Expositores:

PETROQUÍMICA BÁSICA I

CROMATOGRAFÍA DE GASES

CROMATOGRAFÍA DE GASES

“Es la técnica a elegir para la separación de compuestos orgánicos e inorgánicos térmicamente estables y volátiles”

Un cromatógrafo de gases consiste en el acoplamiento de varios módulos básicos ensamblados para:

• Proporcionar un flujo constante de gas portador• Permitir la introducción de vapores de la muestra en la corriente de gas

que fluye• Contener la longitud apropiada de fase estacionaria• Mantener la columna a la temperatura apropiada (o la secuencia del

programa de temperatura)• Detectar los componentes de la muestra a medida que eluyen de la

columna• Proveer una señal legible proporcional en magnitud a la cantidad de cada

componente

Cromatografía de Gases

Cromatografía de Gases

Cromatografía de Gases

Sistema de inyección

El modo estándar es la inyección directa, la muestra es inyectada con una jeringa a través de un septum de goma a un alineador de vidrio donde es vaporizada y transportada por el gas al interior de la columna.

El bloque de inyección, se mantiene a una temperatura tal que permita convertir prácticamente de forma instantánea la muestra líquida en un tapón de vapor.

Existen jeringas especiales para muestras gaseosas. También se puede emplear un lazo o bucle para incorporar las muestras gaseosas al flujo de gas portador

Sistema de inyección

El modo de separación más extendido en la actualidad se basa en el empleo de columnas capilares. Estas columnas requieren muy pequeños volúmenes de muestra.

Esto se logra empleando un inyector que incorpora un divisor de flujo (split). Normalmente se introduce en la columna un 1%

Cuando las sustancias a separar se encuentran a muy bajas concentraciones se realiza inyección sin divisor (splitless)

Espacio de cabeza (Head space)

Se analiza la fase de vapor en equilibrio termodinámico con la muestra en un sistema cerrado.

Para ello se procura un equilibrio estable, mediante el control de la temperatura del vial que contiene la muestra.

Posteriormente, se arrastra la fase vapor al interior del cromatógrafo.

T equilibrioGas portador A la columna

Purga y trampa (Purge and trap)

Es aplicable solo a muestras líquidas.

Consiste en la continua renovación del gas en equilibrio con la muestra, con lo que se consigue el desplazamiento dinámico de los compuestos volátiles de la muestra líquida a la fase gaseosa.

Los vapores se arrastran a una trampa donde quedan retenidos y se van concentrando.

Finalizado el proceso se calienta la trampa y se arrastran los vapores al interior del cromatógrafo.

T

1) Gas portadortrampa

T baja

T

2) Gas portadortrampa

T alta

A la columna

Columnas cromatográficas

Columnas capilares Columnas Empacadas

Columnas cromatográficas capilares

Se construyen con sílice fundida. Los diámetros interiores suelen ser de 200-250 mm.La longitud suele ser superior a los 20 m.Hay dos tipos:

Empacadas con partículas sólidas ocupando el total del diámetro de la columna (micro-empacadas)Tubulares abiertas, con trayectoria para el flujo abierta y sin restricción por el centro de la columna

Columnas cromatográficas empacadasSe construyen con tubo de acero inoxidable, niquel o vidrio.

Los diámetros interiores van de 1,6 a 9 mm.

La longitud suele ser inferior a los 3 m.

Se rellenan de un material adsorbente adecuado a las sustancias que se quiere separar.

Ejemplos de fases estacionarias en cromatografía de gases

Separaciones por punto de ebullición de compuestos en un intervalo amplio de pesos moleculares:

EscualanoPolidimetilsiloxano

Para hidrocarburos insaturados y otros compuestospolidifenildimetilsiloxanopolicarboranometilcianoetilsilicón

Para compuestos nitrogenadospoliamidapolicianoetilmetilsilicon

Para alcoholes, ésteres, cetonas y acetatospolietilenglicolpentaeritritol tetracianoetilado

• Las columnas cromatográficas se enrollan, se sujetan en un soporte y se introducen en el interior de un horno

• El horno debe poderse calentar y enfriar rápidamente

• La temperatura se debe poder programar para poder trabajar en régimen de gradiente

• Muchas aplicaciones y métodos cromatográficos requieren comenzar a temperaturas por debajo de la ambiental

Horno

T1

T2> T1

Horno

Características ideales de un detector para Cromatografía de Gases:   Sensibilidad alta y estable; típicamente 10-8 g soluto/s   Bajo nivel de ruido   Respuesta lineal en un amplio rango dinámico   Tiempo de respuesta corto   Buena respuesta para toda clase de compuestos orgánicos   Insensibilidad a las variaciones del flujo y la temperatura   Estabilidad y robustez   Simplicidad en su operación   Identificación de compuestos positiva   Técnica no destructiva   Pequeño volumen en prevención del mezclado de componentes

Sistemas de detección

Sistemas de detección

Detector de ionización de llama (FID) Este detector añade hidrógeno al eluyente de la columna.La mezcla pasa a través del conducto de un mechero, donde se mezcla con aire externo y luego arde.Cuando entra en la llama materialionizable del eluyente de la columnaSe quema y la corriente aumentanotablemente.Este detector es ideal para compuestosoxidables.No responde a los compuestos de carbono totalmente oxidados, comocarbonilos o carboxilos y grupos éster

Sistemas de detección

Detector de conductividad térmica (TCD)Utiliza un filamento caliente colocado en el flujo de gas emergente.

La cantidad de calor por conducción que pierde el filamento hacia las paredes del detector depende de la conductividad térmica de la fase gaseosa.

Es útil para determinar la presencia incluso de pequeñas cantidades de materiales orgánicos que producen una reducción relativamente grande en la conductividad térmica del eluyente de la columna.

Sistemas de detecciónDetector de captura de electrones (ECD) El eluyente pasa entre dos electrodos.

Uno de los electrodos tiene en su superficie un radioisótopo que emite electrones de alta energía conforme decae.Los electrones bombardean el gas portador (N2) formándose un plasma que contiene iones positivos, radicales y electrones térmicos.Se aplica una diferencia de potencial de modo que se recolectan los electrones generados.Los compuestos que absorben electrones reaccionan con los electrónes térmicos disminuyendo la corriente del detector, la cual es medida y permite la cuantificación

Sistemas de detección

Detector de espectroscopia de masas (MS)

Los eluyentes son ionizados y fragmentados. Los iones resultantes se dirigen a través de un cuadrupolo y se ordenan en función de su masa.Ese detector permite obtener el espectro de masas del compuesto que ha eluido.Podemos por tanto conocer, además del tiempo de retención el espectro de masas del compuesto y contrastarlo con bibliotecas de espectros.Se trata por tanto de un detector universal para la mayoría de los compuestos conocidos.

CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOSHPLC

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QUÉ ES CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA EFICIENCIA? • La cromatografía de líquidos de alta resolución, es un

modo de cromatografía en la cual el proceso de separación y transferencia de masa es entre la fase estacionaria y la fase móvil y una temperatura dada.

• La HPLC, representa una de las herramientas más empleadas en el laboratorio analítico moderno.

• La cromatografía es un método, usado primariamente para la separación de los componentes de una muestra, en la cual los componentes se distribuyen en dos fases.

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• HPLC utiliza una fase móvil líquida para separar los componentes de la mezcla. El solvente trabaja a una presión de 6,000 psig

• Los componentes o analitos deben ser disueltos en un solvente y se pasan por la columna cromatográfica a altas presiones.

• La resolución depende de la interacción entre el soluto , los componentes y la fase estacionaria.

Qué es Cromatografía Líquida de Alta Eficiencia?

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DIFERENCIAS

• HPLC y GC: Tipo de detectores y la influencia de la fase móvil.• GC: se utiliza para separar mezclas que contienen compuestos

orgánicos volátiles.• En GC es muy simple encontrar detectores que diferencien la muestra

de la fase móvil. • En HPLC es más difícil ya que la fase móvil no sólo no es inerte sino

que su masa es sensiblemente superior.

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CLASIFICACIÓN DE LA CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS

• Cromatografía Líquido-Sólido.(adsorción)• Cromatografía Líquido-Líquido.(partición)• Cromatografía de Fase (normal y reversa)• Cromatografía de Intercambio iónico.• Cromatografía de Exclusión por Tamaño

(cromatografía en gel)

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Clasificación de Equipos

• Integrados: Cada una de sus partes están reunidas en un gabinete y su intercambio o conexión con otros componentes es difícil.

• Modulares: Los módulos son instrumentos individuales que permiten

no solo armar el equipo según las necesidades, sino aumentar su complejidad según esa necesidad varíe.

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COMPONENTES PRINCIPALES

Solvente

Bomba de alta presión

Inyector

Columna

Detector Graficador

Un reservorio de solvente que alimenta al sistema con la fase móvil.Un sistema para forzar el pasaje de la muestra por la columna: Bomba.Un sistema que permite la introducción de la muestra: Inyector.Un sistema de monitoreo de la solución que emerge de la columna: Detector.Un sistema de registro de los datos proveniente del detector.

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Diagrama Básico de un sistema de HPLC

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Elección del Solvente Características:

• Disponible comercialmente • Precio • Pureza y Estabilidad. En la actualidad contamos con productos de calidad de

pureza cromatográfica. Bajo contenido de impurezas. • Disolver la muestra • Miscible con otros solventes para formar mezclas útiles• No degradar o disolver la fase estacionaria • Tener baja viscosidad para reducir las caídas de presión • Ser compatible con el detector utilizado. Transparencia óptica (cuando se

usan detectores UV) • Se prefieren solventes de punto de ebullición intermedio.

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Tipos de solvente

Name MW BP I.R. UV Viscosidad µ

    [°C]  [nm

] [cP][Deby

e]

Acetonitrile 41 82 1.341 195 .358 3.37

Dioxane 88 101 1.421 215 1.26 0.45

Ethanol 46 78 1.359 205 1.19 1.68

Methanol 32 65 1.326 205 .584 1.66

Isopropanol 60 82 1.375 205 2.39 1.68

Tetrahydrofuran 72 66 1.404 215 2.20 1.70

Water 18 100 1.333 185 1.00 1.84

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Filtración y Desgasificación de solventes

• Las partículas pueden ocasionar costosos daños a la bomba HPLC, al guarda columnas, y en general causar desgaste del sistema de HPLC. Los fabricantes de los instrumentos tienen en cuenta este problema y recomiendan que se filtre ( 0.45 o 0.22 micras) y desgasifique los solventes HPLC antes de usarlos.

• El Oxígeno Disuelto puede producir mayor interferencia en los detectores de fluorescencia y electroquímicos.

• El Nitrógeno Disuelto es el otro componente de la atmósfera que puede producir burbujas en la columna de HPLC y cuando el solvente entra al detector produce picos falsos y desviaciones de la línea base.

• El Dióxido de Carbono disuelto algunas veces puede ser la causa de los cambios de pH en el sistema de solvente

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MÉTODOS DE FILTRACIÓN DE SOLVENTES EN HPLC

Hay tres(3) métodos comunes que se utilizan hoy para la filtración previa de los Solventes en HPLC :

• Filtro a la Entrada del Solvente • Filtración al Vacío • Filtración en Línea

MÉTODOS DE DESGASIFICACIÓN DE SOLVENTES EN HPLC

Existen cuatro métodos comunes usados para desgasificar solventes en HPLC previos a su uso:

• Zonificación • Burbujear Helio • Desgasificación Electrónica en la Línea del Flujo • Desgasificación al Vacío en Línea • Temperatura

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Preparación de fase móvil

• Ajuste de pH, parámetro critico en la retención de solutos ionizables ( medir antes de dosificar modificador orgánico)

• El pH de la solución aumenta con la incorporación de un modificador orgánico.

• A valores pH mayores de 7.5 disolución de sílice ( sangrado) • A pH menor a 2 se hidroliza la unión entre la sílice y la fase enlazada.

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Bombas

Requisitos o aspectos más importantes que debe reunir una bomba o sistema de bombeo:

• Debe producir presiones estables hasta 6000 psi. • Mantener el flujo libre de pulsaciones • Generar intervalos de caudales de flujo (0,1 a 10 ml/min).• Control y reproducibilidad del flujo de solvente • Componentes de la bomba resistentes a la corrosión

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• Las bombas que se usan en HPLC se pueden clasificar según su funcionamiento y diseño en:

• Mecánicas • Recíprocantes • De desplazamiento contínuo

• Neumáticas

Bombas

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Bombas

Principio de la bomba reciprocante

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Sistemas de Inyección de muestra

Estos sistemas han variados durante la historia del sistema de HPLC, en un principio de utilizaba la inyección de la muestra con jeringas de alta presión cuales ya están de desuso. Hoy se utiliza el sistema de Válvulas inyectorasGeneralmente se usa una válvula muestreadora con jeringa.

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Columna

• Actualmente todas las columnas son de acero inoxidable 316 con diámetro interno de 2.6 a 3 mm o 4.6 a 5 mm , casi todas con un diámetro externo de ¼ de pulgada

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Fas Principales e estacionaria

• parámetros de la fase estacionaria • Tamaño de partícula: 3 a 10 µm • Distribución de partícula : con una desviación máxima

del 10 % • Tamaño de poro : 70 a 300 Å; • Área superficial : 50 a 250 m2/g • Densidad de la fase (numero de sitios activos por

unidad de área): 1 a 5 por 1 nm2

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La tabla que se muestra presenta los parámetros principales de algunos adsorbentes comerciales

NombreVpor

oDpor

oÁrea Sup.

Distribución de partícula

densidad de la fase

  ml/g Å m2/g % µM/m2

IB-Sil Phen. 0.75 125 165 5.5 2.74

Hypersil C4 (3) 0.6 300 50 2.0 4.80

Supelcosil C8 (3) 0.6 100 170 8.5 -

Spherisorb C8 0.5 80 220 6.0 2.51

Novapak C18 0.3 60 120 7.0 3.0

IB-Sil C18 0.75 125 165 11.0 3.27

Spherisorb C18 0.5 80 220 12.0 2.72

Prodigy C18 1.17 150 310 18.7 3.30

Inertsil C18 1.1 150 320 18.5 3.23

Hypersil C8 0.7 120 170 7.0 3.85

Hypersil C18 (3) 0.7 120 170 10.0 2.84

Selectosil C18 0.9 300 110 7.0 2.93

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Detectores

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Detección

• La eficiencia de un detector cromatográfico depende de la relación entre la cantidad física medida y la composición del efluente, así como también de las características de las señal de transferida.

Los tipos de detectores en HPLC se clasifican en:• Detectores basados en una propiedad de la fase móvil . Ejemplo: Detector

de Indice de Refracción • Detectores basados en una propiedad de la sustancia a separar.

Ejemplo: Detector de Fluorescencia, Detector Ultravioleta

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Detección

Detector UV. Hay básicamente tres tipos:

• Detector de Longitud de Onda Fija • Detector de Longitud de Onda Variable • Detector de Arreglo de Diodos

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Detección

Detector de Índice de Refracción. Existen muchos diseños de estos detectores, pero solamente existen ahora dos tipos:

• Tipo Deflexión • Tipo Fresnel

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Detección

• Detector de Fluorescencia. • Este detector solamente puede detectar

compuestos que tengan fluorescencia nativa o inducida por derivatización .

• Detector de Fluorescencia Inducida por Laser

• Según la Fuente de Excitación • Según el sistema óptico