cromatografia gaseosa - unlp
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Q U Í M I C A A N A L Í T I C A I I I
CROMATOGRAFIA GASEOSA
Desarrollo del tema
Introducción Las muestras para cromatografía de gases Principios básicos Esquema de un cromatógrafo de gases Fase móvil Sistema de inyección Columnas y Fases estacionarias Detectores Aplicaciones analíticas Bibliografía
Introducción: Desarrollo histórico
M. TSWEET (1903): Separación de mezclas de pigmentos vegetales en columnas rellenas con adsorbentes sólidos y solventes varios.
éter de petróleo
CaCO3
mezcla de pigmentos
pigmentos separados
1940
1950
1960
“CGS” rudimentaria
CGL propuesta por Martin y Synge)
Separación de ácidos orgáni-cos por CGL: primer cro-
matógrafo (Martin y James)
Primer equipo comercial (Griffin & George)
Detector por Densidad de Gases (Martin y James)
Detector de Ionización de llama (McWillian y Dewar) Detector por Captura de
Eletrones (Lovelock y Lipsky)
Columnas Capilares (Golay)
Introducción: Desarrollo histórico
Modalidades y Clasificación
FM = Líquido Cromatografia Líquida
FM = Gas Cromatografia Gaseosa (CG)
En CG la FE puede ser:
Sólida
Líquida
Cromatografía Gas-Sólido (CGS)
Cromatografía Gas-Líquido (CGL)
Las muestras para CG Qué mezclas pueden ser separadas por CG ?
Mezclas cuyos constituyentes sean
VOLÁTILES
Para que una sustancia pueda ser “arrastrada” por um flujo de gas, debe poder
disolverse al menos parcialmente en dicho gas
DE FORMA GENERAL: La CG es aplicable para la separación y el análisis de mezclas cuyos componentes
tengan PUNTOS DE EBULLICIÓN de hasta 300oC y que sean térmicamente estables
Principios Básicos
Separación de mezclas por interacción
diferencial de sus
componentes entre una FASE ESTACIONARIA
(líquido o sólido) y una FASE MÓVIL
(líquido o gas).
Instrumentación: el cromatógrafo de gases
1 – Depósito de gases y contro-ladores de presión y caudal.
2 - Inyector.
3 - Columna Cromatográfica y horno.
4 - Detector.
5 – Amplificador de la señal.
6 - Registrador.
1
2
3
4
6
5
INFLUENCIA DE LA COMPRESIBILIDAD DE LA FASE MÓVIL
Flujo volumétrico Debe existir una caída de presión a lo largo de la
columna para que la fase móvil fluya
El flujo másico (gramos de gas por unidad de
tiempo) es constante, por lo tanto
El caudal volumétrico a lo largo de la columna
crece
min)/3F(cm
opip >
oViV <
oFiF <
Se introduce el “factor de corrección de compresibilidad de James y Martin“
j se puede relacionar con parámetros aerodinámicos de la columna
INFLUENCIA DE LA COMPRESIBILIDAD DE LA FASE MÓVIL
𝑗𝑗 =32
(𝑝𝑝𝑖𝑖 𝑝𝑝𝑜𝑜⁄ )2 − 1(𝑝𝑝𝑖𝑖 𝑝𝑝𝑜𝑜⁄ )3 − 1
�̅�𝑝 =𝑝𝑝𝑜𝑜𝑗𝑗
𝑢𝑢� = 𝑢𝑢𝑜𝑜𝑗𝑗 𝐹𝐹� = 𝐹𝐹𝑜𝑜𝑗𝑗
VOLÚMENES DE RETENCIÓN EN CROMATOGRAFÍA GASEOSA
Volumen de retención
Volumen de retención ajustado
Volumen de retención corregido
Volumen de retención neto
𝑉𝑉𝑅𝑅 = 𝐹𝐹𝑜𝑜𝑡𝑡𝑅𝑅
𝑉𝑉´𝑅𝑅 = 𝐹𝐹𝑜𝑜(𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀) = 𝐹𝐹𝑜𝑜𝑡𝑡´𝑅𝑅
𝑉𝑉´𝑁𝑁 = 𝐹𝐹𝑜𝑜𝑗𝑗𝑡𝑡𝑅𝑅 = 𝐹𝐹�𝑡𝑡𝑅𝑅
𝑉𝑉𝑁𝑁 = 𝐹𝐹𝑜𝑜𝑗𝑗(𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀) = 𝐹𝐹�(𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀)
Volumen de retención específico
cT273
SρDK
=cT
273
SwSVDK
=cT
273
SwNV
=gV
wS = masa de fase estacionaria rS = densidad de la fase estacionaria Tc = temperatura de la columna
Fase Móvil: Gas Portador
Requisitos INERTE No debe reaccionar com la muestra, la fase estacionaria ni
las superficies del instrumento.
PURO Debe estar exento de impurezas que puedan degradar la fase estacionaria
Impurezas típicas de los gases y sus efectos: Oxida/hidroliza algunas FE Son incompatibles com un DCE H2O, O2
hidrocarburos Ruido en la señal de un FID
La Fase Móvil en CG NO interactúa con la muestra Sólo la lleva a través de la columna Se la denomina GAS PORTADOR
Gas Portador
COMPATIBLE CON EL DETECTOR Cada detector demanda un gas portador específico para su mejor funcionamiento
Selección de Gases en Función del Detector:
He , H2 DCT
FID N2 , H2 DCE N2, Ar + 5% CH4
1 - Cilindro de Gas 2 - Regulador de Presión 3 - “Trampa” para eliminar impurezas 4 - Regulador de Línea 5 - Regulador de Caudal 6 - Medidor de Caudal
Componentes de una línea
de gas
controladores de presión y
caudal
dispositivos para
purificación (“trampas”)
1
2
3 4
5
6
Sistemas para introducción de la muestra
Los dispositivos para inyección
(INYECTORES o VAPORIZADORES)
deben permitir la introducción
INSTANTÁNEA de la muestra en la
columna cromatográfica
Inyección instantánea
Inyección lenta
t = 0
t = x
t = 0
t = x
Inyector “on-column” Convencional
1 - Septum (silicona)
2 - Entrada de gas portador
3 – Bloque metálico
calefaccionado
4 - Punta de la columna
cromatográfica
1
2
3
4
Parámetros de inyección
TEMPERATURA DEL INYECTOR Debe ser suficientemente elevada como para que la
muestra se vaporice inmediatamente, pero sin descomponerse
Regla General Tiny = 50oC por encima de la temperatura de
ebullición del componente menos volátil
VOLUMEN INYECTADO Depende del tipo de columna y del estado físico de
la muestra
COLUMNA Muestras Gaseosas
Muestras Líquidas
empaquetada ∅ = 3,2 mm (1/4”) 0,1 ml ... 50 mL 0,2 µL ... 20 µL
capilar ∅ = 0,25 mm 0,001 ml ... 0,1 mL 0,01 µL ... 3 µL
Sólidos:
comúnmente se disuelven en un solvente adecuado y se inyectan en
solución
Parámetros de inyección
Inyección manual de muestras
COLUMNAS
RELLENAS
la fase estacionaria líquida está
retenida en un sólido inerte
(soporte)
CAPILARES
la fase estacionaria se fija sobre las
paredes interiores del capilar
COLUMNAS
COLUMNAS RELLENAS
Diámetro interior entre 2 y 4 mm
Longitud de hasta 2 á 3 m
Eficiencia de 1000 á 2000 platos teóricos/m
Para muestras poco complejas, 10 componentes.
La columna está rellena de un material sólido (soporte), finamente dividido y homogéneo, recubierto por una capa de F. E. líquida.
Enrollada en forma helicoidal, para poder ser instalada en el horno termostatizado.
COLUMNAS CAPILARES
Diámetro interior < 1 mm
Longitud de 5 á 50 m.
Eficiencia hasta 4.000 platos teóricos/m
Para muestras complejas.
La fase estacionaria se depositada sobre las paredes interiores del capilar
FASES ESTACIONARIAS Conceptos Generales
FE líquida
SUPORTE Sólido inerte poroso
Tubo capilar de material
inerte Para minimizar la pérdida de FE líquida por
volatilización, se puede:
Entrecruzada: las cadenas
poliméricas son químicamente ligadas entre sí
Químicamente ligadas: las cadenas
poliméricas se hacen reaccionar sobre el
soporte
FASE ESTACIONARIA
Baja volatilidad.
Punto de ebullición debe de ser por lo menos 100ºC mayor que la temperatura máxima de la columna.
Estabilidad térmica.
Inercia química.
Los valores de factor de capacidad ( k´ ) y factor de selectividad (α) de los analitos deben estar dentro
de los intervalos aconsejados.
FASE ESTACIONARIA
La separación se debe a los diferentes k´del analito entre la fase móvil y la
fase estacionaria.
Tiene que haber un cierto grado de solubilidad de los compuestos con la
fase estacionaria.
Por ello, una característica muy importante de la fase estacionaria es la
POLARIDAD.
Los solutos se retienen más en las fases líquidas de polaridad parecida.
Cuatro grandes grupos estructurales: PARAFINAS No polares; alta inercia química; son las menos usadas. Principales: escualano (C30H62), Apiezon (grasas para vacío).
POLIÉSTERES Ésteres de dialcoholes con diácidos. Polares; altamente sensibles a la humedad y la oxidación. Principales: DEGS, EGA, EGS.
ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRASOS
Columna:5%DEGS-PS s/ Supelcoport 100/120 mesh; 6’ x 1/8” TCOL: 200oC (isotérmico) Gas Portador: N2 @ 20 ml.min-1
Detector: FID Muestra: 0,5 μL de solución en cloroformo conteniendo 0,5 μg de cada éster
Familias de FE Líquidas
SILICONAS (polisiloxanos) Las FE más empleadas en CG. Cubren un amplio rango de polaridades y tienen propriedades químicas diversas.
Si
CH3
H3C
CH3
O Si
R1
R2
O Si
CH3
CH3
CH3n
R1, R2 = cualquier radical orgánico
- Enlaces Si-O altamente estables = elevada estabilidad térmica y química de las FE.
- Siliconas se fabrican en gran escala para diversas aplicaciones = minimización del costo del producto + tecnología de producción y
purificación bien estudiada y conocida.
- Prácticamente cualquier radical orgánico o inorgánico puede ligarse a la cadena polimérica = FE “ajustables” a separaciones específicas + facilidad de inmovilización por entrecruzamiento y ligazón química a
soportes
Familias de FE Líquidas
FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por sustitución de CH3 por radicales orgánicos, en orden creciente de polaridad:
Diferencias entre FE de composición similar provenientes de proveedores diferentes: pureza, viscosidad
Familias de FE Líquidas
Sustituyentes Nombres comerciales Observaciones
------ ----- SE-30, OV-1, OV-101, SP-2100
Las más apolares de la serie. Poco selectivas
Carboranos ----- Dexsil 300GC Similares PDMS. Estables hasta > 400°C
Fenil 5% ----- SE-52, OV-5, OV-73 Poco polar
Cianopropil 7%
Fenil 7% OV-1701, SPB-7, CP-Sil Moderadamente polar
Cianopropil 50%
Fenil 50% OV-255, SP-2300, CP Polar. Retiene dadores de electrones.
Separación de piridinas FE = 100 % cianopropilsilicona
1 - piridina 2 - 2-metilpiridina 3 - 2,6-dimetilpiridina 4 - 2-etilpiridina 5 - 3-metilpiridina 6 - 4-metilpiridina
3 min
Columna: CP-Sil 43CB (10 m x 0,10 mm x 0,2 μm)
TCOL:110oC (isotérmico)
Gas Portador: N2 @ 16 cm.min-1
Detector: FID
Muestra: 0,1μL de solución 1-2% de las piridinas en 3-metilpiridina
Familias de FE Líquidas
Separación de fenoles - FE = fenilmetilsiliconas
50% Ph
50% Me
5% Ph
95% Me
Familias de FE Líquidas
FASE ESTACIONARIA: ORDEN DE ELUCIÓN
En una fase líquida
cualquiera, una serie homóloga
eluye según orden creciente de NÚMERO DE
ÁTOMOS DE CARBONO.
Si la fase es NO POLAR, los solutos no polares eluyen según
orden creciente de punto de ebullición.
En una fase POLAR se
retendrán más los solutos
polares que los no polares a igualdad de
puntos de ebullición.
SOPORTE SÓLIDO
Carácterísticas
Elevada superficie específica
(m2/g)
Superficie homogénea
Estabilidad térmica
Tipos de soporte
Silíceo (tierras de diatomeas)
Sintéticos (vidrio, teflón).
Ladrillo refractario
SOPORTE SÓLIDO: Tierra de diatomeas
Esqueletos fósiles de algas
microscópicas (SiO2 + óxidos
metálicos)
Chromosorb Anachrom
Supelcoport ...
Fusión com NaOH
Lavado ácido
secado
calcinación
silanización
Etapas del análisis cromatográfico
1. Elección de la columna y fase estacionaria 2. Ajuste las temperaturas. 3. Ajuste del caudal de gas portador. 4. Se inyecta la muestra (1 μl cuando son líquidas y 1
ml si son gaseosas). 5. Se vaporizan y son arrastradas hasta la columna. 6. Los componentes se fijan al inicio de la columna. 7. Se desplazan por la columna a velocidad diferente 8. Los solutos que salen de la columna, pasan al
detector y se obtiene el CROMATOGRAMA .
Parámetros
Tipo de gas portador y
caudal Columna y
dimensiones
Fase estacionaria
Tipo de detector Temperaturas
Bloque de inyección Columna Detector
TEMPERATURA DE LA COLUMNA
En muestras de puntos de ebullición parecidos la temperatura óptima es ligeramente superior al punto de
ebullición medio de los componentes de la muestra.
Con puntos de ebullición muy diferentes se emplea una programación de temperatura, que aumenta según
avanza la separación.
El aumento de la temperatura reduce los tiempos de retención.
Los componentes más volátiles son separados
Los componentes menos volátiles tardan en
eluir, saliendo como picos mal definidos
Los componentes más volátiles no son
separados. Los componentes menos
volátiles eluyen más rápidamente
TEMPERATURA DE LA COLUMNA
Programación de temperatura
TFIN Temperatura Final tINI Tiempo Isotérmico Inicial tFIN Tiempo Final del
Programa R Velocidad de calentamiento
Se consiguen buenas separaciones de los componentes de la muestra en menor tiempo
DETECTOR
Mide la variación de alguna
propiedad física del gas portador originada por la
elución de los compuestos.
Su temperatura ha de ser mayor o
igual que la de columna para
evitar la condensación de
algún compuesto.
Conectado a un registro gráfico
de la señal.
Detectores
CARACTERÍSTICAS
Alta sensibilidad (relación entre respuesta del detector y la
magnitud física detectada)
Buena estabilidad.
Respuesta continua y
reproducible a los cambios de concentración del compuesto
Respuesta adecuada al
mayor número posible de muestras
Tiempo de respuesta corto
Reactividad nula
DETECTORES: Definiciones Generales
Dispositivos que generan
una señal eléctrica
proporcional a la cantidad
de analito eluído
4 utilizados en la mayor parte de las aplicaciones
TCD Detector de
Condutividad Térmica
FID Detector de Ionización en Llama
ECD Detector de
Captura Electrónica
MS Detector Es-
pectrométrico de Masas
DETECTORES: Clasificación
UNIVERSALES Generan señal para cualquier sustancia
eluida
SELECTIVOS Detectan
solamente sustancias con determinada
propiedad fisicoquímica
ESPECÍFICOS Detectan sustancias que
poseen determinado elemento o grupo funcional en sus
estructuras
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Se basa en los cambios en la conductividad térmica de la corriente de gas portador debido a la presencia de moléculas
del analito.
Responde a la concentración del soluto en el gas portador
No es destructivo.
La conductividad térmica del gas portador ha de ser elevada (He, H2) 6 a 10 veces mayor que la mayoría de los compuestos
orgánicos.
Sencillez
Amplio rango lineal
Respuesta a todo tipo de compuestos
No destructivo
Baja sensibilidad (10 10-8 g soluto/ml) que impide su empleo con columnas capilares, debido al pequeño tamaño de las muestras.
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
PRINCIPIO Variación de la conductividad térmica del gas
cuando eluye un analito
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
La cantidad de transferencia de calor entre un cuerpo caliente y un cuerpo frio depende de la condutividad térmica del gas en el espacio que separa los cuerpos
Si la condutividad térmica del gas disminuye, la cantidad de calor
transferido también disminuye y el cuerpo caliente se enfría.
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Celda del TCD:
1 2
3 5
4
i
1 Bloque metálico (acero)
2 Entrada de gas portador
3 Salida de gas portador
4 Filamento metálico (aleación W-Re) calefaccionado
5 Alimentación de corriente eléctrica para calentar el filamento
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Los filamentos del TCD están montados sobre un puente de Wheatstone que transforma la diferencia de resistencia
cuando la elución de la muestra produce una diferencia de voltaje
TCD: Aplicaciones
Separación y cuantificación de compuestos que no generan señal em otros detectores (gases nobles, gases fijos)
Columna: CP Sil 5CB (50 m x 0.32 m x 5 µm) Gas Portador: He @ 3 ml.min-1
TCOL: 40°C
1 N2 2 CH4 3 CO2 4 n-C2 5 NH3 6 n-C3 7 i-C4 8 n-C4
Separación de Gases Fijos e Hidrocarburos
DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA
(FID)
Es uno de los más empleados.
Forma una llama que quema y ioniza los compuestos separados en la columna.
Insensible a grupos funcionales como C=O, OH, NH que originan en la llama pocos iones.
Elevada sensibilidad (10-13 g soluto/mL)
Destructivo
FID: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Formación de iones cuando un compuesto se quema en una llama de hidrógeno y oxígeno
El efluente de la columna se mezcla con H2 y O2 y se
quema. Como en una llama de H2+ O2 no existen iones,
no circula corriente eléctrica.
Cuando un compuesto orgánico eluye, él también
se quema. Como en su combustión se forman iones, la llama pasa a conducir la corriente
eléctrica
FID: SELECTIVIDAD
SELECTIVO
• Para sustancias que contienen uniones C-H en su estructura química.
UNIVERSAL
• Virtualmente todas las sustancias analizables por CG son orgánicas
Compuestos que NO producen
respuesta
• Gases nobles, H2, O2, N2, CO, CO2, CS2, CCl4, perhalogenados, NH3, H2O, HCOOH, HCHO
DETECTOR DE CAPTURA ELECTRÓNICA
(ECD)
Se basa en la captura de los electrones libres procedentes de la ionización del gas portador,
disminuyendo la intensidad de corriente.
El más sensible (10-14 g soluto/mL).
No destructivo.
Su aplicación principal es para compuestos organoclorados (pesticidas, herbicidas)
herbicidas)
ECD: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Supresión de un flujo de electrones lentos causada por la absorción de éstos por especies electrofílicas
Un flujo continuo de electrones lentos se establece
entre un ánodo (fuente radioactiva β -emisora) y un
cátodo
Al pasar una sustancia electrofílica algunos
electrones son absorbidos, disminuyendo la corriente
eléctrica.
APLICACIONES DEL ECD
PESTICIDAS 1 tetracloro-m-xileno 2 α - BHC 3 Lindano 4 Heptachlor 5 Endosulfan 6 Dieldrin 7 Endrin 8 DDD 9 DDT 10 Metoxychlor 10 decaclorobifenilo
~250 fg de cada analito
EL DCE ES EL DETECTOR DE ELECCIÓN PARA ANÁLISIS DE TRAZAS DE ORGANOHALOGENADOS Y SIMILARES
ACOPLAMIENTO CON OTRAS TÉCNICAS
Proporciona una herramienta muy potente en la identificación de los componentes de una mezcla
compleja
La tendencia actual es utilizar como detectores selectivos, técnicas instrumentales como
Espectrometría de Masas y Espectroscopía Infrarroja
Todo ello ayudado de una computadora para el almacenamiento de los datos espectrales, y posterior
presentación como espectros y cromatogramas
ANÁLISIS CUALITATIVO
Conceptos Generales
Identificación individual de las especies presentes en la muestra
Determinación de la identidad de la muestra como un todo
Aplicaciones Cualitativas de
la cromatografía
Fuentes de Informaciones Cualitativas
RETENCIÓN Uso de datos de retención de un analito para su identificación
DETECCIÓN Empleo de detectores que proveen información estructural sobre las sustancias eluidas
ANÁLISIS CUALITATIVO Datos de Retención
Naturaleza de la fase estacionaria y su % en el relleno
Longitud de la columna
Naturaleza del gas portador y su caudal
Temperatura de la columna
Tamaño de la muestra
El tiempo de retención, tR es
función de:
A condiciones experimentales constantes, el tR y el VR son característicos de cada
sustancia
ANÁLISIS CUALITATIVO Tiempos de Retención
t’R = f Interacciones analito/FE
Presión de vapor del analito
Condiciones de operación (TCOL, FC ...)
Una vez fijadas las condiciones operatorias, el tiempo de retención ajustado de un analito es una constante
La identificación por t’R es muy poco confiable, debido a:
Dependencia con FC y TCOL Variaciones en estas condiciones afectan sensiblemente los t’R
VARIACIÓN DE ± 1% EN t’R
ΔTCOL = ± 0,1%
Δ FC = ± 1% Sobrecarga de la columna Un aumento excesivo en la masa de material eluido deforma el pico cromatográfico y altera su t’R
Se comparan datos sobre la misma columna
Se miden datos de “retención relativa”
D(std)K
D(i)K
=R(std)t´R(i)t´
=stdi,r
i= sustancia incógnita std= sustancia standard
ri,std sólo depende de la temperatura de la columna y de la fase estacionaria
Recopilación de datos de retención relativa “Compilation of Gas Chromatographic Data”, ASTM Data Series Publication
ANÁLISIS CUALITATIVO Datos de Retención Relativa
MUESTRA
PATRÓN
Comparación de los
cromatogramas de la muestra y de una solución
patrón del analito supuesto
Los datos de tR son adecuados para identificaciones simples, por ejemplo, controles de calidad En ese caso, ya se sabe qué componentes tiene la mezcla y generalmente hay pocos componentes presentes
ANÁLISIS CUALITATIVO Tiempos de Retención
Comparación de tR usando dopaje de la muestra con el analito supuesto: aumenta la confiabilidad de identificación.
En una muestra compleja la incerteza en la medida de los tR puede llevar a una identificación
errónea
La comparación con el cromatograma de la muestra
dopada permite una identificación más confiable de
la sustancia desconocida
OTRAS APROXIMACIONES AL ANÁLISIS CUALITATIVO
Las series homólogas presentan características retentivas que facilitan la identificación de las sustancias
Graficando log t´R vs. número de átomos de C (sobre una dada columna y a una temperatura dada) se obtiene una recta
La ubicación sobre una recta dada, permite determinar a qué familia pertenece La ubicación sobre la recta permite decidir qué componente de la serie es
01234567
4 5 6 7 8 9 10N° átomos de C
log
t´R
OTRAS APROXIMACIONES AL ANÁLISIS CUALITATIVO: Gráficos de Retención
FUNDAMENTO Los t’R (en condiciones isotérmicas) para una serie homóloga de compuestos dependen logarítmicamente del número de átomos de carbono de la
cadena.
Separación isotérmica de una mezcla de n-alcanos (n-
C4, n-C5, ... n-C16)
Gráfico de log(t’R) en función del número de átomos de carbono del analito nC es
LINEAL
ANÁLISIS CUALITATIVO Índice de Retención de Kováts
El índice de retención de Kováts I para un analito viene definido por:
t’R (A) Tiempo de retención ajustado del analito A
t’R (N) Tiempo de retención ajustado del n-alcano con N carbonos
t’R (n) Tiempo de retención ajustado del n-alcano con n carbonos (n = N + 1)
Ej.: un analito con I = 874 tendrá un tiempo de retención ajustado equivalente al de un n-alcano hipotético con 8,74 átomos de carbono
Puede calcularse con la siguiente expresión
ANÁLISIS CUALITATIVO Índice de Retención de Kováts
𝐼𝐼 = 100𝑁𝑁 + 100 �log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝐴𝐴) − log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑁𝑁)
log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑛𝑛) − log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑁𝑁)�
ANÁLISIS CUALITATIVO Índice de Retención de Kováts
Para las n-parafinas, I es 100 veces el número de átomos de C en cualquier columna y a cualquier temperatura
tR, columna 1
tR, columna 2
hept
ano
tolu
eno
hexa
no
pent
ano
Fijando 2 fases se pueden establecer incrementos individuales correspondientes a ciertos grupos funcionales (Kováts)
Rohrschneider: ΔI consta de contribuciones de 2 tipos:
Dependiente del soluto y que no varía al cambiar de FE
Específico de la FE y que puede calcularse a partir
de un grupo bien seleccionado de solutos
McReynolds: cambió las sustancias de prueba que empleaba Rohrschneider
Variación del índice al pasar de una fase estacionaria no polar a una polar
Experimentalmente se encuentra que ΔI puede expresarse como:
donde: j = fase estacionaria i = soluto SQ = escualano (C30H62), fase estacionaria no polar, en base
a la cual se construye la escala ai, bi, ci, di, ei = parámetros característicos del soluto i,
independientes de la fase estacionaria xj, yj,zj, uj, sj = parámetros característicos de la fase
estacionaria j
jsie+juid+jzic+jyib+jxi=aSQiIj
iI=jiΔI
Variación del índice al pasar de una fase estacionaria no polar a una polar
Sobre la fase estacionaria j y sobre escualano se miden los índices de estos solutos
Grupo Sustancia Símbolo Aromáticos,
olefínicos benceno x
Alcoholes, fenoles, ácidos
1-butanol y
Cetonas, éteres, ésteres,
aldehídos
Metil-n-propilcetona
z
Nitrocompuestos, nitrilos
nitropropano u
Bases, heterociclos aromáticos
piridina s
ANÁLISIS CUALITATIVO Índices de McReynolds
Se definen las siguientes relaciones:
ANÁLISIS CUALITATIVO Índices de McReynolds
Se usa para caracterizar fases estacionarias
Muy útil con el fin de decidir si dos fases estacionarias tendrán un comportamiento separativo equivalente o cuál será la mejor fase para un determinado grupo funcional
ANÁLISIS CUALITATIVO Índices de McReynolds
Fase estacionaria
Tmáxima x y z u s
Escualano 150 0 0 0 0 0 SE-30 350 15 53 44 64 41 OV-7 350 69 113 111 171 128
Carbowax 20M
250 322 536 368 572 59
Métodos de detección que proveen informaciones cualitativas sobre los analitos eluídos:
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica por Absorción Infra-Rojo (CG-IR)
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica de Masas (CG-EM)
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica por Emisión Atómica (CG-EA)
ANÁLISIS CUALITATIVO Métodos de Detección Cualitativos
Combinación de métodos cromatográficos y espectroscópicos
Técnicas acopladas
ANÁLISIS CUALITATIVO Métodos de Detección Cualitativos
El cromatógrafo separa la muestra en sus componentes
El método espectrocópico brinda información cualitativa de cada uno
de los componentes
La combinación de los datos en tres dimensiones brinda información cuali-cuantitativa
ANÁLISIS CUALITATIVO Métodos de Detección Cualitativos
resp
uest
a
tiempo
PRINCIPIO La muestra es fragmentada y ionizada según un patrón característico de la especie química.
1 Moléculas de la muestra son bombardeadas por electrones (electron impact = EI) o iones (chemical ionization = CI):
ABCDE + e- → ABCDE.+ + 2 e-
2 El ión formado se fragmenta:
ABCDE.+ → AB. + CDE+
ABCDE.+ → AB+ + CDE.
ABCDE.+ → A+ + BCDE.
ANÁLISIS CUALITATIVO Espectrometría de Masas
3 Los fragmentos iónicos formados son separados magnéticamente de acuerdo con sus masas moleculares y contados:
AB
UN
DA
NC
IA
MASA / CARGA
El gráfico del número de iones formados en función
de la relación Masa / Carga de los iones es el
ESPECTRO DE MASAS del analito
ANÁLISIS CUALITATIVO Espectrometría de Masas
ANÁLISIS CUALITATIVO Espectro de Masas
20 40 60 80 100 120 0 m / Z
Interfase cromatógrafo - espectrómetro:
CG EM
Vacío
Separador Molecular El gas portador liviano (He)
difunde más rápidamente que el analito y tiende a ser
drenado por el vacío.
Cámara de Ionización
Columna Capilar
Interfase Capilar Directa Con columnas capilares la
baja cantidad de gas portador puede ser drenada por el
sistema de vacío.
ACOPLAMIENTO GC-EM
1
2
3
4
1 Cámara de Ionización Los electrones generados por un filamento bombardean la muestra. Los fragmentos ionizados (carga +1) son repelidos por el electrodo positivo y conducidos al separador magnético.
2 Salida de Vacío Todo el interior del EM debe estar con alto vacío (natm).
3 Separador Magnético Por acción del campo magnético sólo algunos iones con determinada relación Masa/Carga pueden atravesar esta zona del equipo. 4 Detector Una válvula fotomultiplicadora o un fotodiodo genera una señal eléctrica proporcional al número de iones que inciden sobre este elemento.
ANÁLISIS CUALITATIVO Espectrómetro de Masas
Los espectros de masas completos son colectados y archivados a intervalos regulares de tiempo
La generación del cromatograma a partir de los espectros puede hacerse según:
CROMATOGRAMA DE IONES TOTALES (TIC = Total Ion Chromatogram)
Para cada espectro, el número total de iones detectados en el rango de masas barrido es sumado y graficado en función del tiempo,
generando el cromatograma. MONITOREO DE UN ION SELECCIONADO (SIM = Single Ion Monitoring)
Se selecciona un fragmento resultante de la especie de interés. Se genera el cromatograma graficando el número de iones con la masa
de ese fragmento detectados en función del tiempo.
TIC
Universal
SIM
Selectivo Mayor Sensibilidad
CG-EM: GENERACIÓN DEL CROMATOGRAMA
Ejemplo de una muestra analizada por CG-EM
TIC Aparecen los picos
correspondientes a todas las sustancias eluídas
SIM (m/z = 149) Cromatograma construído a partir de los mismos datos
anteriores, pero usando sólo fragmentos con masa = 149
CG-EM: GENERACIÓN DEL CROMATOGRAMA
TIEMPO
CU
EN
TA
S MASA / CARGA
CU
EN
TA
S
1 Se registra el espectro de masa que corresponde a un analito (usualmente se selecciona el máximo).
2 Interpretación manual del espectro y/o comparación automática con la biblioteca de espectros del equipo.
ANÁLISIS CUALITATIVO Identificación de Analitos
Búsqueda automática en la biblioteca de espectros: comparación estadística ( Probability Based Matching )
BIBLIOTECA DE ESPECTROS
ESPECTRO DESCONOCIDO
PBM Lista com posibles
candidatos + porcentaje de confiabilidad
PBM de un analito “desconocido” (1-
dodeceno)
ANÁLISIS CUALITATIVO Identificación de Analitos
# NOMBRE FÓRM. % 1 1-dodeceno C12H24 99
2 1-dodecanol C12H26O 91
3 ciclododecano C12H24 91
4 2-dodeceno C12H24 66
5 1-undeceno C11H22 35
6 8-metil-3-undeceno C12H24 32
LIMITACIONES:
La identificación es poco confiable en el caso de espectros muy simples
Está limitada por el tamaño de la base de datos (NIST = 66.000 espectros)
Existen diferencias entre los espectros generados por diversos EM
ANÁLISIS CUALITATIVO Identificación de Analitos