Cromatografía de gases

Cromatografía gas-sólidoCromatografía gas-líquido (líquido inmovilizado

en un sólido inerte)

Federico Williamsfwilliams@qi.fcen.uba.ar

Equipamiento

presión de entrada 10-50 psicaudal (columna rellena) 25-150 ml/mincaudal (columna abierta) 1-25 ml/min

Gas portador inerte: H2, He, N2

PPP

TT

FF OHCm

)(2

−××=

T entre 0 y 400 ºC~ punto de ebullición de la muestra

Sistemas de inyección de muestra

Inyector de vaporización instantánea Válvula rotatoria

Tamaño de muestra: columnas rellenas 20 μl, columnas capilares 10-3 μl.

Se reducen los errores del tamaño de muestra hasta un 0.5 %.

Sistemas de detección

Características deseables

•Sensibilidad (10-15 a 10-8 gr / s)•Estabilidad y reproducibilidad•Respuesta lineal extendida a varios órdenes de magnitud•Rango de temperaturas (T ambiente hasta 400 ºC) •Respuesta rápida e independiente del caudal•Manejo sencillo•No destructivo

Además:Respuesta igual para todos los analito, o bien, respuesta selectiva

Tipos de detectores

Conductividad térmica (TCD)Ionización de llama (FID)Emisión atómica (AED)Captura de electrones (ECD)Quimioluminiscencia de azufre (SCD)Termoiónicos (TID)Fotométrico y fotoionización (FPD)

Además:

Acoplamiento con espectrómetro de masas

Acoplamiento con espectrómetro IR

Detector de Conductividad térmicaMide cambios en la conductividad térmica de los gases debido a la presencia del analito.

La conductividad térmica del H2 y He es mucho mayor que la de moléculas orgánicas. Por lo tanto la presencia de moléculas orgánicas causa un aumento de T en el filamento, modificando su resistencia.

Cambio en resistencia se mide en relación a una referencia (solo gas portador) de esto modo se compensan los efectos de variación de caudal, presión y potencia eléctrica.

Ventajas:

1. Amplio intervalo lineal (~105)

2. Respuesta universal

3. No destructivo

Desventaja:

1. Sensibilidad relativamente baja (10-8 gr soluto / ml gas portador)

Por lo tanto no pueden utilizarse con columnas capilares.

Detector de Ionización de llama

Corriente es proporcional al número de iones que se producen que es proporcional al número de átomos de C reducidos en la llama.

• Sensibilidad (10-13 g/s)• intervalo de respuesta lineal (107)• Señal depende del número de átomos de C que entra al detector por unidad de tiempo, es un detector sensible a la masa y no a la concentración. • grupos funcionales carbonilo, amino, alcohol (casi) no producen iones en la llama entonces poco sensible.• Insensible: H2O, CO2, SO2, NOx• Detector destructivo

Detector de captura de electrones

Se generan electrones utilizando una fuente radioactiva (63Ni emisor β)Moléculas orgánicas capturan los electrones y disminuye la corriente

• Simple y confiable• Respuesta selectiva: Sensible a grupos electronegativos como halogenos, peroxidos, quinonas y grupos nitro.• Insensible a aminas, alcoholes e hidrocarburos• Rango de respuesta lineal reducido (102)

Uso para detectar insecticidas, pesticidas y bifenilos policlorados: muestras ambientales

Detector de emisión atómica

Plasma de He atomiza los elementos en la muestra, excita el sistema electrónico del átomo y así se obtienen los espectros de emisión atómica de los elementos presentes.

Se utiliza un espectrómetro que detecta la radiación en el rango 170 nm-780 nm.

Ejemplo de uso del detector de emisión atómica

Otros Detectores

Detector de quimioluminiscencia de azufre: El efluente pasa por una llama, luego se mezclan los gases con ozono. Reacción de compuestos con azufre y ozono. La intensidad de fluorescencia resultante es proporcional a la concentración de azufre. (mayor rango lineal y sensibilidad que FPD)

Detector termoiónico: Es un detector selectivo a los compuestos que contienen P y N. (respuesta a P 10 veces mayor que a N y 105 veces mayor que a C). El efluente pasa por una llama, luego se forma un plasma que contiene iones formados a partir de P y N y se mide la corriente que se usa para determinar compuestos que contienen P o N.

Detector fotométrico de llama: Detector selectivo a los compuestos que contiene S y P. El eluyente se hace pasar por una llama, la cual convierte parte del P en HPO que emite bandas en 510 y 526 nm. El azufre se convierte en S2 el cual emite en 394 nm.

Detector de fotoionización: El eluente de la columna se irradia con un haz intenso de radiación UV (energía entre 8.3 y 11.7 eV) que ioniza las moléculas. Al aplicar un potencial a través de la celda que contiene los iones producidos se origina una corriente de iones, la cual es amplificada y registrada.

Acoplamiento con métodos espectroscópicos: GC/MS, GC/IR

Métodos acoplados: CG – espectrometría de masas (GC/MS)

Aumenta el momento lineal de las moléculas más pesadas

Señal del pico 12

Métodos acoplados: CG – IR

Es crítica la interfase de acoplamiento entre la columna y el detector. Un tubo de 10 a 40 cmde longitud y de 1 a 3 mm de diámetro interno se conecta a la columna mediante un tubo estrecho. Se calienta el tubo para evitar la condensación de los componentes de la muestra.

Columnas para CG

Capilares/Abiertas: Columna abierta de pared recubierta (WCOT): capilares con la pared interna recubierta de una fina capa de fase estacionaria. (incluyen a las columnas abiertas de sílice fundida (FSOT)).

Columna abierta con soporte recubierto (SCOT) la superficie interna del capilar está recubierta de una capa delgada de un material soporte (30 < μm) que contiene la fase estacionaria.

Rellenas: tubo de vidrio, metal o teflón, longitud de 2 a 3 m y diámetro interno de 2 a 4 mm. Se rellenan con un soporte sólido que se recubre con una capa delgada (0.05 a 1 μm) de fase estacionaria líquida. Los tubos se configuran en forma helicoidal con un diámetro de unos 15 cm. El material soporte sirve para retener la fase estacionaria líquida y dar la mayor superficie de contacto con la fase móvil. Consiste de pequeñas partículas esféricas, debe ser inerte a altas T y humectarse con la fase líquida. La eficacia aumenta cuando disminuye el tamaño de las partículas del soporte, sin embargo, la diferencia de presión necesaria para mantener un determinado caudal varía inversamente con el diámetro de partícula. Esto limita el tamaño de partículas al rango 150-250 μm.

Propiedades y características de las columnas para CG

Se debe reducir el tamaño de muestra inyectada y se requiere un sistema de detección más sensible con un tiempo de respuesta más rápido en las columnas abiertas

Material de la columna: vidrio – cuarzo → polar → adsorción de analitos polares → picos distorsionados desactivación (protección)

Si

O

O

O

O

OH

Si OH

Si OH

Si OH

Si OH

Adsorción sobre los rellenos de la columna o paredes de la columna capilar

+ Si

CH3

CH3

ClCl

+ H3C OH

Si

O

O

O

O

O

Si O

Si O

Si O

Si O

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

Eliminamos los problemas de adsorción, columna protegida: no hay adsorción de sustancias polares o polarizables

Propiedades de la fase estacionaria líquida

Propiedades de la fase líquida inmovilizada en una columna:

1.Baja volatilidad (el punto de ebullición debe ser al menos 100 ºC mayor que la máxima T de trabajo).2.Estabilidad térmica3.Químicamente inerte4.Características de disolvente tales que los valores de k´y α de los solutos a resolver estén en un intervalo conveniente y para que los tiempos de retención sean adecuados.

Las fases estacionarias polares contienen grupos como –CN. –CO y –OH, como por ejemplo las fases poliésteres. Las fases no polares son del tipo hidrocarbonado y dialquilsiloxanos. Generalmente la polaridad de la fase estacionaria debe ser parecida a la de los componentes de la muestra. Cuando la igualdad es buena, el orden de elución viene determinado por el punto de ebullición de los compuestos a eluir.

El espesor de las fases estacionarias varía entre 0.1 a 5 μm. Las películas gruesas se utilizan con analitos muy volátiles debido a que retienen más a los solutos. Por el contrario las películas delgadas se utilizan para separar especies de baja volatilidad.

Para evitar el sangrado de la fase estacionaria (se pierde una parte muy pequeña de la fase durante el proceso de elución) las mismas se entrecruzan y/o enlazan. El enlace implica la unión química de una capa monomolecular a la superficie de la sílice de la columna. El entrecruzamiento implica la unión covalente entre las cadenas del polímero.

Fases estacionarias líquidas

Cromatogramas obtenidos con distintas columnas capilares

Fases estacionarias quirales

El uso de fases estacionarias quirales derivadas de aminoácidos permite la separación de enantiómeros

Tamices moleculares

Materiales porosos, se clasifican según el diámetro máximo de las moléculas que pueden penetrar los poros: 4, 5, 10 y 13 Å y separan las moléculas de acuerdo al tamaño que poseen.