Separar los distintos componentes de la muestra
•Identificar los componentes previamente separados
Separar los distintos componentes de la muestra
Selectividad y eficiencia
Buena selectividad
Eficiencia bajaBaja selectividad
Buena eficiencia
Buena selectividad
Buena eficiencia
Identificar los componentes previamente separados
Selección de detectores adecuados que permitan el análisis cualitativo. La selección de un detector está relacionada con la naturaleza de las
sustancias a determinar.
Los componentes de una muestra se identifican por su tiempo de retención
Se pueden emplear técnicas que aporten una mayor información sobre la naturaleza de los componentes: Acoplamiento con Espectrometría de Masas
Análisis Cuantitativos basados generalmente en la integración del área bajo los picos.
Calibración con patrones o estándares: Si se realizan determinaciones cromatográficas de muestras de concentración conocida de alguno de sus componentes, se puede realizar una recta de calibrado y posteriormente el análisis e integración de una muestra de concentración desconocida del citado componente permitirá la cuantifcación del mismo.
Estándar interno: Permite que varíen las condiciones de operación entre muestra y muestra.
Cromatografía de Gases“Es la técnica a elegir para la separación de compuestos orgánicos e
inorgánicos térmicamente estables y volátiles”
Un cromatógrafo de gases consiste en el acoplamiento de varios módulos básicos ensamblados para:
Proporcionar un flujo constante de gas portador
Permitir la introducción de vapores de la muestra en la corriente de gas que fluye
Contener la longitud apropiada de fase estacionaria
Mantener la columna a la temperatura apropiada (o la secuencia del programa de temperatura)
Detectar los componentes de la muestra a medida que eluyen de la columna
Proveer una señal legible proporcional en magnitud a la cantidad de cada coomponente
Cromatografía de Gases
Cromatografía de Gases
Sistema de inyecciónEl modo estándar es la inyección
directa, la muestra es inyectada
con una jeringa a través de un
septum de goma a un alineador
de vidrio donde es vaporizada y
transportada por el gas al
interior de la columna.
El bloque de inyección, se
mantiene a una temperatura tal
que permita convertir
prácticamente de forma
instantánea la muestra líquida en
un tapón de vapor.
Existen jeringas especiales para
muestras gaseosas. También se
puede emplear un lazo o bucle
para incoporar las muestras
gaseosas al flujo de gas portador
Sistema de inyección
El modo de separación más
extendido en la actualidad se
basa en el empleo de columnas
capilares. Estas columnas
requieren muy pequeños
volúmenes de muestra.
Esto se logra empleando un
inyector que incorpora un divisor
de flujo (split). Normalmente se
introduce en la columna un 1%
Cuando las sustancias a separar
se encuentran a muy bajas
concentraciones se realiza
inyección sin divisor (splitless)
Sistema de inyección
Para el análisis de compuestos
orgánicos volátiles en muestras
sólidas y líquidas, se han
desarrollado algunas técnicas
auxiliares:
Espacio de cabeza (Head space)
Purga y trampa (Purge and trap)
Espacio de cabeza (Head space)
Se analiza la fase de vapor en
equilibrio termodinámico con la
muestra en un sistema cerrado.
Para ello se procura un equilibrio
estable, mediante el control de la
temperatura del vial que contiene
la muestra.
Posteriormente, se arrastra la
fase vapor al interior del
cromatógrafo.
T equilibrioGas portador A la columna
Purga y trampa (Purge and trap)
Es aplicable solo a muestras líquidas.
Consiste en la continua renovación del gas en
equilibrio con la muestra, con lo que se
consigue el desplazamiento dinámico de los
compuestos volátiles de la muestra líquida a
la fase gaseosa.
Los vapores se arrastran a una trampa donde
quedan retenidos y se van concentrando.
Finalizado el proceso se calienta la trampa y
se arrastran los vapores al interior del
cromatógrafo.
T
1) Gas portadortrampa
T baja
T
2) Gas portadortrampa
T alta
A la columna
Columnas cromatográficas
Columnas capilares Columnas Empacadas
Columnas cromatográficas empacadas
Se construyen con tubo de acero
inoxidable, niquel o vidrio.
Los diámetros interiores van de 1,6 a 9
mm.
La longitud suele ser inferior a los 3 m.
Se rellenan de un material adsorbente
adecuado a las sustancias que se quiere
separar.
Columnas cromatográficas capilares
Se construyen con sílice fundida.
Los diámetros interiores suelen ser de 200-250 mm.
La longitud suele ser superior a los 20 m.
Hay dos tipos:
Empacadas con partículas sólidas ocupando el total del diámetro
de la columna (micro-empacadas)
Tubulares abiertas, con trayectoria para el flujo abierta y sin
restricción por el centro de la columna
Ejemplos de fases estacionarias en cromatografía de gases
Separaciones por punto de ebullición de compuestos en un
intervalo amplio de pesos moleculares:
Escualano
Polidimetilsiloxano
Para hidrocarburos insaturados y otros compuestos
polidifenildimetilsiloxano
policarboranometilcianoetilsilicón
Para compuestos nitrogenados
poliamida
policianoetilmetilsilicon
Para alcoholes, ésteres, cetonas y acetatos
polietilenglicol
pentaeritritol tetracianoetilado
Horno
Las columnas cromatográficas se enrollan, se sujetan en un soporte y se introducen en el interior de un horno
El horno debe poderse calentar y enfriar rápidamente
La temperatura se debe poder programar para poder trabajar en régimen de gradiente
Muchas aplicaciones y métodos cromatográficos requieren comenzar a temperaturas por debajo de la ambiental
Características ideales de un detector para Cromatografía de Gases:
Sensibilidad alta y estable; típicamente 10-8 g soluto/s
Bajo nivel de ruido
Respuesta lineal en un amplio rango dinámico
Tiempo de respuesta corto
Buena respuesta para toda clase de compuestos orgánicos
Insensibilidad a las variaciones del flujo y la temperatura
Estabilidad y robustez
Simplicidad en su operación
Identificación de compuestos positiva
Técnica no destructiva
Pequeño volumen en prevención del mezclado de componentes
Sistemas de detección
Sistemas de detección
Detector de ionización de llama (FID) Este detector añade hidrógeno al
eluyente de la columna.
La mezcla pasa a través del
conducto de un mechero, donde se
mezcla con aire externo y luego
arde.
Cuando entra en la llama material
ionizable del eluyente de la columna
Se quema y la corriente aumenta
notablemente.
Este detector es ideal para compuestos
oxidables.
No responde a los compuestos de
carbono totalmente oxidados, como
carbonilos o carboxilos y grupos éster
Sistemas de detección
Detector de conductividad térmica (TCD) Utiliza un filamento caliente
colocado en el flujo de gas emergente.
La cantidad de calor por conducción
que pierde el filamento hacia las
paredes del detector depende de la
conductividad térmica de la fase
gaseosa.
Es útil para determinar la presencia
incluso de pequeñas cantidades de
materiales orgánicos que producen
una reducción relativamente grande
en la conductividad térmica del
eluyente de la columna.
Sistemas de detección
Detector de captura de electrones (ECD)
El eluyente pasa entre dos electrodos.
Uno de los electrodos tiene en su
superficie un radioisótopo que emite
electrones de alta energía conforme
decae.
Los electrones bombardean el gas
portador (N2) formándose un plasma
que contiene iones positivos, radicales
y electrones térmicos.
Se aplica una diferencia de potencial
de modo que se recolectan los
electrones generados.
Los compuestos que absorben
electrones reaccionan con los
electrónes térmicos disminuyendo la
corriente del detector, la cual es
medida y permite la cuantificación
Sistemas de detección
Detector de espectroscopía de masas (MS)
Los eluyentes son ionizados y
fragmentados.
Los iones resultantes se dirigen a
través de un cuadrupolo y se ordenan
en función de su masa.
Ese detector permite obtener el
espectro de masas del compuesto que
ha eluido.
Podemos por tanto conocer, además
del tiempo de retención el espectro de
masas del compuesto y contrastarlo
con bibliotecas de espectros.
Se trata por tanto de un detector
universal para la mayoría de los
compuestos conocidos.
Cromatografía Iónica
Polaridad
Basándose en la polaridad de la fase estacionaria y la fase móvil, se distinguen los siguientes métodos de cromatografía líquida:
Polaridad de la
fase estacionaria
Polaridad de la
fase móvil
iónico
polar
no polar
no polar polar iónico
Cromatografía en
fase normal
Cromatografía en
fase reversa
Cromatografía de pares iónicos
Cromatografía iónica
El intercambio iónico como mecanismo de
separación
La gran mayoría de las separaciones por cromatografía iónica
ocurren por intercambio iónico sobre fases estacionarias con
grupos funcionales cargados. Los correspondientes contraiones
del eluyente se localizan en la vecindad de los grupos funcionales
y se intercambian con iones del analito de la misma carga en la
fase móvil. Para cada ion el proceso de intercambio se caracteriza
por un equilibrio de intercambio iónico correspondiente, que
determina la distribución del analito (M+ ó A-) entre la fase móvil
y la fase estacionaria:
f.e. f.m.
f.m. f.e.
A
EA
EAK
A- es el ion del analito
E- es el ion del eluyente (contraion)
.e.f.m.f.m.f.e.f AEAE
El intercambio iónico como mecanismo de
separaciónEl grupo más importante de intercambiadores iónicos son los basados
en resinas sintéticas hechas de un copolímero de estireno y divinilbenceno.
Los intercambiadores catiónicos se obtienen por posterior sulfonación de esta resina de estireno-divinilbenceno. Los intercambiadores aniónicos por posterior clorometilación seguida de aminación.
Intercambiador catiónico Intercambiador aniónico
Cromatografía iónica
También llamada cromatografía de intercambio iónico, determina iones inorgánicos y orgánicos, normalmente por conductividad.
Se utilizan dos tipos de técnicas en la práctica:
Supresión química, en la que la conductividad de fondo se suprime tanto química como electrónicamente. Normalmente utilizada en aniones.
Supresión electrónica, en la que se emplean eluyentes con sales de ácidos orgánicos en baja concentración sobre intercambiadores de iones de muy baja capacidad para alcanzar una conductividad de fondo relativamente baja, que puede ser suprimida directamente por medios electrónicos.
Supresión química
Se basa en el uso de sales de ácidos débilmente disociables (NaHCO3, por ejemplo) como eluyentes. Estos eluyentes se pueden eliminar en gran medida mediante una reacción post-columna de acuerdo con el siguiente proceso
El ácido carbónico formado como resultado del intercambio catiónico se disocia muy débilmente, por lo que aporta poca conductividad.
Por otro lado, los iones de la muestra sufren la reacción correspondiente. Por ejemplo, para el cloruro
El proceso de supresión convierte el NaCl al correspondiente ácido fuerte, el cual tiene una mayor conductividad que la sal original. Cuanto menor fuerza tenga el ácido producido, el incremento en sensibilidad debido a la supresión química será menor.
Supresión química
Eluyente - bomba Inyección de
muestrasSeparación Supresión Detección
Sin supresión química
Eluyente: ácido ftálico
Con supresión química
Eluyente: HCO3-/CO3
-
Aniones
Cationes sin supresión química
Eluyente - bomba Inyección de
muestrasSeparación Supresión Detección
Detección por conductividad
La conductividad es una medida de la capacidad que tienen las disoluciones de electrolitos para transportar la corriente por migración iónica en un campo eléctrico aplicado entre dos electrodos.
La conductividad (κ) es directamente proporcional a la concentración para disoluciones diluidas, siguiendo la relación
Donde
Λ es la conductividad equivalente en Scm2mol-1
c(eq) es la concentración equivalente en eq/l o normalidad
1000
)eq(c
Eluyente - bomba Inyección de
muestrasSeparación Derivatización Detección
Detección UV/VIS
Directa: Se usa en la determinación de iones que absorben fuertemente en el rango UV (nitrito, nitrato y aniones orgánicos, p.e.) en presencia de altas concentraciones de iones inorgánicos (cloruro, fosfato y sulfato, p.e.) que tienen escasa o nula absorción UV.
Indirecta: Se utiliza con eluyentes de alta absorción UV (ftalato, p.e.). De este modo, los iones con menor actividad UV que el eluyente darán picos negativos y los iones con mayor actividad UV que el eluyente darán picos positivos.
Con reacción post-columna: Usada en la detección de metales de transición (Fe, Ni, Cu, Mn y Zn, p.e.)
Eluyente - bombaInyección de
muestrasSeparación Detección
Detección electroquímica
Se utiliza ocasionalmente. Requiere que los iones a determinar sean susceptibles de oxidarse o reducirse. Entre ellos hay muchos compuestos orgánicos (azúcares y aminas, p.e.), metales de transición y aniones como nitrito, nitrato, haluros, sulfuro, cianuro, sulfito y sulfato.
Hay cuatro técnicas diferentes :
Amperometría: Medida de la corriente a potencial constante
Culombimetría: Medida de la corriente a potencial constante con 100% de conversión del analito
Voltametría: Medida de la corriente frente al potencial en un rango definido de potencial
Amperometría de pulsos: Medida de la corriente a pulsos de potencial constante
Estado, cantidad y preparación de muestras
Los líquidos que sean acuosos o miscibles en el agua se pueden analizar directamente. Los líquidos, sólidos y gases inmiscibles en agua deben ser extraídos o disueltos en disolución acuosa antes del análisis.
El volumen típico a analizar es de 5 a 200 µl, aunque se puede partir de volúmenes tan grandes como 100 ml, utilizando técnicas de preconcentración cromatográficas cuando se requiera una mayor sensibilidad.
Dilución y filtración son los procedimientos más comunes de preparación de muestras. Se requiere extracción para muestras no acuosas o preconcentración para muestras diluidas. La necesidad de derivatización precolumna es rara.
Técnicas complementarias
Absorción atómica, emisión atómica y plasma de
acoplamiento inductivo. Se usan para determinar la
cantidad total de un metal en vez de una cierta forma
iónica.
PORTAL DE REVISTAS URREVISTA CIECIAS DE LA SALUDCaracterización por cromatografía de gases-espectrometría de masas del thinner comercialmente disponible en la ciudad de Cartagena
Jesus Olivero, Katia Noguera, Wilson Maldonado
Resumen
El thinner es uno de los productos de mayor utilización en la industria de las pinturas, lubricantes y pegamentos. Su composición es variable de acuerdo con su uso y calidad. Sin embargo, la exposición crónica es una preocupación debido a que puede afectar órganos principales tales como pulmones, hígado, riñón y glándulas suprarrenales. En este estudio fue caracterizada la composición de varias muestras de thinner, disponibles comercialmente en la ciudad de Cartagena, que fueron recolectadas en diferentes almacenes y analizadas por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas(GC/MS). Los resultados mostraron que no solo la composición, sino también la distribución relativa de los componentes presentes en las muestras son variables. Treinta y dos compuestos fueron detectados, entre los que se encuentran:tolueno, o-xileno, pxileno y etilbenceno, con frecuencias de aparición de 91,7, 66,7, 75,0 y 66,7 %, respectivamente. El desconocimiento del riesgo de intoxicación, generado al manipular este tipo de mezclas, puede ser la causa de muchos de los problemas de salud en personas expuestas al thinner, tanto en actividades laborales como domésticas. Una minería de datos mostró la asociación potencial entre los componentes del thinner y manifestaciones clínicas, las cuales incluyen daño renal y hepático, pérdida de cabello, alteraciones hematológicas, dermatitis, ansiedad y problemas de equilibrio, entre otras. En conclusión, el thinner posee gran variabilidad tanto en sus componentes como en la proporción relativa de los mismos. Los efectos perjudiciales en la salud por exposición directa o indirecta a estos componentes han sido ampliamente descritos en la literatura
Palabras claveNeurotóxico, solvente, exposición ocupacional
FUENTE BIBLIOGRAFICA:
http://revistas.urosario.edu.co/index.php/revsalud/article/view/2806
