Instrumentación en cromatografía de gases

Este material fue modificado del original, la referencia se encuentra al final de la

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