CROMATOGRAFÍA DE -...

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. Inerte

3. Compatible con el detector

5

Detector Gas PortadorConductividad HelioTérmica(TC) Ionización de Nitrógeno oFlama (FID) Helio

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

JERINGA ANALÍTICA

Refuerzo del émbolo

Guía de protección del émbolo barril

Aguja

8

JERINGAS ANALÍTICAS

9

TAMAÑOS DE MUESTRA TÍPICOS

Tipo de columna Líquido(l) Gas (ml)1/4" Empacada 1-10 1-5

1/8" Empacada 0.1-2 0.1-1.0

0.25mm 0.01-1.0 0.1

Capilar con Splitter

Las cantidades dependen del tipo de columna, detector y objetivo del análisis

10

1. Columna empacada - A) vaporización Flash B) On-Column

2. Introductores capilares

3. Válvula de muestreo de gases

INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS

SplitSplitless tipo GrobDirecta

11

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

12

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 splitcrítica

• Poner una fracción de la muestra en la columna

13

Inyección SPLIT

Alta temperaturaVelocidad lineal altaTransferencia rápidaLa mayor parte de la

muestra se pierdeRelación de Split muy

importanteGeometría del “Liner”

14

Determinación clásica del Split

Mida el flujo de la columna a partir de tm

Fc = 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?

15

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

16

Ecuaciones de Flujo

17

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

18

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

19

Técnicas de Inyección Split

• Jeringa llena• Jeringa fria• Jeringa caliente• Barrido con disolvente

20

Discriminación en Split

21

Resumen – Inyector SplitSimpleTécnica de vaporización en caliente

Discriminación en inyección (usar automuestreadores)

Discriminación del linerUsar lana de vidrio (desactivada)Geometría del liner crítica

Mejor para muestras concentradas o purasppm´s o más

22

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

23

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

24

INYECCIÓN SPLITLESS

Alta temperaturaBaja velocidad linealTransferencia lentaMuestra + Solvente a la

columnaMuchos factores

importantes

25

Etapas Inyección SplitlessVálvula de purga cerrada; columna fríaSe inyecta la muestra

La inyección rápida del automuestreadormejor

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

26

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

27

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

28

Inyector “Cool on Column”

La temperatura inicial de la columna es lo suficientemente baja como para “congelar” los analitos en la columna.

29

INYECTOR “ON-COLUMN”

Remplace frecuentemente el septum(~ 50 inyecciones)

AgujaJeringa

ColumnaGas portador

SeptumLana de vidrio

BloqueCaliente

0.35 mm< 0,25 mm

30

TEMPERATURA INICIAL

40oC 20oC0oC

-20oC -40oChexano, heptano500 ppb10 min extracciónFibra: PDMS 100 mLinermmoCPinj: 1 bar(g)

31

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

32

Efecto de Solvente

33

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.

34

TEMPERATURA INICIAL DE LA COLUMNA Y EFECTO DE SOLVENTE

0 20TIEMPO (min)

0 20TIEMPO (min)

40oC 60oC

Solvente: CIclohexano (pe 81oC), Muestra: hidrocarburos 10ppm

35

INYECCIÓN DIRECTA CAPILARSólo con películas gruesas o megaboro

El propósito simplicidad y grandes cantidades de muestra

La banda de soluto debe re-enfocarse (temp)

36

TEMPERATURA DEL INYECTOR REAL

Valor 350oC

Distanciadel septum(mm)

Temperatura del Gas Portador (oC)

Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, 1991, p. 42.

37

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

38

PRESIÓN DE ENTRADA

La velocidad lineal del gas se incrementaInyector

Columna

Incrementa temperatura de punto de ebullición del analito

39

PULSO DE PRESIÓNIncrementa la presión solo durante la inyección

Tiempo (min)

Presión(kPa)

50

150

0.75

Tiempo de Purga “ON”

20

40

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

41

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

42

REFERENCIASGrob, 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

43

VÁLVULA DE MUESTREO DE GASES

Gas Portador

A la columna

Muestra

Posición de carga Posición de Inyección

A la columna

Loop deMuestra

Gas Portador

44

COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS

Soporte SólidoFase Líquida

1/8" ODColumna empacada

0.25 mm IDCapilar o

WCOT

45

COLUMNA DE CG (EMPACADA)

FASE MÓVIL(Gas acarreador)

FASE ESTACIONARIA

46

COLUMNA EMPACADA

GasPortador

Acero InoxidableFase Estacionaria

Fase líquidaSoporte Sólido

(5 o10% en peso)

La separación depende de la distribución de lasmoléculas entre el gas y la fase líquida

47

COLUMNAS EMPACADAS -REVISIÓN

Largo 3,6 o 12 Ft

1/4 y 1/8 pulgada de D.E.

Acero Inox. o vidrio

Fáciles de fabricar y usar

Una gran variedad de fases líquidas

Un número modesto de platos

(8000 Máximo)

48

COLUMNAS CAPILARES(WCOT-WALL COATED OPEN TUBULAR)

DI's 100, 250,320, 530 m

TuboSilica Fundida

Fase Líquida0.2 - 5 m

49

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

50

CAPILARES/ OPEN TUBULAR COLUMN

Columna Capilarde 100 Metros

Tubo

Abierto(Sin empaque)

51

WCOT- WALL COATED OPEN TUBULAR

Tubo de sílica fundida

Fase estacionaria

52

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

53

OTROS TIPOS DE COLUMNAS CAPILARES

FaseLíquida

Soporte

SCOTNO DISPONIBLE EN SÍLICA FUNDIDA

Adsorbente Poroso

PLOTMOLECULAR SIEVE,ALUMINA, PORAPAK Q

54

Alta fuerza tensil

Flexible

Recubrimiento de poliimida

Muy inertes

COLUNAS DE SÍLICA FUNDIDA

55

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

56

PACKED COLUMN -- ECD

0 60minutos

RAROCHLOR 1260ISOTHERMAL @ 210° C1500 THEORETICAL

PLATES

57

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

58

PARÁMETROS IMPORTANTES

1) Diámetro interno

2) Largo

Fase estacionaria:

3) Espesor de película4) Composición

5) Flujo

59

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

60

COLUMNAS CAPILARES DE 100 µm I.D.

• Alta velocidad

• Mejor resolución (500,000 platos en 50m)• Poco sangrado

• Equipos de GC capilares

61

LARGO DE LA COLUMNA

N

LR

Lt

L

R

62

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 paracomenzar

63

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

64

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

65

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

66

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

67

PELÍCULA DELGADA/ALTA RESOLUCIÓN

COLUMNA: 10 M x 200 m ID

0.2 m film OV-101

GAS: He, 40 cm/sec

MUESTRA: 1.5 l, split 200:1

REFRESCANTE DEL AMBIENTE

68

REQUISITOS DE LAS FASES ESTACIONARIAS

• ALTA SELECTIVIDAD

• BAJO SANGRADO – ESTABILIDAD A ALTA TEMPERATURA

• REPRODUCIBILIDAD – ESTABILIDAD QUÍMICA CON EL TIEMPO

69

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

FASES ESTACIONARIAS

TIPOS MÁS COMUNES

( O-CH -CH )22 n

CARBOWAX

FASES DE POLIETILENGLICOL VIDA LIMITADA(CARBOWAX 20M, SUPEROX 20M)R

FASES ENTRECRUZADAS

Si

O

O

O

Si

Si

O

O

O

Si

Si

BOEntrecruzado

Cadena

•MAS ESTABLESSE PUEDEN LAVAR CON SOLVENTES

•TIEMPOS DE VIDA MÁS LARGOS

URVAS DE GOLAY PARA N2, H2, He

RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES

BO ABIERTO

CA FASE UIDA(~ 10

TUBO DE D.I. QUEÑO

VENTAJAS LIMITACIONES

NINGUNA

• FLUJOS BAJOS

• CONECTORES ESPECIALES

• MUESTRA PEQUEÑA

• BAJA CAIDA DE PRESIÓN

• MAYOR LARGO• MAS PLATOS

• MÁS EFICIENTE• TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO• RÁPIDOS

RESUMEN—COLUMNAS CAPILARES

VENTAJAS

LIMITACIONES

NERAL

• CARAS

• EQUIPOS ESPECIALES

• SEPARACIONES IMPOSIBLES CON EMPACADAS

• RÁPIDAS Y MEJOR RESOLUCIÓN

GUIAS PARA SELECCIÓN DE COLUMNAS

SPESORELÍCULA(m)

ÁMETROTERNO (m)

ARGO M)

LATOSK)

LUJO

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

PRESIÓN EN LA COLUMNA (psi, He o H2)

rgo (m) Columna D.I. (mm)___________ _______________________________________________

0.20 0.25 0.32 0.530 12 6 3 25 30 12 8 40 60 24 15 8

GRÁFICOS DE GOLAY

P

Columna empacada

Capilar Gruesa

Capilar Delgada

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)

DETECTORES DE CG. Detector de Ionización de Flama (FID)

. Detector de Conductividad Térmica (TCD)

. 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

Detector de Ionización de Flama

FID

400°cLímite de Temperatura

N2 o HeGas portadorexcelenteEstabilidad

1 a 106Linearidad

Selectivo sóloorgánicosRespuesta

10-11 a 10-12 g/seg(~50 ppb)

Cantidad MínimaDetectable (CMD)

Ionización de Flama FID

Detector de Conductividad TérmicaTCD


H2 o HeGas portadorbuenaEstabilidad1 a 104Linearidad

UniversalRespuesta

10-8 g/seg(~10 a 1 ppm)


Conductividad Térmica TC

Detector de Captura

de Electrones

ECD


H2 o HeGas portadorrazonableEstabilidad

1 a 105Linearidad

Selectivo a compuestoselectronegativosRespuesta

10-14 g/seg(~10 a 1 ppm)


Captura de electrones ECD

Detector de Nitrógeno-

FósforoNPD


N2 o HeGas portadorrazonableEstabilidad

1 a 104Linearidad

Selectivo a compuestos con Nitrógeo o FósforoRespuesta

10-11 g/seg(~10 a 1 ppm)


Detector de Nitrógeno y Fósforo NPD

Detector de Fotométrico

de FlamaFPD


N2 o HeGas portadorbuenaEstabilidad1 a 104Linearidad

Selectivo a compuestos con Azufre o FósforoRespuesta

10-11g/seg Fósforo =525nm 10-9 g/seg Azufre =394nm


Detector Fotómetrico de Flama FPD

Espectrómetro de Masas

Comparación de Sensibilidad

LINEALIDAD DEL DETECTOR

Respuesta lineal máxima

Concentración mínima detectable

UIDO Y DERIVA DEL DETECTORido de alta frecuencia

ido baja frecuencia

riva y ruido de baja frecuencia

Curva de calibración

Comparación de métodos

FACTOR DE RESPUESTA

Concentración

PENDIENTE = BD / AB

A B

CPENDIENTE = BC / AB

D

.

Res

pues

ta

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

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

CG ISOTÉRMICOTemperatura de la columna constante con

respecto al tiempo.

ISOTÉRMICOTemp.Columna

Tiempo

SEPARACIÓN ISOTÉRMICA(Hidrocarburos)

Isotérmico130° C

0 5 10 20 30 90 95 MIN

C7

C8

C10

C9

C11 C12 C13

C14

C15

CG CON PROGRAMACIÓN DE TEMPERATURA

mperaturaumna

TPGC

4° C / min.

200

150

100

Cambio controlado de la temp. con respecto al tiempo

5 10 20 25 30

SEPARACIONES CG CON TPProgramaciónde 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

VENTAJAS DE LACG CON TEMPERATURA

PROGRAMADAMuestras que son mezclas complejas

Análisis mas rápidos (más de 20 picos)

Mejor definición de compuestos con alto p.e, o compuestos traza que eluyen tarde

Desarrollo de métodos más rápido

Más versátil, Cromatografía Estable

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

Sistema de Datos

PRINTER / PLOTTERFácil de UsarPrecio Moderado

COMPUTADORAFlexible, PoderosaMás Cara

CROMATOGRAFÍA DE -...

Documents

Transcript of CROMATOGRAFÍA DE -...