MÉTODOS DE SEPARACIÓN - UNAMdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CG_HGR_32163.pdfExtracciones...

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


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


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


Retención


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?

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

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

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



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)

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


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

Respuesta UniversalLinearidad 1 a 104

Estabilidad buenaGas portador H2 o He


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


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

Respuesta Selectivo a compuestos electronegativos

Linearidad 1 a 105

Estabilidad razonableGas portador H2 o He


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


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


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


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


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


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


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


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


PropilParabeno Área


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


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


( 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


TUBO ABIERTO

POCA FASE LÍQUIDA(~ 10 mg)EN TUBO DE D.I. PEQUEÑO


NINGUNA

• FLUJOS BAJOS• CONECTORES

ESPECIALES• MUESTRA

PEQUEÑA

• BAJA CAIDA DE PRESIÓN

• MAYOR LARGO• MAS PLATOS

• MÁS EFICIENTE• TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO• RÁPIDOS

26



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

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