MÉTODOS DE
SEPARACIÓN
Ley de Distribución (Reparto)• Una sustancia (ácido benzóico HB) que se reparte entre
dos disolventes inmiscibles entre sí acorde con:
O2H
org
CC
K O2H
orgD HB
HBK
HB H+ + B‐
O2H
O2HO2Ha HB
BHK
O2H
org
HB.concHB.conc
D O2HO2H
org
BHBHB
D
Ley de Distribución (Reparto)
O2H
O2H
org
HKa1HB
HBD
a pH = 3 9.93
101105.61
100
3
5
D
a pH = 5 3.13
101105.61
100D
5
5
a pH = 7 15.0
101105.61
100D
7
5
si Kd=100y Ka=6.5x10‐5
O2HH
Ka1
KdD
Extracciones sucesivas• Si queremos extraer 4 g de ácido
butírico de 500 mL de H2O usando 500 mL de eter, donde Kd=3.0
5.0/X
5.0/X40.3CCKd O2Horg
X = 1.0
3.0g
1.0g
Recobro – 75%
Extracciones sucesivas
250 mL250 mL
500 mL 500 mL
2.40g
1.60g
0.96g
0.64g
colectar
transferir
colectado = 3.36gquedan = 0.64g
Recobro – 84%
Eficiencia de extracción
Nunca llega a cero
EXTRACCIÓN CONTINUA (CRAIG)
CROMATOGRAFÍA
Invención de la Cromatografía
Mikhail TswettBotánico Ruso(1872‐1919)
Mikhail Tswett
Inventa la cromatografía en 1901 durante su investigación con pigmentos vegetales.
Utilizó la técnica para separar varios pigmentos vegetales como clorofilas, xantofilas y los carotenoides.
Cromatografía…
Papel
HPLC Gas
Capa delgada
Columna
CROMATOGRAFÍA
LÍQUIDOS
PLANAR COLUMNA
IEC SEC
FLUIDO SUPERCRÍTICO
BPC
TLC PC
GASES
GSC GLC
LSC
BPC-NP GPC GFC BPC-RP
Problemas de SorciónABsorción ADsorción
CROMATOGRAFÍA DE GASES
CROMATOGRAFÍA DE GASES(UNA TÉCNICA DE SEPARACIÓN)
Cromatógrafo
Cromatograma
LÍQUIDOS
PLANAR COLUMNA
IEC SEC
FLUIDO SUPERCRÍTICO
BPC
TLC PC
GASES
GLC
LSC
BPC-NP GPC GFC BPC-RP
GSC
CROMATOGRAFÍA
EQUIPO DE CGRegulador
de dos etapas
Cilindrode gas
GasPortador
Puerto de Inyección
Columna
Detector
Registrador
COLUMNA DE CG (EMPACADA)
FASE MÓVIL(Gas acarreador)
FASE ESTACIONARIA
COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS
Soporte SólidoFase Líquida
1/8" ODColumna empacada
0.25 mm IDCapilar o
WCOT
UN CROMATOGRAMA TÍPICO.
Tiempo de retención (tr)
Área de picoAlturade pico
Inyección
Res
pues
ta d
el d
etec
tor
línea base
Tiempo
VENTAJAS DE CG
•Alta Resolución
•Alta Velocidad
•Alta Sensibilidad
•Alta precisión
•Cuantitativa
•Fácil, Bien Conocida
VENTAJAS DE CGALTA RESOLUCIÓN
Columna CapilarArochlor 1260
Mezcla de PCB’s
0 MIN 60
4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
300000
320000
340000
Time-->
Abundance
TIC: H267.D 3.40
4.22
5.32
5.83
6.06
6.32
6.84
8.30
8.55
8.65
9.42
9.54
10.06
10.17 10.31
11.05
11.53
12.13 13.85
14.87
15.09
15.63
15.95
16.91 17.06 17.54 18.15 20.39
Dibenzo(
Benzo(a)pireno
Benzo(k)fluoranteno
Permetrina (Trans)Permetrina (cis)
Mirex
GuthionZoolona
Metoxicloro
EIBenzo(a)antraceno
DDTDieldrin
Pireno
Fluoranteno
ParationAldrin
MalationHeptacloroMetil Paration
Antraceno
Fenantreno
DibenzotiofenoLindano
Fluoreno
Diebnzofurano
Acenafteno
Acenaftileno
Bifenilo
Naftaleno
IndenoEstándares
4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
1100000
1200000
1300000
1400000
Time-->
Abundance
TIC: H374.D
3.31
4.20
5.17
6.76
7.61 8.21
8.91
9.30
9.89
10.09
11.05
11.91
14.68
17.00 17.58
18.50
19.49
19.94
20.31
20.85
21.32
21.77
22.37 23.29
Arroyo Lagarto SCANMuestra
VENTAJAS DE CGALTA VELOCIDAD, ALTA SENSIBILIDAD
1 2 3 4
Metil Paratión3pg
Malatión3pg
Etion3pg
Minutos
CG CUANTITATIVA
Componente Conc. Determinado ErrorPeso Real por CG (%) ± 1 SD Relativo
n-C-10 11.66 11.54 ± .02 0.1%
n-C-11 16.94 16.91 ± .02 0.2%
n-C-12 33.14 33.17 ± .02 0.1%
n-C-13 38.26 38.38 ± .03 0.3%
LIMITACIONES DE GC• La muestra debe ser volátil
• Las muestras “sucias” requieren limpieza
• Se debe usar otro instrumento (ej EM) para confirmar la identidad
• Se requiere de entrenamiento/experiencia
MUESTRAS PARA CG
•Gases, líquidos o sólidos
•Peso Molecular entre 2 a ~ 800
•Orgánico o Inorgánico
•¡La muestra debe ser volátil!
ANÁLISIS CUALITATIVO
Comparar los tR de estándares y desconocidos
Señal
Tiempo
tR
ANÁLISIS CUALITATIVO
estándarest r (MEK)
MetanolMEK
Tolueno
Desconocido=?tr (x)
Conclusión (x) = MEK
(x)
CG/ ESPECTRÓMETRO DE MASAS
ANÁLISIS CUANTITATIVO
Área dePico: A
Alturade Pico: h
Tiempo
TÉRMINOS CG - - TIEMPO DE RETENCIÓN
tr = Tiempo de retenciónto = Tiempo “muerto” t‘r = tr – to = Tiempo de Retención Ajustado
EFICIENCIA–PLATOS TEÓRICOS, N
tr
Inyección
Wh
Wb
• Platos teóricos :
N16 tRwb
2
5.545 tRwh
2
to
t’r
ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO TEÓRICO - - HETP
L = LARGO DE LA COLUMNA
N = NÚMERO DE PLATOS TEÓRICOS
HETP H L c
N
FACTOR DE RETENCIÓN(FACTOR DE CAPACIDAD)
•
0 1 2 3 4Tiempo (mins)
Solvente
k=1
k=2
k=3
to=1 t’r=1
otrtk''
K en el intervalo de 2 a 20•Nota: k inversamente proporcional a la temp.
FACTOR DE SEPARACIÓN SELECTIVIDAD
Inyección
to
t'r(A)
t'r(B)
Soluto A Soluto B
TIEMPO
t’r(A) =
t’r(B) k(B)
k(A)
=
RESOLUCIÓN:CAPACIDAD, SELECTIVIDAD Y EFICIENCIA
)(2
)2()1( bbs
WWtR
t
Wb(1) Wb(2)
PICOS CONDIFERENTE RESOLUCIÓN
R = 0.70 R = 1.5 R = 2.0
EFECTO DE N, y SOBRE R
REFERENCIA
AUMENTO DE LA EFICIENCIA (>N)MISMA SELECTIVIDAD (
MAYOR R
AUMENTO DE SELECTIVIDAD (>)MISMA EFICIENCIA (N)
MAYOR R
ECUACIÓN MAESTRA DE LA RESOLUCIÓN
•LA RESOLUCIÓN (RS) ES UNA FUNCIÓN DE TRES FACTORES
CAPACIDAD SELECTIVIDAD EFICIENCIA
41
1N
kkRs
︶βK+︵1 t t
F1 t ; L t
o R
R R
1. RELACIONES FUNDAMENTALESGC
tR el tiempo de retención queda definido por el largo de la columna (L) y el flujo (F). También se define por la solubilidad o adsorción del analito en la fase estacionaria.
2. EFICIENCIA DE LA COLUMNA, N
Ecuaciones de van Deemter (Golay).
N R
)d D.I., F,(NLN
S
f
f
3. TEMPERATURA DE LA COLUMNA
• N puede incrementarse con pequeños incrementos de temperatura.• k casi siempre decrece.• por lo general también decrece.• La Resolución puede subir pero usualmente decrece a altas temperaturas.
4. RELACIONES FUNDAMENTALES
columnala deDIdelinfluencia Pocalineal velocidad misma la Asume
; F psi t1 psi L psiR
Caída de presión (psi) – Solo se trata la columna que es la mayor fuente de resistencia al flujo.
5. LARGO DE LA COLUMNA (L)
(L) k (L) f α
L N L psi L tR
Columnas capilares de 10 a 100 metros.
6. FLUJO VOLUMÉTRICO (F)
Golay deecuación ver (F) f complicada N
(F) f
(F) f k t1 F psi FR
7. DIÁMETRO INTERNO ID
(D.I.) f = Ny R
(D.I.) t (D.I.) F (D.I.) f k (D.I.) f α
S
R
2
Asume que la columna tiene el mismo L, df y química.
CROMATOGRAFÍATEORIA
Teoria de la Cromatografía
• Existen dos modelos para explicar la cromatografía
• Teoría de platos – viejo– Desarrollado por Martin y Singe 1941
• Modelo cinético – actual– Desarrollado por Van Deempter 1956– Explica los procesos dinámicos de separación
•Destilación fraccionada en la cual se repite el ciclo de vaporización y condensación sucesivamente,
•Plato teórico el número de ciclos eficaces de vaporización y condensación en una destilación fraccionada.
Destilación Fraccionada
En cada plato se establece un equilibrio entre la fase líquida y el vapor. Lo que depende de la composición de la mezcla en cada plato
Cromatografía: Constante de Distribución (recomendado por la IUPAC)
(antes: Coeficiente de Partición)
Cromatografía: Constante de Distribución (recomendado por la IUPAC)
(antes: Coeficiente de Partición)
ccK
M
Sc estacionaria
móvil
A móvil ↔ A estacionaria
K ~ Constante Cromatografía linear
>>>K >>> Retención en la fase estacionaria Tiempos de Retención
¿Como manipular K?
CS = nS/VS, CM = nM/VM
Cromatografía Tiempos de RetenciónCromatografía Tiempos de Retención
tM = Tiempo de Retención fase móvil (tiempo muerto)tR = Tiempo de Retención del analito (soluto)tS = Tiempo en la fase estacionaria (Tiempo de Retención adjustado)L = largo de la columna
Cromatografía: VelocidadesRelación lineal de migración del soluto!
Cromatografía: VelocidadesRelación lineal de migración del soluto!
M
R
tLtLv
Velocidad = distancia/Tiempo largo de Columna/ Tiempos Retención
Velocidad del soluto:
Velocidad de la fase móvil :
Cromatografía Velocidad/Retención, Tiempo y Kc
Cromatografía Velocidad/Retención, Tiempo y Kc
SSMM
MMVcVc
Vcv
soluto de totales molesmóvil fase en soluto de molesv
móvil fase en tiempo de fracción v
Cromatografía Relaciones de Velocidad
Cromatografía Relaciones de Velocidad
MS
M
S
MMSS
SSMM
MM
V/VK11v
ónDistribuci de Constante ccK
Vc/Vc11v
VcVcVcv
Cromatografía Factor de Retención : ¿ya casi?
Cromatografía Factor de Retención : ¿ya casi?
M
MRA
AMR
A
MSAA
MS
tttk
k11
tL
tL
k11v
Retención) de (Factor V/VKkV/VK1
1v
Tiempo de retención ajustado
Cromatografía Factor de Selectividad : ¿los podemos separar?
Cromatografía Factor de Selectividad : ¿los podemos separar?
MAR
MBR
M
MBRB
M
MARA
A
B
A
B
t)t(t)t(
tt)t(ky
tt)t(k
kkKK
B se retiene mas que A >1
Constante de Distribución
Factor de Retención
Tiempo de Retención
Cromatografía Eficiencia de Columna – Platos Teoricos Teoría de
Platos y Velocidades
Cromatografía Eficiencia de Columna – Platos Teoricos Teoría de
Platos y Velocidades
LH
HLN
platos de número Nplato de altura H
2
desviación estándar 2/L varianza por unidad largo.
L = largo del empaque de la columna
Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de
Retención
Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de
Retención
R
R
R
t/L
tL
tiempo en estándar desviación retención de tiempo t
distancia en estándar desviación )(distancia columna la de largo L
Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de
Retención
Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de
Retención
2
22
16
4
4
R
R
R
R
tLW
LH
tLW
WtL
tL
~96% 2Tangent at
Inflection point
Cromatografía Determinación del número de platos
teóricos
Cromatografía Determinación del número de platos
teóricos
2
2/1
R
2R
Wt54.5N
Wt16N
platos de número N
W1/2
Resumen de la Teoría de Platos
• Da cuenta de la forma de los picos y la velocidad de movimiento
• No toma en cuenta el “efecto” de ensanchamiento de banda
• No indica efectos de otros parámetros• No indica como ajustar los parámetros
experimentales
Teoría Cinética
• Ensanchamiento de Banda debida a procesos de transferencia de masa
FORMAS DE PICO• Ideal Ancho Cabeceo Coleo Doblete
TIEMPO
FACTOR DE ASIMETRÍA DE PICO
Factor deAsimetría dePico = BC/BA
Tiempo
10% de altura de pico
A B C
Simetría de la Señal
INFORMACIÓN DEL CROMATOGRAMA
1. POSICIÓN DEL PICO – tR función de K(Termodinámica)
2. ANCHO DE PICO – N, H (Cinética) Responsable de ensanchamiento de banda
3. FORMA DEL PICO– Simétrica o asimétrica
EL TIEMPO DE RETENCIÓN DEPENDE DIRECTAMENTE DEL COEFICIENTE DE
REPARTO
tR = tM + t'R
tR = tM (1 + k')
Recuerda que K = k'
tR = tM (1 + K /)
ENSANCHAMIENTO DE BANDA
1.
2.
3.
HETP H 2 / tR
N 16 tR / Wb 2 tR / 2
H L / N tR / tR / 2 2 / tR
ECUACIÓN DE VAN DEEMTER – 1956(PARA COLUMNAS DE CG EMPACADAS)
HETP = H = A + B / + C
ECUACIONES PARA HETP
COLUMNAS EMPACADAS (VanDeemter - 1956):
COLUMNAS CAPILARES (Golay - 1957):
HABC
HB CS CM
DISPERSIÓN DE PICOt 0
t1
t2
EFECTO MULTICANAL(Difusión de Eddy)
INICIAL CAMA EMPACADA FINAL
1
2
3
1
2
3
lento
rápido
TÉRMINO A
Columnas empacadas Columnas capilares
- Factor de empaque
dp - Diámetro partícula
Tubo abierto -Sin término AA2dp
Usar partículas pequeña o SINpartículas.
DIFUSIÓN LONGITUDINAL(FASE MÓVIL )
t1 t2 t3
TÉRMINO B
- Factor de tortuosidadDg - Coeficiente de difusión de Einstein del soluto en fase gaseosa - Velocidad lineal del gas
FLUJOS RÁPIDOSALTO PESO MOLECULAR DEL GAS
B2Dg
B =2Dg
Columnas empacadas Columnas capilares
TRANSFERENCIA DE MASA LENTA( MÓVIL A ESTACIONARIA )
Moléculas de Soluto
TÉRMINO C TRANSFERENCIA DE MASAcolumnas empacadas
k - factor de capacidaddf - espesor fase líquidaDliq - coeficiente de difusión del soluto en fase líquida
FASES DELGADASBAJA VISCOSIDAD DEL LÍQUIDO
SOPORTES INERTESFLUJOS BAJOS
2
C82
k
1 k dfDliq
k )
TÉRMINO C TRANSFERENCIA DE MASAFase estacionaria - columnas capilares
k – factorde capaciad (retención)df – espesor fase estacionaria
– velocidad lineal del gasDliq – coeficiente de difusión del soluto en la fase líquida
PELÍCULA DELGADABAJA VISCOSIDAD
FLUJOS BAJOS
Cs2 kdf
2
3(12Dliq
k – factor de retención(capacidad)r – radio de la columna
– velocidad lineal del gasDg – Coeficiente de difusión del soluto en fase movil
Transferencia de MasaFase movil – Columnas capilares
DIÁMETRO PEQUEÑO. BAJO PM DEL GAS
k Cm
r2 16k 11 224Dg 1 k 2
k a 102
Cm0.4r
Dg
Fase líquidaSílica Fundida
Término C – Transferencia de MasaCOLUMNAS CAPILARES
Ensanchamiento de bandaColumnas empacadas - Van Deemter:
Columnas capilares - Golay:
H 2dp 2Dgas
82
kk 1
df
2
Dliq
H2Dg
2k df
2
3 1k) 2 Dliq
r2 16k 11k 2 24Dg 1 k
GRÁFICO DE VAN DEEMTER
C
A
B
Velocidad Lineal promedio ()
H A B C
ASUNTOS PRÁCTICOSLARGO DE LA COLUMNA
COLUMNAS LARGAS:Mas platosAnálisis lentoMayor caida de presión
EMPACADAS – HASTA 20 FtCAPILARES –HASTA 100 METROS
N LR N L
tR L
ASUNTOS PRÁCTICOSDIÁMETRO DE LA COLUMNA
• EFECTO DE DIÁMETROS PEQUEÑOS (empacadas):
• - Empacado uniforme • - Menor capacidad de muestra• - Flujos volumétricos bajos• (puede tener alta velocidad lineal)
• CAPILARES DE MENOR DIÁMETRO MAS EFICIENTES (Cm)
ASUNTOS PRÁCTICOSFASE LÍQUIDA
• Naturaleza química determina • Películas gruesas• Número menor de platos (baja transferencia
de masa)• Tiempos de retención largos• - Mayor capacidad • Película delgada para PE altos• Película gruesa para volátiles y gases
COLUMNAS EMPACADAS (MAS N)
• Partículas pequeñas bien empacads• Menor tamaño de muestra• Columnas mas largas• A flujo óptimo• Película delgada de líquido de baja
viscosidad
COLUMNAS CAPILARES (MAS N)
• Diámetro pequeño
• Película delgada y uniforme
• Gas portador H2
• Cantidad de muestra pequeña
• A flujo óptimo
RESUMEN• Tr determinado por el flujo y la termodinámica• El ensanchamiento determinado por:• - Difusión de Eddy (solo empacadas)• - Difusión Molecular• - Transferencia de Masa
• Se pueden definir las condiciones óptimas para una columna.
ECUACIÓN MAESTRA DE LA RESOLUCIÓN
k = Factor de retención = T en FE / T en FM= Factor de separación = Posición del picoN = Número de platos = Eficiencia de la columna
CAPACIDAD SELECTIVIDAD EFICIENCIA
41
1N
kkRs
COMO MEJORAR LA RESOLUCIÓN
t Wb
Mayor eficiencia
Mayor selectividad ( y k)t
Wb
Wb
OPTIMIZACIÓN DE NN = L/H
N si L o H
L bien, pero tR
H
y CMD
1. Flujo óptimo2. Diámetro pequeño3. Película delgada
INTERACCIÓN ENTRE CM y CS
1. CM Controla H para películas delgadas:dƒ 0.1 1.0 m
2. CS Controla H para películas gruesas: dƒ > 2.0 m
3. Tanto CM como CS controlan H:dƒ 1.0 2.0 m
GRÁFICO DE Hu df = 1 m
CM
CS
DS = 3.3 x 10-6 cm2/s9 a 85
Tanto Cm como CS importantes
B
.
H (m
m)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100(cm/s)
GRÁFICO DE Hudf = 0.25 m
H (mm)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
C S Despreciable!!!!!!
CM
BCS
CS <<CM
PELICULAS DELGADAS SOLO CM ES IMPORTANTE
TIPO DE GAS Y DIÁMETRO DE LA COLUMNA ¡ IMPORTANTES !
Hmin 2 BCM rC16k 11k2
3 1k 2
para k H =2rC dC
uopt B
CM 2.1 DM
rC
PELÍCULA DELGADA H dc
dc(mm) H(mm) N/m 100,000 platos
0.10 0.10 10,000 10 m
0.25 0.25 4,000 25 m
0.32 0.32 3,100 32 m
0.53 0.53 1,900 53 m
L para
OPTIMIZACIÓN FACTOR DE CAPACIDAD
2 10k
k
0123
10
00.50.670.750.911.00
1.0RS k
1 l
menor temperatura o fases mas gruesas
¿COMO AUMENTAR k ?
1. Fase 2 veces mas gruesa df; k duplica
2. Bajar Temperatura ~ 25° C; k duplica
3. Escoger otra fase estacionaria,Una con mayor solubilidad
EMPACADA (1) CAPILAR (2) (2m) (25 m)
RS RS 1.2 2.9 12.51.1 1.6 6.81.05 0.8 3.61.02 Otra 1.51.01 Columna 0.8
Otra Columna
o L
EFECTO DE EN LA RESOLUCIÓN
(1) Asume N = 6,000(2) Asume N = 100,000
PLATOS REQUERIDOS PARA RS = 1.0
Nreq16Rs2 1
2; 1.01
16 1 2 1.010.01
2
= 163,216 platos
¿COMO SELECCIONAR COLUMNAS?
1. De película delgada,
2.. Si = 1.01 (Difícil de separar)N = 160,000; si dC =0.10 mm, L = 16 m
0.25 mm, L = 40 m
3. Si = 1.05 (fácil)N = 7,000; si dC = 0.10 mm, L = 0.7 m
0.25 mm, L = 1.8 m0.53 mm, L = 3.7 m
H dc;Rs 1.0
RESUMEN - OPTIMIZAR RS
N delgada, opt ; bajar dC; usar H2
Fase líquida mas polar
k gruesa; menor temperatura
4N
1kk1Rs
EFECTO de N, y K en RS
f()
f(N)
f(k)
N 20000 40000 60000 80000 k 5 10 15 20
RS
4
3
1
2
EFECTO de N, y K en RS
Ecuación de Van Deemter
(1+εp/εe)2 Dm
u2λ dp + qsk
(1+k)2df
2
Dsu+ +
dp2
Dmf(k) u
1. Columnas empacadas
H = A + B/u + (CS + CM)u
λ: factor de empaque de la columna (0.5~1.5)dp: tamaño de las partículas de empaqueεp: porosidad interna de la partículaεe: porosidad entre las partículasDm: coeficiente de disfusión del soluto en la fase móvil. k: factor de capacidad k = K (Vs/Vm)Ds: coeficiente de disfusión del soluto en la fase estacionaria.qs: factor del recubrimiento de la fase estacionaria (2/3 para capa delgada).df: espesor de la fase estacionaria
2. Columnas Capilares—open tubular
2Dm
u2k
3(1+k)2df
2
Dsu+ d2
Dmu
H = B/u + (CS + CM)u
1+6k+11k2
96(1+k)2+
¡sin difusión de eddy!
Hmin = 2*(BC)1/2
uopt = (B/C)1/2
H = B/u + Cu
d2
Dm
1+6k+11k2
96(1+k)2Cm =
2k3(1+k)2
df2
Ds
d2
Dm
1+6k+11k2
96(1+k)2+CS + CM =
H = B/u + (CS + CM)uEl cociente de los valores de CS y Cm contribuye al término de resistencia a la transferencia de masa y se determina por la relación de fases.
(Vm/Vs) = d/4df , cuando, d>>df
Hmin = 2*(BC)1/2
uopt = (B/C)1/2
El Efecto del Gas Portador
H = B/u + (CS + CM)uDAB =
1.00 x 10-3 T1.75
P[(sum vi)A1/2 + (sum vi)B
1/2] ( )
MWA
1MWB
1
DAB = kT/(6πηBrA)
gas
líquido
2Dm
u2k
3(1+k)2df
2
Dsu+ d2
Dmu
H = B/u + (CS + CM)u
1+6k+11k2
96(1+k)2+
T
u
df
d
k
Parámetros que afectan H
HPLC - ECUACIÓN VANDEEMTER (Modificada)
HETP H A Bu CS CM u
4 fuentes independientes de ensanchamiento de banda
Minimiza cada término, Minimiza“H”, Maximiza Eficiencia
HPLC – DIFUSIÓN de EDDY
A = 2dp
La clave son partículas pequeñas, empacadas eficientemente.
usualmente 10 y 5 micras
existen de 3 micras
HPLC – DIFUSIÓNLONGITUDINAL
Un factor muy pequeño en HPLC
La difusión en líquidos despreciable
B / v 2D mobile
v
HPLC TRANSFERENCIA DE MASA –
FASE ESTACIONARIA
Q = Factor de ConfiguraciónR = Constante; f (K )df = Espesor de fase estacionariaD stat = Coef. difusión en fase estacionariav = velocidad de flujo (cm / sec )
Clave: película delgada
Csv QRDf
2vD stat
HPLCTRANSFERENCIA DE MASA –
FASE ESTACIONARIA
w = Coeficiente de Columnadp = Diámetro de partículav = Velocidad de flujo (cm / seg )D mov.= Coeficiente de difusión en
fase móvil
Clave: partículas pequeñas
Cmv wdp2vD mobile
ECUACIÓN DE VAN DEEMTER DETALLADA
H 2dp 2Dmv
QRdf2v
Ds dp2v
Dm
TAMAÑO DE MUESTRA• Cada columna tiene una capacidad limitada; si se excede
ese límite y tR disminuye, la forma de pico empeora.• Solución – diluya la muestra 1/10 y re-analice.• Todos los resultados cromatográficos pueden cambiar.
100 mg25 mg
5 mg
1 mg
Eficiencia de la Columna Variables Cinéticas
Ensanchamiento de BandaVelocidad de Flujo de la Fase Móvil
Cromatografía de Líquidos Cromatografía de gases
Vea las diferencias en Flujo y Altura de Plato Teórico
¿Porqué la CG normalmente tiene altos H, pero también alta eficiencia?
1
2
CROMATOGRAFÍA DE GASES
(UNA TÉCNICA DE SEPARACIÓN)
Cromatógrafo
Cromatograma
3
ESQUEMA DE UN CROMATÓGRAFO
ReguladorDos Pasos
Cilindro deGas
GasPortador
Puertode inyección
Columna
Detector
Registrador
4
REQUISITOS DEL GAS PORTADOR
1. Puro (seco)
2. Inerte3. Compatible con el
detector
5
Detector Gas Portador Conductividad HelioTérmica(TC) Ionización de Nitrógeno oFlama (FID) Helio o Hidrógeno Captura de Nitrógeno (muy seco)Electrones (EC) (Libre de Oxígeno)
oArgón, 5% Metano
GASES PORTADORESPREFERIDOS
6
EFECTO DEL FLUJO SOBRE LA EFICIENCIA
RegionEficienciade la
Columna
Flujo
Máxima Eficiencia
FlujoÓptimo
7
8
Comparación de gases portadores
9
JERINGA ANALÍTICA
Refuerzo del émbolo
Guía de protección del émbolo barril
Aguja
10
JERINGAS ANALÍTICAS
11
TAMAÑOS DE MUESTRA TÍPICOS
Tipo de columna Líquido(l) Gas (ml)1/4" Empacada 1-10 1-51/8" Empacada 0.1-2 0.1-1.00.25mm 0.01-1.0 0.1
Capilar con Splitter
Las cantidades dependen del tipo de columna, detector y objetivo del análisis
12
1. Columna empacada - A) vaporización Flash B) On-Column
2. Introductores capilares
3. Válvula de muestreo de gases
INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS
SplitSplitless tipo GrobDirecta
13
Split y Splitless
SplitVaporiza y elimina la mayor parte de la
muestra al venteo
SplitlessVaporiza y transfiere la mayor parte de la
muestra a la columna; usa “cold trapping” y efecto de solvente para enfocar la banda
Se usa el mismo inyector
14
Inyector “SPLIT-SPLITLESS”
Modo Split• Se usa para muestras
concentradas ppm y más• Inyector caliente;
vaporiza la muestra• Mezclado con gas
portador• Usa válvula de purga para
dividir (split) la muestra•La relación de split crítica
• Poner una fracción de la muestra en la columna
15
Inyección SPLIT
Alta temperaturaVelocidad lineal altaTransferencia rápidaLa mayor parte de la
muestra se pierdeRelación de Split muy
importanteGeometría del “Liner”
16
Determinación clásica del Split
Mida el flujo de la columna a partir de tmFc = r2L/tm
Mida el flujo de la purga FsSplit Ratio = Fs / Fc
¿Cuales son los problemas con estas mediciones?¿Realmente sabemos cuanto inyectamos?¿Realmente importa saber el volumen inyectado?
17
Determinación moderna del Split
Los sistemas EPC miden presión y flujosEl flujo en la columna se calcula de las
condiciones del inyector y las dimensiones de la columna
El flujo de purga se ajusta al valor deseado
18
Ecuaciones de Flujo
19
Ventajas inyectores Split
Tamaño de muestra reducido (bandas estrechas)
Flujo rápido en el inyector (bandas estrechas)
Muestras sucias OKSimple de operar (CG isotérmica)Inyecta muestras “limpias” Excelente acoplamiento
20
Desventajas inyectores Split
División no linealSe pierden altos pesos moleculares
Degradación Térmica Las superficies metálicas calientes promueven
reacciones
Discriminación en la jeringa calienteAnálisis limitados
Detección de ppm con FID
21
Técnicas de Inyección Split
• Jeringa llena• Jeringa fria• Jeringa caliente• Barrido con disolvente
22
Técnicas de Inyección
23
Discriminación en Split
24
Resumen – Inyector SplitSimpleTécnica de vaporización en caliente
Discriminación en inyección (usar automuestreadores)
Discriminación del liner Usar lana de vidrio (desactivada)Geometría del liner crítica
Mejor para muestras concentradas o purasppm´s o más
25
Inyector “SPLIT-SPLITLESS”
Modo Splitless• Se vaporizar la muestra
en el inyector caliente• Se mantiene cerrada la
válvula de split por unos cuantos segundos
• Se abre la válvula con el split seleccionado 10:1 a 200:1
• Con ello se logra ingresar una mayor cantidad de muestra a la columna y se elimina el disolvente
26
Inyector SplitlessSe inyecta la muestra en caliente y sin purga95% de la muestra entra a la columnaMismo “hardware” que en split excepto el
linerMas variables
disolvente, tiempo splitless, temperatura de columna
Se abre la válvula de purga después de un tiempo corto
Mas sensibilidad
27
INYECCIÓN SPLITLESS
Alta temperaturaBaja velocidad linealTransferencia lentaMuestra + Solvente a la
columnaMuchos factores
importantes
28
Tipos de “liners”
29
Etapas Inyección SplitlessVálvula de purga cerrada; columna fríaSe inyecta la muestra
La inyección rápida del automuestreador mejor
El flujo en el inyector es lento; transferencia lenta a la columna fría
Después de 30-60 seg, se abre la válvula de purga- limpieza del inyector
Se usa programación de temperatura
30
ENSANCHAMIENTO DE BANDA
TiempoEspacio (efecto del
solvente)Enfoque térmico
Grob, K., Split and Splitless Injection in Capillary GC, Huthig, 1993, pp. 19-29, 322-36.
Tiempo
Espacio
Enfoque
31
Mecanismos de Enfoque de Banda
Inyecciones Splitless involucran una transferencia lenta a la columna ---> los primeros picos son anchos
Se requiere enfoqueTrampa fría
Efecto de solvente
32
Inyector “Cool on Column”
La temperatura inicial de la columna es lo suficientemente baja como para “congelar” los analitos en la columna.
33
INYECTOR “ON-COLUMN”
Remplace frecuentemente el septum(~ 50 inyecciones)
AgujaJeringa
ColumnaGas portador
SeptumLana de vidrio
BloqueCaliente
0.35 mm< 0,25 mm
34
TEMPERATURA INICIAL
40oC 20oC0oC
-20oC -40oChexano, heptano500 ppb10 min extracciónFibra: PDMS 100 mLinermmoCPinj: 1 bar(g)
35
Efecto de Solvente
El solvente se re-condensa en la columna
Un tapón de líquidoEmpezar con la columna de 30-50°C por
abajo del punto de ebullición del solvente
36
Efecto de Solvente
37
Efecto de Solvente
Re-enfoca compuestos moderadamente volátiles cerca de la entrada de la columna
Se requiere que el disolvente “moje” la fase estacionaria
Uso de disolventes no polares con fases estacionarias no polares, etc.
38
TEMPERATURA INICIAL DE LA COLUMNA Y EFECTO DE SOLVENTE
0 20TIEMPO (min)
0 20TIEMPO (min)
40oC 60oC
Solvente: CIclohexano (pe 81oC), Muestra: hidrocarburos 10ppm
39
INYECCIÓN DIRECTA CAPILAR
Sólo con películas gruesas o megaboroEl propósito simplicidad y grandes
cantidades de muestraLa banda de soluto debe re-enfocarse
(temp)
40
TEMPERATURA DEL INYECTOR REAL
Valor 350oC
Distancia del septum(mm)
Temperatura del Gas Portador (oC)
Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, 1991, p. 42.
41
TEMPERATURA DEL INYECTOR CROMATOGRAMAS
70000
40000
250oC
100oC
1. octano2. decano3. tridecano4. tetradecano5. pentadecano
HP 5890-5972Pinj = 5.0 psiHP5 30m x 0.25mmx 0.25 mmTransfer: 280oC
1
2
3 4 5
TP: 40oC inicial, 1 min, 10oC/min
42
PRESIÓN DE ENTRADA
La velocidad lineal del gas se incrementaInyector
Columna
Incrementa temperatura de punto de ebullición del analito
43
PULSO DE PRESIÓNIncrementa la presión solo durante la inyección
Tiempo (min)
Presión(kPa)
50
150
0.75
Tiempo de Purga “ON”
20
44
PULSO DE PRESIÓN
sin Pulso
pulso de 15 psi
12
3 4 5 1. octane2. decano3. tridecano4. tetradecano5. pentadecano
HP 5890-5972Pinj = 5.0 psiHP5 30m x 0.25mmx 0.25 mmTransfer: 280oC
Presión incrementada a 15 psig durante el periodo splitlessTP: 80oC inctial, 1 min, 10oC/min
20000
40000
45
OPTIMIZACIÓNINYECCIÓN SPLITLESS
Puede ser difícilMinimizar el tiempo de transporte (alta velocidad
lineal)Maximizar enfoque térmico (baja temperatura
inicial de la columna)Maximizar “efecto de solvente” (baja temperatura
inicial de la columna)La naturaleza química sigue siendo un factor
46
REFERENCIAS
Grob, K. Split and Splitless Injection in Capillary GC, 3rd. Edition, Wiley, 1995.
Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, 1991.
Stafford, S.S., Electronic Pressure Control in Gas Chromatography, Hewlett Packard, 1993.
http://www.gerstelus.com - A primer on GC injection techniques
47
VÁLVULA DE MUESTREO DE GASES
Gas Portador
A la columna
Muestra
Posición de carga Posición de Inyección
A la columna
Loop deMuestra
Gas Portador
48
COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS
Soporte SólidoFase Líquida
1/8" ODColumna empacada
0.25 mm IDCapilar o
WCOT
49
COLUMNA DE CG (EMPACADA)
FASE MÓVIL(Gas acarreador)
FASE ESTACIONARIA
50
COLUMNA EMPACADA
GasPortador
Acero InoxidableFase Estacionaria
Fase líquida Soporte Sólido
(5 o10% en peso)
La separación depende de la distribución de las moléculas entre el gas y la fase líquida
51
COLUMNAS EMPACADAS -REVISIÓN
Largo 3,6 o 12 Ft1/4 y 1/8 pulgada de D.E.Acero Inox. o vidrioFáciles de fabricar y usarUna gran variedad de fases líquidas Un número modesto de platos
(8000 Máximo)
52
COLUMNAS CAPILARES(WCOT-WALL COATED OPEN TUBULAR)
DI's 100, 250,320, 530 m
TuboSilica Fundida
Fase Líquida0.2 - 5 m
53
SCOTSupport Coated
Open Tube
PLOTPorous LayerOpen Tube
WCOTWall CoatedOpen Tube
polyimide coating
stationaryphase
fused silicacapillary
Packed Columns
Length: <2m
Diameter: 1/8” & ¼” OD
Capillary Columns
Length: 10m to 100m
Diameter: 180um, 250um, 320um & 530um I.d
54
55
CAPILARES/ OPEN TUBULAR COLUMN
Columna Capilarde 100 Metros
Tubo
Abierto(Sin empaque)
56
WCOT- WALL COATED OPEN TUBULAR
Tubo de sílica fundida
Fase estacionaria
57
WCOT-MEJOR RESOLUCIÓN
Espesor de película: 0.1 a 5.0 m
ID: 0.10, 0.25, 0.32, 0.53 mm
Largo: 10 a 100 metros
58
OTROS TIPOS DE COLUMNAS CAPILARES
Fase Líquida
Soporte
SCOTNO DISPONIBLE EN SÍLICA FUNDIDA
Adsorbente Poroso
PLOTMOLECULAR SIEVE,ALUMINA, PORAPAK Q
59
Alta fuerza tensil
Flexible
Recubrimiento de poliimida
Muy inertes
COLUNAS DE SÍLICA FUNDIDA
60
Capilares vs Empacadas
Largo 60 metros 2 metros
Platos Teóricos 3,000-5,000 2000(N/m)
Número Total 180-300 K 4000Largo x N/m
CAPILAR EMPACADA
61
PACKED COLUMN -- ECD
0 60minutos
RAROCHLOR 1260ISOTHERMAL @ 210° C1500 THEORETICAL
PLATES
62
COLUMNA CAPILAR
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
4500000
5000000
5500000
6000000
6500000
Time-->
Abundance
TIC: M3.D
2.34
3.02
3.45 3.89 5.42
7.24
7.44
8.17 8.84 10.01 10.55
10.68
10.89
11.09
11.73 13.27
14.45
14.64
15.28 15.73 17.32 17.62 17.87 17.99
18.54 19.09 19.19 19.51 19.59
20.42
20.80
20.91
21.80
22.03 22.10 22.53
22.62
22.79
22.94
23.21 23.32
23.83
24.01
24.16
24.47
24.73
25.06
25.40 25.64
26.16
Cromatograma de Propóleo Fluído
63
PARÁMETROS IMPORTANTES
1) Diámetro interno
2) Largo
Fase estacionaria:
3) Espesor de película4) Composición
5) Flujo
64
DIÁMETRO DE LA COLUMNADIAMETRO INTERNO RESOLUCIÓN TIEMPO CAPACIDAD FACIL
100 m
250 m320 m
530 m
MuyBuena
MuyBuena
Razonable
Buena Buena Buena Buena
Razonable Buena MuyBuena
MuyBuena
Razonable
65
COLUMNAS CAPILARES DE 100 µm I.D.
• Alta velocidad
• Mejor resolución (500,000 platos en50m)
• Poco sangrado• Equipos de GC capilares
66
LARGO DE LA COLUMNA
N
LR
Lt
L
R
67
LARGO DE LA COLUMNALARGO DE LA COLUMNA RESOLUCIÓN TIEMPO
Larga
(60-100 M)Alta Lento
Corta(5-10 M)
Media
(25-30 M)
Moderada Rápida
Intermedio/Bueno para comenzar
68
ESPESOR DE LA FASE ESTACIONARIA
0.25 m
• 0.25m – USO GENERAL
• INTERMEDIA ENTRE RESOLUCIÓN Y CAPACIDAD
• TEMPERATURAS PRÁCTICAS CON POCO SANGRADO
• SE PUEDEN OPTIMIZAR PARA TIEMPO Y RESOLUCIÓN
69
PELÍCULAS GRUESAS- FASE ESTACIONARIA
1.0 m
VENTAJAS• LOS VOLÁTILES SE RETIENEN MAS• AUMENTO DE LA CAPACIDAD PARA
GC/MS, GC/IRDESVENTAJAS• MENOS EFICIENTE• SE REQUIERE DE TEMPERATURAS
ALTAS -- RUIDO
• MAYOR SANGRADO
70
GAS NATURALCOLUMNA: 50M X 320 m WCOT CP-Sil 8 CBESPESOR: 5 mTEMPERATURA: 40 C (1 min); 40° C to 200° C, 5°C/min
1. metano2. etano3. propano4. n-butano||||14. benceno
o
71
PELÍCULAS DELGADAS- FASE ESTACIONARIA
0.2 m
VENTAJAS• MAYOR EFICIENCIA• MENOR TEMP. DE ELUCIÓN
(Menos sangrado)• ANÁLISIS RÁPIDOS
DESVENTAJAS• MENOR CAPACIDAD• LIMITACIONES ANÁLISIS DE TRAZAS
72
PELÍCULA DELGADA/ALTA RESOLUCIÓN
COLUMNA: 10 M x 200 m ID0.2 m film OV-101
GAS: He, 40 cm/secMUESTRA: 1.5 l, split 200:1
REFRESCANTE DEL AMBIENTE
73
REQUISITOS DE LAS FASES ESTACIONARIAS
• ALTA SELECTIVIDAD
• BAJO SANGRADO – ESTABILIDAD A ALTA TEMPERATURA
• REPRODUCIBILIDAD – ESTABILIDAD QUÍMICA CON EL TIEMPO
74
FASES ESTACIONARIASTIPOS MÁS COMUNES
OV-17OV-1
CH3
( Si-O )n
CH 3
( Si-O )n
CH 3FASE DE GOMA DE POLISILOXANO LAS MAS ÚTILES(TÉRMICAMENTE ESTABLE): OV-1, SE-30, SE-52, SE-54,OV-17, OV-1701, OV-225
75
FASES ESTACIONARIAS
TIPOS MÁS COMUNES
( O-CH -CH )22 n
CARBOWAX
FASES DE POLIETILENGLICOL VIDA LIMITADA(CARBOWAX 20M, SUPEROX 20M) R
76
FASES ENTRECRUZADAS
Si
O
O
O
Si
Si
Si
O
O
O
Si
Si
Si
TUBOEntrecruzado
Cadena
•MAS ESTABLESSE PUEDEN LAVAR CON SOLVENTES
•TIEMPOS DE VIDA MÁS LARGOS
77
CURVAS DE GOLAY PARA N2, H2, He
78
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
TUBO ABIERTO
POCA FASE LÍQUIDA(~ 10 mg)EN TUBO DE D.I. PEQUEÑO
VENTAJAS LIMITACIONES
NINGUNA
• FLUJOS BAJOS
• CONECTORES ESPECIALES
• MUESTRA PEQUEÑA
• BAJA CAIDA DE PRESIÓN
• MAYOR LARGO• MAS PLATOS
• MÁS EFICIENTE• TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO• RÁPIDOS
79
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
VENTAJAS LIMITACIONES
GENERAL
• CARAS
• EQUIPOS ESPECIALES
•SEPARACIONES IMPOSIBLES CON EMPACADAS
•RÁPIDAS Y MEJOR RESOLUCIÓN
80
GUIAS PARA SELECCIÓN DE COLUMNAS
ESPESORPELÍCULA(m)
DIÁMETROINTERNO (m)
LARGO M)
PLATOS(K)
FLUJO
ALTARESOLUCIÓN
TIEMPO MAS CAPACIDAD
0.25 0.25 1.0-5.0
250 100 530
25-50 5-10 15-30
90-180 10-20 15-45
BAJO ALTO(Hidrógeno)
MODERADA
81
PRESIÓN EN LA COLUMNA (psi, He o H2)
Largo (m) Columna D.I. (mm)______________ _______________________________________________
0.20 0.25 0.32 0.5310 12 6 3 225 30 12 8 450 60 24 15 8
82
GRÁFICOS DE GOLAY
HETP
Velocidad Lineal (cm/seg)
Columna empacada
Capilar Gruesa
Capilar Delgada
83
COLUMNAS CAPILARES
Largo de 5 a 100 metros
100 a 530 m D.I.
Silica fundida (recubrimiento de poliimida )
Separaciones muy eficientes (100,000 platos)
84
85
86
87
88
DETECTORES DE CG
1. Ionización de Flama (FID)
2. Conductividad Térmica (TCD)
3. Captura de Electrones (ECD)
4. Nitrógeno/Fósforo (NPD, Thermionic, TSD)
5. FPD, PID, HECD, MS or MSD
89
DETECTORES DE CG
CONCENTRACIÓN FLUJO DE MASA
Conductividad Térmica(TCD) Ionización de Flama (FID)
Captura de Electrones (ECD) Otros
Masas (MSD) Fotométrico de Flama (FPD)
90
DETECTORES DE CG1. Detector de Ionización de Flama (FID)
2. Detector de Conductividad Térmica (TCD)
3. Detector de Captura de Electrones (ECD)
Muy Sensible ~ 100 ppbAplicable sólo a compuestos orgánicos
Universal-todos los compuestosSensibilidad Moderada ~ 10 ppm
El más sensible ~ 10 ppbMuy Selectivo
91
Detector de Ionización de Flama
FID
92
Ionización de Flama FID
Cantidad Mínima Detectable (CMD)
10-11 a 10-12 g/seg (~50 ppb)
Respuesta Selectivo sólo orgánicos
Linearidad 1 a 106
Estabilidad excelenteGas portador N2 o He
Límite de Temperatura 400°c
93
Detector de Conductividad TérmicaTCD
94
FILAMENTOS PARA TCD
Características:1. Alto coeficiente de temperatura o resistencia2. Inerete en cuanto a oxidación
W WX
95
PUENTE DE WHEATSTONE DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
ajustecero
miliamperimetro
controlcorriente
filamentos3
2
1
4
30VFuente de poder
ARegistrador
* Filamentos de referencia
5
*
*
96
OPTIMIZACIÓN DE SENSIBILIDAD TCD
1. Corriente alta en filamento (vida corta)
2. Filamento con alta resistencia
3. Usar Helio o Hidrógeno como gas portador
4. Filamento caliente y cuerpo frio
97
Heptano300 ma, He
10 ppm n-Hexano
0 5 t (min)
CMD para TCD
98
Conductividad Térmica TC
Cantidad Mínima Detectable (CMD)
10-8 g/seg (~10 a 1 ppm)
Respuesta UniversalLinearidad 1 a 104
Estabilidad buenaGas portador H2 o He
Límite de Temperatura 400°c
99
Detector de Captura
de Electrones
ECD
100
DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES (ECD)
1. Inventado por Lovelock (1961)2. Uno de los más sensibles y selectivos3. Dos desarrolos importantes en los últimos 20 años
– Lámina de Tritio sustituida por Ni63 (alta temp.)
– Polarización por DC remplazada por modulación de pulsos (major linearidad)
4. Empleado en análisis de pesticidas
101
PRINCIPIO DE OPERACIÓN1. Fuente radioactiva -
2. - + N2 2e- + N2
3. 2e- + Móleculas IonesElectronegativas Negativos
Principio de detección – Sin muestra, alta corriente. Cuando pasa la muestra, se capturan los electrones libres por moléculas electronegativas y la corriente disminuye.
+
102
LINEARIDAD DE ECD, PULSADO Y DC
.
103
ANÁLISIS POR ECG
0 2 4 6
0.2 pg Lindano
0.1 pg Heptacloro0.1 pg Aldrin
t (min)0 2 4 6
2. Muestra fortificada1. Blanco
Benceno
t (min)
104
Captura de electrones ECD
Cantidad Mínima Detectable (CMD)
10-14 g/seg (~10 a 1 ppm)
Respuesta Selectivo a compuestos electronegativos
Linearidad 1 a 105
Estabilidad razonableGas portador H2 o He
Límite de Temperatura 325°c
105
Detector de Nitrógeno-
FósforoNPD
106
DETECTOR DE NITRÓGENO/FÓSFORO (NPD)
1. Inventedo por Karmen y Guifreda (1964)2. Específico - fósforo, halogenos, nitrógeno3. El p´rincipio de operación poco claro4. Flama alcalina, termionico, NPD, TSD5. Aplicaciones – residuos de pesticidas (con
nitrógeno o fósforo), drogas, carcinógenos, aminas.
107
MECANISMO DE IONIZACIÓN DE NPD
1. Descripción mecánica:• Sal alcalina calentada por la flama (forma
original, sin embargo poco estable)• Sal alcalina calentada eléctricamente – sin
flama
2. Mecanismo de Ionización• Ionización por superficie caliente (emisión
termiónica)
108
ESQUEMA DE NPD
109
ANÁLISIS DE TRAZAS CON NPD
0 1 2 3 4 5
10-13
6.1 pg Azobeceno
8.3 ng Heptadecano4.1 pg Metil paratión
8.5 pg Malatión
110
Detector de Nitrógeno y Fósforo NPD
Cantidad Mínima Detectable (CMD) 10-11 g/seg (~10 a 1 ppm)
Respuesta Selectivo a compuestos con Nitrógeo o Fósforo
Linearidad 1 a 104
Estabilidad razonableGas portador N2 o He
Límite de Temperatura 300°c
111
Detector de Fotométrico
de FlamaFPD
112
DETECTOR FOTOMÉTRICO DE FLAMA (FPD)
1. Inventado por Brody y Chaney (1966)2. FPD – rico en hidrógeno y poco oxígeno (comparado
con FID rico en oxígeno)3. Emisión de Azufre (S2) - 394 nm4. Emisión de Fósforo (HPO ) - 526 nm5. Filtros ópticos y fotomultiplicador6. Aplicaciones – residuos de pesticidas (conteniendo
fósforo o azufre), contaminantes del aire (sulfuros o SO2)
113
ESQUEMA DE FPD
114
FPD EN MODO S
0 1 2 3 4 5
20 ngMetil paratión0.24 ng S/sec
4000 ngPentadecano810 ng C/sec
20 ngDodecanotiol0.82 ng S/sec
t (min)
115
FPD EN MODO P
0 1 2 3 4 5t (min)
20 ngTributilfosfato0.47 ng P/sec
Metil paratión0.23 ng P/sec
116
Detector Fotómetrico de Flama FPD
Cantidad Mínima Detectable (CMD)
10-11g/seg Fósforo =525nm 10-9 g/seg Azufre =394nm
Respuesta Selectivo a compuestos con Azufre o Fósforo
Linearidad 1 a 104
Estabilidad buenaGas portador N2 o He
Límite de Temperatura 350°c
117
Espectrómetro de Masas
118
CARACTERÍSTICAS 1. Ruido (real señal/ruido)
2. Constante de tiempo
3. Señal
A. Sensibilidad
B. Detectabilidad o CMD
C. Linearidad
D. Universal o Selectivo
119
RUIDO Y DERIVA DEL DETECTORRuido de alta frecuencia
Ruido baja frecuencia
Deriva y ruido de baja frecuencia
120
RUIDO DEL DETECTOR
121
CONSTANTE DE TIEMPO
122
EFECTO DE LA CONSTANTE DE TIEMPO EN LA FORMA DE PICO
0.1 sec0.2 sec
1 sec
2 sec
123
SENSIBILIDAD
CMD: La cantidad de muestra que genera unaseñal 2 veces el nivel de ruido
124
1. Universal (todos los componentes)• Conductividad térmica• Espectrometría de Masas
2. Selectivos (solo ciertos compuestos)• Ionización de Flama (solo orgánicos)• Captura de Electrones (pesticidas,
herbicidas, organometálicos)
RESPUESTA DEL DETECTOR
125
LINEARIDAD DEL DETECTOR
126
LINEARIDAD PARA DETECTORES DE TCD Y FID
127
LINEALIDAD DEL DETECTOR
. Seña
l del
det
ecto
r
Concentración de la muestra
Respuesta lineal máxima
Concentración mínima detectable
128
Comparación de métodos
129
FACTOR DE RESPUESTA
Concentración
PENDIENTE = BD / AB
A B
CPENDIENTE = BC / AB
D
.
Res
pues
ta
130
Comparación de Sensibilidad
131
DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)
DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)
Puerto deInyección
Columna
Sistemade datos
Caliente para VaporizarSPL
Caliente paraMantener Limpio
Caliente paraControlar tRRegistrador
Detector
Gas Portador
132
EFECTO DE LATEMPERATURADE LA COLUMNA
0 4 8 12 16 18 20
0 2 4 6 8 10 0 2 4 6
C - 8
130° CC -12C - 8 C -12
110°
IsómerosOctano
n-C-8 C -10 C -11
75° C
C -12
C
Temperaturas bajas: lentas, pero mejor R
133
CG ISOTÉRMICOTemperatura de la columna constante con
respecto al tiempo.
ISOTÉRMICOTemp.Columna
Tiempo
134
SEPARACIÓN ISOTÉRMICA(Hidrocarburos)
Isotérmico130° C
0 5 10 20 30 90 95 MIN
C7
C8
C10
C9
C11 C12 C13
C14
C15
135
CG CON PROGRAMACIÓN DE TEMPERATURA
TemperaturaColumna
TPGC
4° C / min.
Tiempo
200
150
100
Cambio controlado de la temp. con respecto al tiempo
5 10 20 25 30
136
SEPARACIONES CG CON TPProgramación de temperatura
75-200 Co
MIN0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
C5C7
C8
C9
C10 C11 C12 C13 C14
C15 C16C17
C18 C19C20 C21
137
Presión de Vapor vs. Temperatura
Glanville, J.O., General Chemistry for Engineers. 2001, p353
EtanolAgua
ÁcidoAcético
138
Modelo de Giddings para TPGC
• Velocidad de migración v.p. 1/ T• Regla de Trouton: H/T=23• Velocidad de calentamiento () factor mas
importante• Largo de la columna y velocidad del gas
son factores secundarios
Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962] 569
139
MODELO DE GIDDINGS PARA TPGCEcuación de Clausius-Clapeyron (integrada)
P1, P2 – presión de vapor a T1 y T2
T1 –temp. inicial y T2 final R –constant de los gasesH- calor de vaporización
2*1
12
1
2 *lnTTTT
RH
PP
140
¿Qué temperature, T, es necesaria para duplicar p.v.?
(REGLA DE TROUTON)
Asume que T = 500°K (227°C); R = 1.99
In 2 0.693 HR
T
T1T 2
T 0.693 T TH
* R (0.693)(500)
23(1.99) 302
oC
Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962] 569
HT
23 kcal/mol °K
141
APROXIMACIÓN DE GIDDINGS
•30oC Reduce el tiempo de retención a la mitad aproximadamente.
•Si la temperature de la columna fuese de: 100, 200, 300 oC, la temperatura necesaria sería de 22, 28 y 34oC
142
VELOCIDAD DE MIGRACIÓN COMO f(T)
0.0
0.15
0.10
0.05
85 265Temperatura ° C
tR 1/v.p.
143
APROXIMACIÓN DE FUNCIÓN DE ETAPAS
Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962] 569
0.15
0.10
0.05
0.0
TRIncremento real
Aproximación
85 265Temperatura ° C
TemperaturaInicial
To
Temperatura de Retención
144
MODELO DE MIGRACIÓN DE PICOS
Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962] 569
TrTr -30°Tr - 60°
Tr - 90°
Tr - 120°Tr - 150°
Tr - 180°
Distancia de migración en incrementos de 30° .
Flujo
Ly1/2y1/4y
145
CONCLUSIONES•“La distancia total migrada es la suma de las
distancias migradas en cada etapa, x + ½x + ¼x + 1/8x .., se acerca a 2x como límite.”
•La distancia total migrada es 2 veces la distancia migrada en el último intervalo de 30oC
•Así que el 75 y 88% de toda la migración ocurre en los últimos 2X y 3X incrementos de temperatura
146
TR COMO FUNCIÓN DE To
H. M. McNair- 1986
TR- temperature de retención(oC)
TO (OC) C-16 C-17 C-18
140 209 254 276
160 220 253 276
180 231 254 276
200 234 255 276
147
VENTAJAS DE TPGC
1. Buena herramienta para iniciar.2. Tiempos de análisis mas cortos para
mezclas complejas.3. Separaciones con amplios intervalos de
puntos de ebullición.4. Mejora los límites de detección y la
precisión. 5. Excelente para limpiar la columna.
148
VENTAJAS DE LACG CON TEMPERATURA
PROGRAMADAMuestras que son mezclas complejasAnálisis mas rápidos (más de 20 picos)Mejor definición de compuestos con alto p.e, o
compuestos traza que eluyen tardeDesarrollo de métodos más rápidoMás versátil, Cromatografía Estable
149
INTEGRADOR Y PRINTER/PLOTTER
DetectorCG
A/D Micro -Procesador
Pulsos
PK TIEMPO A% CONC
1 1.87 3.06 2.98
2 2.41 3.50 3.42
3 3.16 4.68 4.59
CROMATOGRAMA REPORTE ESCRITO
1.872.41
3.16
150
Sistema de Datos
PRINTER / PLOTTERFácil de UsarPrecio Moderado
COMPUTADORAFlexible, PoderosaMás Cara
ANÁLISIS CUANTITATIVOS
ANÁLISISCUALITATIVO vs. CUANTITATIVO
1. CUALITATIVO - ¿qué está presente?
• Cromatografía - compare tR 's
• Espectroscopía - MS, IR, UV
2. CUANTITATIVO - ¿Cuánto está presente?
• Altura de pico
• Área de pico
Cafeína
TeofilinaTeobromina
"X"
1. Estándar
2. Desconocido
tR(teofilina) = tR(“X”), entonces, se sugiere que “X” es teofilina.Para confirmación positiva, se debe emplear LC-MS
ANÁLISIS CUALITATIVO
EXACTITUD-META ANALÍTICA• Error absoluto:
Diferencia entre valor medido y el valor verdadero.
• Error relativo (%) :(Error / Valor Verdadero) x 100 = % Error
• Ejemplo:Peso verdadero 50.0 gPeso medido 48.0 gError absoluto 2.0 g% Error ( 2 / 50 ) x 100 = 4 %
PRECISIÓN1. Mide reproducibilidad
2. Depende de la técnica y el técnico
MEDIDA DE LA PRECISIÓN:DESVIACIÓN ESTÁNDAR
S.D. x x
2
n 1
RSD S.D.
x 100Desviación estándar relativa =
Analista X Analista Y10.0 10.212.0 Estadística 10.6 Estadística9.0 n = 5 9.8 n = 511.0 X = 10 10.1 X = 108.0 s = 1.58 9.3 s = 0.48
RSD = 15.8% RSD = 4.8%
COMPONENTES DE EXACTITUD
CALIBRACIÓN + PRECISIÓN = EXACTITUD
1. Esencial calibración con estándares
2. Precisión (reproducibilidad) necesaria para un procedimiento analítico exacto
PROCESO CUANTITATIVO1. Muestreo
2. Preparación de la muestra
3. Cromatografía
4. Integración
5. Cálculos
moler disolver filtrar concentrar
diluir
extraer
derivatizar
1. Objetivo – tomar una pequeña muestra representativa de una población grande
2. Problemas• Contaminación• La muestra no es representativa
MUESTREO
HGR/1997 13
HGR/1997 14
PREPARACIÓN DE MUESTRA1. Se parte de la definición de un problema
analítico
2. Establecimiento de un protocolo de trabajo
3. Muestreo
4. Se lleva a cabo el protocolo con muestras reales (interferencias)
5. Problemas• Pérdida de muestra • Contaminación
CONVERSIÓN DIGITAL–ALTURA DE PICO
hh
h
D
A
B
C
INTEGRACIÓN – ÁREA DE PICO
Area
Más difícil que medir altura de pico, pero está menos influenciado por cambios en la temperatura de la columna o el flujo.
INTEGRADOR DIGITAL ELECTRÓNICO
DETECTOR A / DCONVERTIDOR
MICROPROCESADOR IMPRESORA
REGISTRADOR CINTA
sjhd kahd kjhd kjhd kjhd kjhsd kjhsd kjhs kjhs dkjhs dkjhs dkjhs dkjhs dkjhs dkjhs dkjhs dkjhs aljd lkjsd lkjsd lkjsd lkjs dljad ljadlj sljd aljd lkjsd iou fijgf oujfjd iuzdshda,adh fiehkjhd audddehfjsiu dSj.jfldu oejalkjd lkjs dlkj djs 2163216 321 6312
SISTEMAS DE DATOS
INTEGRADOR. Fácil de usar
. Precio moderado
COMPUTADORA . Flexible/poderosa
. Más caras
1.235
1.235
1.235
1.235
1.235
CÁLCULOS:NORMALIZACIÓN DE ÁREA SIMPLE
1. Cálculos
2. Procedimiento usualmente no válido• Asume que todos los picos responden igual• Asume que la suma de áreas es el 100% de la muestra
Área = 150A 300
B 600C
wgt %A Area A
Total Area100
150150 300 600
100 14.3%
CÁLCULOS: FACTOR DE RESPUESTA
Peso = 10 g 10 g 10 gÁrea = 150 300 600
Los factores de respuesta difieren
CÁLCULOS DEL FACTOR DE RESPUESTA
CÁLCULOS: NORMALIZACIÓN CON CORRECCIÓN DE ÁREA
Area RF Corrected AreaA 150 15 10B 300 30 10C 600 60 10
wgt %A = (10/30) x 100 = 33.3%
CÁLCULOS:ESTÁNDAR EXTERNO
Área
Peso (g)
Desconocido
1. Desarrolla una curva de calibración con estándares, y compara con el desconocido
2. Requiere de una inyección reproducible3. Es más empleado en LC que en GC
SELECCIÓN DEL ESTÁNDAR INTERNO
Requisitos:1. Estándar puro2 Picos bien resueltos3. Nunca presente en la
muestra4. En el mismo nivel de
concentración
Muestra sola
Muestra + ISTD
CÁLCULOS:ESTÁNDAR INTERNO (1)
1. Prepare e inyecte muestras de estándar interno y del analito de interés.
2. Prepare una curva de calibración de los datos cromatográficos, graficando la relación de áreas contra la relación de pesos de analito y estándar interno.
EI = EST. INTERNOA = ANALITO
Muestra 1Muestra 2Muestra 3
Área A / Área IS
Peso A / Peso IS
CÁLCULOS:ESTÁNDAR INTERNO (2)
Desconocido X
1. Añada con precisión el IS a la muestra desconocida2. Cromatografíe la mezcla3. Calcule la relación de áreas4. Determine la relación de pesos de la curva de
calibración5. Encuentre el peso del analito
Peso A / Peso IS
Área A / Área IS
EJEMPLO
Limites de detección y cuantificación Instrumental.
Pesticidas Organoclorados.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
BHC 1.6,...,12ppm p,p-DDT 1.08,...,8.1ppm Mirex 2.28,...,17.1ppm Metoxicloro 1.16,...,8ppm Endrin 2.64,...,19.8ppm Aldrin 2.08,...,15.6ppm Endosulfan 4.48,...,33.6ppm Dieldrin 3.24,..., 24.3ppm
A O
rgan
oclo
rado
/ A E
I
Organoclorado/ EI
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.750.0
0.2
0.4
0.60.8
1.0
1.2
1.41.6
1.8
2.0
2.22.4
2.6
2.83.0
3.2
3.4 Endosulfan 4.48,... ,33.6ppmBHC 1.6,...,12pp m Mirex 2.28,...,17.1ppmMetox icloro 1.16,...,8.7ppm
p,p- DDT 1.08,... ,8.1ppmEndrin 2.64,... ,19.8ppmDieldrin 3 .24,.. .,24.3ppm
Aldrin 2.08,... ,15.6p pmHeptacloro 2.08,...,15.6ppm
A O
rgan
oclo
rado
/ A E
I
Organoclorado/ EI
SCAN SIM
Limites de detección y cuantificación Instrumental.
Pesticidas Organofosforados
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Etion 2.08,...,15.6ppmMalation2.24,...,16.8ppm Co-Ral 3.3,...,9.9ppmParation 2.24,...,16.8ppmDisulfoton 2.08,...,15.6ppmDDVP2.6,...,19.8ppm Zolone 1.64,...,12.3ppm
A o
rgan
ofos
fora
do/ A
EI
Organofosforado/ EI
0.2 0.4 0 .6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2 .4
0.0
0.2
0.4
0.6
0 .8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2 .8
3.0
3.2
3.4
Malation 2.24-16.8ppm DDVP 2.64-19.8ppm Disulfoton 2.08-15.6ppm Metil paration 1.28-9..6ppm Paration 2.24-16.8ppm Etion 2.08-15.6ppm Zolone 1.64-12.3ppm Co-Ral 1.32-9.9ppm
Are
a O
rgan
ofos
fora
do/ A
EI
Organofosforado/EI
SCAN SIM
Porcentaje de recobro (%) de los pesticidas.
Pesticida SCAN SIMDDVP NR 96.74
Metomilo 92.64 93.74Carbofuran 130.7 114.89
BHC 123.17 120.62Disulfoton 109.52 84.8Mparation NR 124.21Heptacloro NR 86.73Carbarilo 126.43 123.47
Aldrin 141.18 115.15Malation 110.61 117.80Paration 118.57 121.12
Endosulfan 124.18 132.19Dieldrin 118.42 117.70Endrin 113.10 114.14Etion 136.20 125.76DDT 107.41 93.10
Metoxicloro 72.31 37.19Zolone NR 131.44Mirex NR 91.28
Co-Ral. 198.57 135.69
Determinación e identificación de pesticidas en fresas.
Procedencia de la muestras
Pesticidas identificados Concentración SCAN(ppm)
Concentración SIM (ppm)
Lote 1; Mercado Xochimilco, origen: desconocido
- o,p-Diclorobenzofenona(dicofol).- Captan.- Triclosan- Endosulfan- Etion- DDT -Metoxicloro
(D) (D) (D) (D) (D) (D)
0.3810.267
0.4490.243
Lote 2; Mercado XochimilcoOrigen, desconocido
-Captan D
Lote 3; Mercado Xochimilco, origen: desconocido
- Malation-Zolone
0.4590.265
NCNC
Lote 4; Mercado Xochimilco, origen: desconocido.
-Malation-DDT-Zolone-Metoxicloro-Etion
0.1330.0770.4680.0860.083
NC0.0650.1040.0300.052
Procedencia de las muestras Pesticidas identificados
ConcentraciónSCAN(ppb)
ConcentraciónSIM (ppb)
Lote 5; Mercado Xochimilco, origen:Desconocido.
- Dimetoato (D)
Lote 6; Central de Abastos, origen: Irapuato Gto.
-Etion (D) 0.066
Lote 7; Central de abastos, origen, Edo. De México
-Etion (D) 0.064
Lote 8; Central de abastos, origen, Zitacuaro Michoacán
- Etion- DDD (DDT)
0.106(D)
0.1010.049
Lote 9; Central de abastos, origen, Baja California
-Etion 0.165 0.065
Lote 10; Central de abastos, origen, Baja California
- Etion- DDD (DDT)
0.165(D)
0.0640.031
Lote 11; Central de abastos, origen, Zamora, Michoacán
-Carbofuran-Metil Paration-Malation-Paration-p,p-Diclorobenzofenona(Dicofol).-Dieldrin-Endrin-Endosulfan y
Endosulfan sulfato-DDD (DDT)-Etion- Rospan
(D)(D)
0.148(D)(D)
NCNC
0.466
0.155NC(D)
0.0960.1260.1590.169
0.1570.0930.312
0.0570.122
Lote 12; Central de abastos, origen,Camalú Baja California
-Etion-DDD (DDT)
(D)(D)
0.1020.050
Lote 13; Central de abastos, origen, Irapuato
-Etion-DDD (DDT)
(D)(D)
0.0880.044
Lote 14; Central de abastos, Origen Baja California
-Etion- DDD (DDT)
(D)(D)
0.0700 035
MetilParabenoConcentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 221.66 220.71 221.97 221.45 0.66 0.3020ppm 406.59 403.28 405.28 405.05 1.67 0.4140ppm 943.52 930.76 945.43 939.90 7.98 0.8560ppm 1467.45 1462.96 1450.67 1460.36 8.69 0.5980ppm 1912.58 1909.08 1934.59 1918.75 13.83 0.72
EtilParabenoConcentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 119.49 120.79 122.33 120.87 1.42 1.1820ppm 224.05 225.49 224.7 224.75 0.72 0.3240ppm 525.07 516.36 524.88 522.10 4.97 0.9560ppm 815.98 813.38 805.49 811.62 5.46 0.6780ppm 1067.23 1063.63 1077.88 1069.58 7.41 0.69
PropilParabenoConcentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 123.7 125.52 126.14 125.12 1.27 1.0120ppm 232.06 231.57 232.23 231.95 0.34 0.1540ppm 540.72 532.23 541.26 538.07 5.06 0.9460ppm 842.46 839.28 829.27 837.00 6.88 0.8280ppm 1095.96 1095.18 1109.84 1100.33 8.25 0.75
Área
Área
Área
Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CVMuestra 1 302.06 302.73 301.57Muestra 2 801.00 799.53 798.59Muestra 3 144.76 141.17 145.87
MetilParabeno Área
Concentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 221.66 220.71 221.9720ppm 406.59 403.28 405.2840ppm 943.52 930.76 945.4360ppm 1467.45 1462.96 1450.6780ppm 1912.58 1909.08 1934.59
EtilParabeno Área
Concentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 119.49 120.79 122.3320ppm 224.05 225.49 224.740ppm 525.07 516.36 524.8860ppm 815.98 813.38 805.4980ppm 1067.23 1063.63 1077.88
PropilParabeno Área
Concentracion Inyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV10ppm 123.7 125.52 126.1420ppm 232.06 231.57 232.2340ppm 540.72 532.23 541.2660ppm 842.46 839.28 829.2780ppm 1095.96 1095.18 1109.84
ÁreaInyección 1 Inyección 2 Inyección 3 Prom Desv std CV
Muestra 1 302.06 302.73 301.57Muestra 2 801.00 799.53 798.59Muestra 3 144.76 141.17 145.87
1
COLUMNAS CAPILARES
2
CAPILARES/ OPEN TUBULAR COLUMN
Columna Capilarde 100 Metros
Tubo
Abierto(Sin empaque)
3
WCOT- WALL COATED OPEN TUBULAR
Tubo de sílica fundida
Fase estacionaria
4
WCOT-MEJOR RESOLUCIÓN
Espesor de película: 0.1 a 5.0 m
ID: 0.10, 0.25, 0.32, 0.53 mm
Largo: 10 a 100 metros
5
OTROS TIPOS DE COLUMNAS CAPILARES
Fase Líquida
Soporte
SCOTNO DISPONIBLE EN SÍLICA FUNDIDA
AdsorbentePoroso
PLOTMOLECULAR SIEVE,ALUMINA, PORAPAK Q
6
Alta fuerza tensil
Flexible
Recubrimiento de poliimida
Muy inertes
COLUNAS DE SÍLICA FUNDIDA
7
Capilares vs Empacadas
Largo 60 metros 2 metros
Platos Teóricos 3,000-5,000 2000(N/m)
Número Total 180-300 K 4000Largo x N/m
CAPILAR EMPACADA
8
PACKED COLUMN -- ECD
0 60minutos
RAROCHLOR 1260ISOTHERMAL @ 210° C1500 THEORETICAL
PLATES
9
COLUMNA CAPILAR
0
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
4500000
5000000
5500000
6000000
6500000
Time-->
Abundance
TIC: M3.D
2.34
3.02
3.45 3.89 5.42
7.24
7.44
8.17 8.84 10.01 10.55
10.68
10.89
11.09
11.73 13.27
14.45
14.64
15.28 15.73 17.32 17.62 17.87 17.99
18.54 19.09 19.19 19.51 19.59
20.42
20.80
20.91
21.80
22.03 22.10 22.53
22.62
22.79
22.94
23.21 23.32
23.83
24.01
24.16
24.47
24.73
25.06
25.40 25.64
26.16
Cromatograma de Propóleo Fluído
10
PARÁMETROS IMPORTANTES
1) Diámetro interno
2) Largo
Fase estacionaria:
3) Espesor de película4) Composición
5) Flujo
11
DIÁMETRO DE LA COLUMNADIAMETRO INTERNO RESOLUCIÓN TIEMPO CAPACIDAD FACIL
100 m
250 m320 m
530 m
MuyBuena
MuyBuena
Razonable
Buena Buena Buena Buena
Razonable Buena MuyBuena
MuyBuena
Razonable
12
COLUMNAS CAPILARES DE 100 µm I.D.
• Alta velocidad
• Mejor resolución (500,000 platos en 50m)• Poco sangrado• Equipos de GC capilares
13
LARGO DE LA COLUMNA
N
LR
Lt
L
R
14
LARGO DE LA COLUMNALARGO DE LA COLUMNA RESOLUCIÓN TIEMPO
Larga
(60-100 M)Alta Lento
Corta(5-10 M)
Media(25-30 M)
Moderada Rápida
Intermedio/Bueno para comenzar
15
ESPESOR DE LA FASE ESTACIONARIA
0.25 m
• 0.25m – USO GENERAL
• INTERMEDIA ENTRE RESOLUCIÓN Y CAPACIDAD
• TEMPERATURAS PRÁCTICAS CON POCO SANGRADO
• SE PUEDEN OPTIMIZAR PARA TIEMPO Y RESOLUCIÓN
16
PELÍCULAS GRUESAS- FASE ESTACIONARIA
1.0 m
VENTAJAS• LOS VOLÁTILES SE RETIENEN MAS• AUMENTO DE LA CAPACIDAD PARA
GC/MS, GC/IRDESVENTAJAS• MENOS EFICIENTE• SE REQUIERE DE TEMPERATURAS
ALTAS -- RUIDO
• MAYOR SANGRADO
17
GAS NATURAL COLUMNA: 50M X 320 m WCOT CP-Sil 8 CBESPESOR: 5 mTEMPERATURA: 40 C (1 min); 40° C to 200° C, 5°C/min
1. metano2. etano3. propano4. n-butano||||14. benceno
o
18
PELÍCULAS DELGADAS- FASE ESTACIONARIA
0.2 m
VENTAJAS• MAYOR EFICIENCIA• MENOR TEMP. DE ELUCIÓN
(Menos sangrado)• ANÁLISIS RÁPIDOS
DESVENTAJAS• MENOR CAPACIDAD• LIMITACIONES ANÁLISIS DE TRAZAS
19
PELÍCULA DELGADA/ALTA RESOLUCIÓN
COLUMNA: 10 M x 200 m ID0.2 m film OV-101
GAS: He, 40 cm/secMUESTRA: 1.5 l, split 200:1
REFRESCANTE DEL AMBIENTE
20
REQUISITOS DE LAS FASES ESTACIONARIAS
• ALTA SELECTIVIDAD
• BAJO SANGRADO – ESTABILIDAD A ALTA TEMPERATURA
• REPRODUCIBILIDAD – ESTABILIDAD QUÍMICA CON EL TIEMPO
21
FASES ESTACIONARIASTIPOS MÁS COMUNES
OV-17OV-1
CH 3
( Si-O )n
CH 3
( Si-O )n
CH 3FASE DE GOMA DE POLISILOXANO LAS MAS ÚTILES(TÉRMICAMENTE ESTABLE): OV-1, SE-30, SE-52, SE-54,OV-17, OV-1701, OV-225
22
FASES ESTACIONARIASTIPOS MÁS COMUNES
( O-CH -CH )22 n
CARBOWAX
FASES DE POLIETILENGLICOL VIDA LIMITADA(CARBOWAX 20M, SUPEROX 20M) R
23
FASES ENTRECRUZADAS
Si
O
O
O
Si
Si
Si
O
O
O
Si
Si
Si
TUBOEntrecruzado
Cadena
•MAS ESTABLESSE PUEDEN LAVAR CON SOLVENTES
•TIEMPOS DE VIDA MÁS LARGOS
24
CURVAS DE GOLAY PARA N2, H2, He
25
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
TUBO ABIERTO
POCA FASE LÍQUIDA(~ 10 mg)EN TUBO DE D.I. PEQUEÑO
VENTAJAS LIMITACIONES
NINGUNA
• FLUJOS BAJOS• CONECTORES
ESPECIALES• MUESTRA
PEQUEÑA
• BAJA CAIDA DE PRESIÓN
• MAYOR LARGO• MAS PLATOS
• MÁS EFICIENTE• TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO• RÁPIDOS
26
RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES
VENTAJAS LIMITACIONES
GENERAL
• CARAS
• EQUIPOS ESPECIALES
•SEPARACIONES IMPOSIBLES CON EMPACADAS
•RÁPIDAS Y MEJOR RESOLUCIÓN
27
GUIAS PARA SELECCIÓN DE COLUMNAS
ESPESORPELÍCULA(m)
DIÁMETROINTERNO (m)
LARGO M)
PLATOS(K)
FLUJO
ALTARESOLUCIÓN
TIEMPO MAS CAPACIDAD
0.25 0.25 1.0-5.0
250 100 530
25-50 5-10 15-30
90-180 10-20 15-45
BAJO ALTO(Hidrógeno)
MODERADA
28
PRESIÓN EN LA COLUMNA (psi, He o H2)
Largo (m) Columna D.I. (mm)______________ _______________________________________________
0.20 0.25 0.32 0.5310 12 6 3 225 30 12 8 450 60 24 15 8
29
GRÁFICOS DE GOLAY
HETP
Velocidad Lineal (cm/seg)
Columna empacada
Capilar Gruesa
Capilar Delgada
SELECCIÓN DE COLUMNAS
• Pregunta a quién sabe• Buscar en la literatura• Experimentar– Buena columna para iniciar
• Columna Empacada – 3m, 2 mm DI, Vidrio, 3%• OV-101, TPGC• Columna Capilar–10 m, 0.25 mm ID, • 0.25 µ DB-1; TPGC 60° a 300° a 20°/min.
100-300° C a 20°/min.
REQUISITOS DE LA FASE LÍQUIDA
Alta solubilidad (razonable k)
Solubilidad diferencial ( alto)
Baja presión de vapor (sangrado)
Baja Viscosidad (transferencia de masa rápida)
EJEMPLOS DE “BUENAS” Y “MALAS” FASES LÍQUIDAS. LAS DOS COLUMNAS TIENEN
MISMA EFICIENCIA (N)SE-30
Mal
athi
on, A
ldrin
,K
elth
ane,
Par
athi
on
Mal
athi
onA
ldrin
Kel
than
e
Pala
thio
n
OV-210
FASES ESTACIONARIAS
(Página del catalogo de Supelco)
GRÁFICO DE SERIES HOMOLGAS
Número de Átomos de Carbono
. .
Log
t' R
6 7 8 9 10
ÍNDICE DE RETENCIÓN DE KOVATS
• n-alcanos como estándares; una sola línea
• 100 x número de carbonos, mediciones más precisas
• Graficar todas las muestras en la línea de n-parafinas; expresar la retención relative a n-alcanos
CALCULO EXPERIMENTAL DE IR DE KOVATS
log t’R
Benceno
C4C5
C7C6
400 500 600 700642
I.R. Kovats
IR-BENCENO EN DIFERENTES FASES LÍQUIDAS
Escualano R.I. = 649DEGS R.I. = 1145
∆ R.I. 1145 - 649 = 496
∆ R.I. Mide la mayor solubilidad de benceno en DEGS o la polaridad de DEGS
CONSTANTES DE McREYNOLDS PARA BENCENO Y n-BUTANOL
Fase líquida X’(Benceno) Y’ (n-Butanol)Squalano 0 0SE-30 16 20Apiezon-L 32 22OV-17 119 158DEGS 496 796
Los números son una medida cuantitativa de el incremento de solubilidad con respecto a n-alcanos.
COMPUESTOS PARA McREYNOLDS
X’ Benceno – Mide atracciones dipolo inducidas (aromáticos y olefinas) Y’ n-Butanol – Mide grupos atractores de electrones (alcoholes, nitrilos, ácidos y halógenos)Z’ 2-Pentanona – Mide grupos repeledores de
electrones (cetonas, eteres, aldehidos y esteres)U’ NitropropanoS’ Piridina Mide capacidad de complejación
ESTRUCTURA SIMILAR (MISMO I.R.)
1. 100% Metil SiliconaOV-1 (Gum) OV-101 (Liquid) SE-30SP-2100, DC-200, E-301, DB-1
2. 50% Metil, 50% Fenil siliconaOV-17, SP-2250, DC-710, DC-704
3. Trifluoropropil siliconaOV-210, OV-202, OV-215 (Gum),SP-2401-, QF-1
4. Ciano siliconasOV-225, SP-2300, Silar 5 CP
5. Carbowax – ácido NitrotereftálicoOV-351, FFAP, SP-1000
FASES LÍQUIDAS ALTA TEMPERATURAFase líquida Temp. (C°)
EmpacadaNo-polar OV-1, SE-30 100 - 350
Dexsil - 300 100 - 400Polar Carbowax 20 M 60 - 225
OV - 17 0 - 300OV - 275 25 - 250
CapilarNo-polar DB1, HP-1 - 60 - 360
DB5, HP-5 - 60 - 360Polar DB 1701 - 20 - 300
DB 210 45 - 260DB WAX 20 - 250
ESCUALANO
CH3 CH3 CH3 CH3| | | |
HC–(CH2 )3–CH–(CH2 )3–CH–(CH2 )4–CH–(CH2 )3–CH–(CH2 )3–CH| | | |
CH3 CH3 CH3 CH3
No-Polar (∆RI = 0)Saturado, Ramificado, Hidrocarburo de C-30;
Para separaciones de hidrocarburos.
0°-125° C
OV-1 o DB-1 o HP-1
CH3 CH3| |
(–Si – 0 – Si – 0)n| |
CH3 CH3
DimetilpolisiloxanoNo-Polar (5%)
La fase más utilizadaTodo tipo de muestras
100° - 350° C
OV-17 o SP-2250
50% Metil, 50% FenilpolysiloxanoSemi-Polar (21%)
Muy utilizadaDrugas, Esteroides, Carbohidratos
0° - 350° C
|(–Si–0)n
|CH3
OV-210 o QF-1 o SP-2401 CH3
|(–Si–0)n
|C2H4
|CF3
TrifluoropropilmetilpolisiloxanoSemi-Polar (36%)
Selectiva para Cetonas, Pesticidas0°C - 275° C
CARBOWAX 20M
Polietilen Glicol Polimérico
Polar (55%)
Usado con compuestos polares
60° - 225° C
OH–(–CH2–CH2–O)n–H
OV-275
Estructura exacta desconocidaDicianoalilsilicona
La fase líquida mas Polar(100%)
25° - 250° C
COLUMNAS EMPACADAS ESPECIALES
1. Amfetaminas–10% Apiezon L, 2% KOH
2. O,M,P Xilenos–5% SP-1200, 5% Bentone 34
3. H2S, SO2, CH3SH (ppm)–12% PPE, 0.5% H3PO4 en 40/60 Teflon; 36 ft. de tubo de Teflon
4. Pesticidas–1.5% OV-27, 1.95% OV-210
5. Amino Ácidos–2% OV-17, 1% OV-210
CROMATOGRAMA EN MALLA MOLECULAR
Gases permanents en columna de 25-m PLOT (malla molecular)
1 5 10
12
3
4
5
6
1 He2 Ne3 Ar4 O25 N26 CH4
SILICA GELSeparación de H2, Aire, CO, CO2
e HidrocarburosCondiciones:
Columna: 18’ x 1/8” Silica GelTemp- Columna: 60° C
1. H22. Aire3. CO4. CH45. Etane6. CO2
0 6 12 18 24 min.
65
4
12
3
CARBOSIEVE• Carbón de alta pureza• Carbosieve G – partículas irregulares
– área superficial = 100 m2/g• Carbosieve S-11 - esférica –
– área superficial = 500 m2/g• Radio de los poros = 5–7Å• Actua como malla molecular• Separa gases permanentes, hidrocarburos
de C1-C3, compuestos de bajo PM (formaldehido, metanol, agua)
• Evitar que se contamine
CARBOPACKS1. Adsorbentes de Carbón Grafitado2. Carbopack B
– Área superficial = 100 m2/g– Partículas de 300Å
3. Carbopack C– Área superficial = 9m2/g– Partículas de 2000Å
4. Superficie no- polar5. Separaciones basadas en geometría espacial y
polaridad6. Separa isómeros
MEZCLA DE DISOVENTES1. Methyl Alcohol 7. Ethyl acetate 13. n-Butyl acetate2. Ethyl alcohol 8. n-Butyl alcohol 14. Toluene3. Acetone 9. Isopropyl Acetate 15. Butyl Celloxolve4. Isopropyl Alcohol 10. Cyclohexanone 16. Cellosolve acetate5. MEK 11. MISK 17. Ethyl benzene6. Isobutyl alcohol 12. Isobutyl acetate 18. m- & p-xylen
19. o-xylene
0 2 4 6 8 10 12 14 16Min.
19
18
17
161513
14
1211
109
8
7
65
43
2
1
PORAPAK Q
Varian Aerograph A-90-P, 1.0 µl, 6’ x 1/4” OD SS, Porapak Q.150-200 malla, 220° C, He 37 cc/min., Detector TC
1. Agua2. Metanol3. Etanol4. Acetona5. Metil Etil Cetona6. Tetrahidrofurano7. p-Dioxano8. Dimetil Formamida
0 6 12 18 14
1
23
45
6
8
7
PORAPAK Q
Varian Aerograph A-90-P, 10’ x 1/8” OD SS, Porapak Q.150-200 malla, 104° C, He 80 cc/min., Detector TC
1. Aire2. Metano3. Dióxido de Carbono4. Etane5. Agua6. Propano
0 4 8 12 16
6
5
4
3
21