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Instrumentación en cromatografía de gases
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presentación
Octubre 2012
Cromatógrafo de Gases
Principales componentes
☯Gas acarreador
☯reguladores de flujo
☯ Puerto de Inyección
☯Columnas
☯Detectores
☯Recolección de datos
Gas acarreador ✔ Fase móvil, es el responsable de transportar a los
compuestos a través de la columna.
✔ Químicamente inerte, puro (>99%), seco
✔ El tipo de gas acarreador depende del tipo de detector a emplear
✔ Los más utilizados son helio, nitrógeno, hidrógeno o una mezcla argón con 5 % de metano.
Inyectores
En el puerto de inyección se lleva a cabo la introducción de la muestra
Con división-sin división
“Split” “Splitless”
Split – para analitos en concentraciones altas
Splitless – para analitos en concentraciones bajas
Se utiliza básicamente para aquellos solutos que son
termolábiles y para los que tienen puntos de ebullición altos.
La inyección se hace directamente en la cabeza de la columna manteniendo la temperatura inferior al punto de ebullición del disolvente.
Aumento brusco de temperatura después de la inyección
“On-column”
Inyección sobre la columna
Columnas
☛Es donde ocurre la separación
☛Columnas empacadas de: cobre, aluminio, acero inoxidable, vidrio
☛Columnas capilares de sílice fundida recubiertas con poliamida.
☛El empaque puede ser un sólido, un líquido o un sólido recubierto por un líquido.
Empacadas o rellenas
✔ columna empacada:
- 2 y 4.6 mm de diámetro interno (DI) y de 1/8
a 1/4 de pulgada de diámetro externo (DO).
- Longitud entre 6 y 20 pies
✔Soporte sólido (diatomeas), partículas porosas uniformes (10mm), libre de óxidos (causan descomposición parcial de la muestra).
✔ Fase estable térmica y químicamente.
✔Superficie grande (1 a 20 m2/g), ejemplo Chromosorb (tierra de diatomeas) (G, P y W).
Columnas Tubulares Abiertas
- P.L.O.T. (Porous layer Open Tubular)
- W.C.O.T. (Wall Coated Open Tubular)
F.S.O.T. (Fused Silica Open Tubular)
S.C.O.T. (Support Coated Open Tubular)
✔Longitud de la Columna
✔Diámetro de la Columna (1/4", 1/8", de diámetro externo)
✔Tamaño de las partículas del empaque
✔Naturaleza de las fases
✔Grosor de fase estacionaria
✔Temperatura de la columna
✔Velocidad del gas portador
✔Cantidad de muestra inyectada
Factores que Afectan la Eficiencia de una Columna
Empacadas vs tubulares abiertas
•SKOOG,D. y LEARY, J. Análisis Instrumental. 4ª Edición. McGraw-Hill. España.1994
Fases estacionarias Polidimetilsiloxano
Polietilenglicol
•SKOOG,Douglas y LEARY,James. Análisis Instrumental. 4ª Edición. McGraw-Hill. España.1994
Detector de Captura de electrones, ECD
Utiliza un emisor beta radioactivo (electrones) para ionizar parte del gas portador y para producir una corriente entre un par de electrodos. Cuando las moléculas orgánicas que contienen grupos funcionales electronegativos, tales como halógenos, fósforo y grupos nitro, pasan por el detector, capturan algunos de los electrones y reducen la corriente medida entre los electrodos.
Detectores
Empleado frecuentemente para compuestos halogenados
Detector de Ionización de Flama (FID)
Consiste de una llama de hidrógeno-aire y una placa colectora. El efluente de la columna pasa a través de la llama, que ioniza las moléculas orgánicas. Los iones se recogen en un electrodo de polarización negativa y producen una señal eléctrica. El FID es extremadamente sensible y es el detector más ampliamente utilizado, su desventaja es que destruye la muestra.
Empleado para hidrocarburos, poco sensible a compuestos muy oxidados
Detector de Azufre-Fósforo, FPD Fotométrico de flama
Adaptado para utilizarse con una flama de un FID. Sensible a compuestos con azúfre (394 nm) y con fósforo (526 nm)
Detector de Conductividad térmica, TCD
Utilizado con columnas empacadas, detecta H2O, CO, CO2 e H2. Mide la conductividad térmica de un analito en un gas acarreador.
La velocidad de pérdida de calor de un cuerpo caliente hacia un cuerpo más frío es proporcional a la conductividad térmica del gas que separa estos cuerpos.
Detector de Nitrógeno Fósforo, NPD
Es básicamente el mismo FID, se le adiciona un metal alcalino (Rubidio o Cesio), por lo que en algún momento se le llamó (AFID) detector de ionización de flama alcalino, también se le ha llamado detector de ionización (TID), detector termoiónico de flama (FTD), detector específico termoiónico (TSD).
Al calentar el material alcalino en la zona de la llama este detector presenta una gran sensibilidad por compuestos que contienen fósforo y nitrógeno.
Detector de Espectrómetría de Masas, MSD
*El espectrómetro de masas
usa la relación masa-carga
(m/z) de moléculas ionizadas.
*Es una técnica muy poderosa
que permite cuantificar,
identificar y da información
acerca de la estructura de
compuestos desconocidos.
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/ms/ms-intro.html
Espectrómetro de Masas Analizadores de masa
Una vez ionizadas las moléculas, pasan al analizador de iones el cual los
transporta hacia el detector: Existen diferentes tipos de analizadores los que
son utilizados de acuerdo a las necesidades: la trampa de iones, el sector
magnético, el tiempo de vuelo, el cuadrupolo, etc.
http://www.chem.vt.edu/chem-ed/ms/ms-intro.html
*La operación general del espectrómetro de masas es:
a) crea iones en fase gaseosa
b) separa los iones en base a su relación (m/z).
c) mide la cantidad de iones de cada relación (m/z).
El cuadrupolo consiste de cuatro cilindros metálicos paralelos, en donde dos de ellos tienen un potencial (U + Vcos(wt)) y los otros dos –(U + Vcos(wt)), lo que le da un rango de frecuencia, los iones con cierta relación (m/z), pasan a través del cuadrupolo, los que no son eliminados.En este sistema se necesita un alto vacío, para el transporte de los iones a través del analizador (10-9 torr).
Características Detectores
Detector Límite de
detección g
Rango lineal Comentarios Tratamiento
soluto
TCD 10-5-10-6 103-104 Detector universal
No destructivo
FID 10-12 106-107 Detector universal
Destructivo
ECD 10-14 102-103 Detector selectivo
No destructivo
FPD 10-13 102 Detector Selectivo S,P
Destructivo
NPD 10-8-10-14 105-107 Detector Selectivo N,P
Destructivo
MSD 10-12 Según tipo detector
Detector universal
Destructivo
Bibliografía
✔ JENNINGS, Walter. Analytical Gas Chromatography. Academic
Press. USA. 1987
✔ McNAIR, Harold M. and BONELLI, Ernest J. Basic Gas
Chromatography. 5th Edition. Varian Aerograph. USA. 1969
✔ SKOOG, Douglas y LEARY, James. Análisis Instrumental. 4ª
Edición. McGraw-Hill. España.1994
✔ WILLARD, H. H.; MERRITT, L. L. and DEAN, J. A. Instrumental
Methods of Analysis. 5th Edition. D. Van Nostrand. USA. 1974.
✔ http://www.chem.vt.edu/chem-ed/ms/ms-intro.html
Instrumentación en cromatografía de gases
M. en C. Omar Amador Muñoz
Octubre 17-21, 2005