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CURSO DE CROMATOGRAFÍA DE GASES-2013
Principios Básicos y Manejo del Equipo
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA
METROPOLITANA
JOSÉ RAMÓN VERDE CALVO
GLORIA MARIBEL TREJO
AGUILAR
OBJETIVO
El participante aprenderá y aplicará los conceptos teórico prácticos básicos sobre cromatografía de gases
PROGRAMA
1.0 Historia y clasificación
2.0 FISICOQUÍMICA DE LA
CROMATOGRAFÍA
2.1 Fundamentos de separación
3.0 EL SISTEMA CROMATOGRÁFICO
3.1 Gas transportador
3.2 Inyector
3.3 Horno
3.4 Columnas empacadas
3.5 Columnas capilares
3.6. DETECTORES
3.6.1 Conductividad térmica
3.6.2 Ionización de flama
3.6.3 Captura de electrones
3.6.4 Otros detectores
3.7 SISTEMA CROMATOGRÁFICO
3.7.0 Sistema de Cómputo
3.7.1 Obtención del cromatograma
3.7.2 Parámetros de integración
3.7.3 Obtención del reporte
4.0. CONCEPTOS Y TÉRMINOS
4.1 Tiempo de retención
4.2 Tiempo de retención corregido
4.3 Ancho de base
4.4 Número de platos teóricos
4.0 CONCEPTOS Y TÉRMINOS
4.5 Altura Equivalente de un Plato Teórico
4.6 Coeficiente de Partición
4.7 Resolución
4.8 Selectividad
5.0 ANÁLISIS CUALITATIVO
5.1 Identificación de compuestos – Tiempos de retención
– Series Homólogas
6.0 ANÁLISIS CUANTITATIVO
6.1 % de áreas
6.2 Patrón Externo
6.3 Patrón Interno
7.0 MANTENIMIENTO DEL EQUIPO
8.0 PRÁCTICAS (5 sesiones)
DEFINICIÓN
La cromatografía de gases es una técnica analítica usada para separar mezclas simples o complejas, basada en la diferente distribución de dos fases, una estacionaria y otra móvil
Ventajas
Mejor técnica de separación que otros sistemas físicos o químicos
Tiempos cortos de análisis Actualmente muchas de las
técnicas de control de calidad son por CG.
Desventajas
Costo
Mantenimiento
Consumibles
Capacitación de personal
Aplicaciones
Contaminación
Aceites esenciales
Petroquímica
Productos farmacéuticos
Perfumes y cosméticos
Bebidas
Historia 1850
1900
1950
F.F. Runge, separa cationes metálicos
D. T. Day reporta el uso de la CC 1er Congreso del petróleo
Tswett
•Cafeína
•Azul de
anilina
CROMATOGRAFIA
M. TSWEET (1903): Separación de mezclas de pigmentos vegetales en columnas llenas con
adsorbentes sólidos y solventes variados
éter de petróleo
CaCO3
mezcla de pigmentos
pigmentos separados
Cromatografia = kroma [color] + graph [escritura] (griego)
Historia
CROMATOGRAFIA
Primer equipo comercial
1940
1950
1960
“CGS” rudimentario
propuesta Martin e Synge
Separación de ácidos orgánicos por CGL: primer cromatógrafo (Martin e James)
Detector por Densidad de Gas (Martin e James)
Detector por Ionización de flama
Detector por Captura de Eletrones
Columnas Capilares (Golay)
Historia
Clasificación Analítica
Cromatografía cualitativa o preparativa
Cromatografía cuantitativa o analítica
CROMATOGRAFÍA
soluto FASE
MOVIL
FASE
ESTACIONARIA
Sistema: 2 Fases
Clasificación Práctica
Cromatografía de Adsorción
Cromatografía de Reparto
Cromatografía de Adsorción
Cromatografía Gas Sólido (CGS), la fase estacionaria es un sólido con gran número de sítios activos (hidroxilos, pares de electrones)
Sílice granular, la alúmina o el carbón
El soluto se adsorbe en la superficie de las partículas sólidas
La fase móvil es un gas
Fases Estacionarias
El fenómemo físicoquímico responsable de la interacción analito + FE sólida es la
ADSORCIÓN
La adsorción ocurre en la interface entre el gas de arraste y la FE sólida
FE Sólidas: Adsorción
Fases Estacionarias FE Sólidas
Principales Aplicaciones:
- Separación de gases - Compuestos volátiles - Séries homólogas
GASES DE REFINARIA Columna:Carboxen-1000 60-80 mallas; 15’ x 1/8” TCOL: 35
oC a 225oC / 20oC. min-1 Gas de Arraste: He, 30 ml.min-1
Detector: TCD
Columnas de Adsorción
Columna
Temp max
Aplicación
HP S o M
200° c
Hidrocarburos, gas natural
Poraplot Q
250° C
Alcoholes volátiles en agua, gases
Poraplot U
190° C
comp. volátiles polares, aldehídos
Cromatografía de Reparto
LÍQUIDOS Depositados sobre a superfície de: sólidos porosos inertes (columnas empacadas) o de
tubos finos de materiales inertes (columnas capilares)
FE líquida
SOPORTE Sólido inerte
poroso
Tubo capilar de material inerte
Conceptos Generales
Fases Estacionarias Familias De FE Líquidas
Mayor parte de las aplicaciones en CG moderna
PARAFINAS Apolares; Principales: esqualeno (C30H62), Apiezon
POLIÉSTERES Ésteres de dialcoholes con diácidos. Polares; altamente sensibles a la humedad y oxidación; Principales: DEGS, EGA
ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRASOS
Columna:5%DEGS-PS s/ Supel-coport 100/120 mallas; 6’ x 1/8” TCOL: 200
oC (isotérmico) Gas de Arraste: N2 20 ml.min-1
Detector: FID Muestra: 0,5 mL de solución en
cloroformo contenido 0,5 mg de cada éster
Columnas de Reparto
Columna
Temp max
Aplicación
HP-5
325° C
Aminas, Hidrocarburos
HP-50 280° C
Drogas glicoles pesticidas
HP-Wax
250° C
Alcoholes, disolventes
FASES ESTACIONARIAS LÍQUIDAS
COLUMNAS EMPACADAS
NOMBRE
COMERCIAL
DESCRIPCIÓN POLARIDAD TEMPERATURA ºC
min/max
Escualeno Escualeno I 20/100
Apienzon L Apienzon L I 50/300
SE-30 100% goma de silicona I 50/300
OV-1 100% goma de silicona I 50/300
UCW-982 goma del 99% metil, 1% vinil II 0/300
DC-200 100% de metil silicona líquida II 0/250
OV-101 100% de metil silicona líquida II 0/350
SP-2100 100% de metil silicona líquida II 0/350
SE-52 o SE-54 fenilo al 5% II 50/300
Dexsil 300 Metil carbonato de silicona II 50/450
OV-17 Metil fenil silicona al 50% II 0/375
OV-25 Metil fenil silicona al 75% III 0/350
OV-210 3,3,3-trifluoropropilo al 50% III 0/275
Carbowax 20M polietilen glicol IV 60/225
Carbowax 20M TPA polietilen glicol modificado con
ácido tereftálico
IV 60/250
Carbowax 1500 polietilen glicol IV 40/200
Silar 10C Cianopropil silicona al 100% IV 0/250
FASES ESTACIONARIAS LÍQUIDAS DE USO COMÚN EN CROMATOGRAFÍA DE GASES
COLUMNAS CAPILARES
NOMBRE COMERCIAL
DESCRIPCIÓN POLARIDAD TEMPERATURA ºC min/max
APLICACIONES GENERALES
HP-1, DB-1 100% dimetil polisiloxano
I -60 a 325 Aminas, hidrocarburos, pesticidas, aromas y
fragancias
HP-5, DB-5 5% fenil 95% dimetil polisiloxano
I -60 a 325 Alcaloides, FAMEs, compuestos halogenados
DB-1301 6% cianopropil-fenil, 94% dimetil polisiloxan
II -20 a 280 Alcoholes, pesticidas
DB-35, HP-35 35 % fenil 65% dimetil polisiloxano
II 40 a 300 Pesticidas, fármacos, drogas
DB-1701, DB-1701p
14% cianopropil-fenil, 86% dimetil polisiloxan
II -20 a 280 Pesticidas, herbicidas, azúcares
HP+50, DB-17 50 % fenil 90% dimetil polisiloxano
II 40ª 280 Drogas, glicoles, pesticidas, esteroides
DB-200 35% trifluoropropil 65% dimetil polisiloxano
III 30 a 300 Disolventes, pesticidas, herbicidas
DB-225 50 % cianopropil-fenil, 50 % dimetil polisiloxan
Iii 40 a 220 FAMEs alditol, esteroles neutros
HP-INNOWax Polietilenglicol III 40 a 260 Alcoholes, ácidos orgánicos, aceites esenciales, aromas y
fragancias
DB-23 50 % cianopropil-fenil, 50 % dimetil polisiloxan
III 40 a 250 FAMEs que requieran resolución cis/trans
CycloSil-B 30% heptakis III 35 a 260 Compuestos quirales
Factores que afectan la separación
Fase estacionaria C. A.: polaridad C. R.: solubilidad
Temperatura
INTERACCIONES LIQUIDO-COMPONENTE
¿Por qué se separan los compuestos?
Vander W
INTERACCIONES DIPOLARES
Se producen entre moléculas de
compuestos polares.
Keesom ecuación para potencial de
dos dipolos (permanentes)
LAS FUERZAS DE
INDUCCIÓN
Se dan cuando una molécula polar
se aproxima a otra no polar.
Ecuación de Debye
Dipolo inducido
FUERZAS DE DISPERSION
Se deben a la formación de dipolos
(inducidos, moléculas no polares)
instantáneos núcleos-electrónes. Ecuación
de London
PUENTE DE HIDRÓGENO
Estas fuerzas son superiores a las anteriores,
pero inferiores a las del enlace químico,
provocando, que el componente se vea
excesivamente retenido en la fase estacionaria
líquida, perjudicando la separación.
PUENTE DE HIDRÓGENO
El Cromatógrafo De Gases
El Cromatógrafo De Gases
1 – Depósito de Gás y Reguladores de Presión.
2 - Injector vaporiza la Muestra.
3 - Columna Cromatográfica y Horno de la Columna.
4 – Detector.
5 - Electrómetro (amplificador) de Señal.
6 - Registro de Señal (Registrador o Computadora).
Gas De Arrastre Características:
INERTE No dede reaccionar con la muestra, fase estacionária o superfícies de la columna.
PURO Debe ser excento de impurezas que puedan degradar la fase estacionaria.
Impurezas típicas en gases y sus efectos:
oxida / hidroliza algunas FE
incompatíbles con DCE H2O, O2
hidrocarburos Señal de ruído DIC
Gas De Arrastre
Desventajas:
COSTO Los gases de alta pureza son caros. COSTO
PUREZA
A B
C A = 99,995 %
B = 99,999 %
C = 99,9999 %
COMPATÍBLE CON EL DETECTOR Cada detector demanda un gas de arraste específico para mejor funcionamento.
Selección de Gases de Arraste en Función del Detector:
He , H2 , N2 DCT
DIF N2 , H2 , O2
DCE N2 , Ar + 5% CH4
Alimentación Del Gas De Arrastre
Componentes necesarios a la línea de gas:
controladores de vacío / presión de gas
dispositivos para purificación de gas (“trampas”)
Nota: Tubos y Conexiones: Acero Inox o Cobre
Nitrógeno
Uso general en columnas empacadas y capilares
Bajo costo
Hidrógeno
Columnas capilares
Combustible DIF
Barato
Explosivo
Aire
Comburente con el DIF
Barato
Fácil acceso
Trampas o filtros
Garantizan la calidad del análisis
Prolongan la vida útil de la columna
Minimiza el ruido
Trampa de Oxígeno
Bulbo de óxido de cobre
Indicador de óxido de manganeso
El O2, provoca oxidación irreversible en las fases estacionarias
Daños causados por O2
Alto nivel de sangrado y coleo de los picos
Trampas de humedad
Tamiz molecular
Indicador de sulfato de calcio
Retienen: H2O, HCl, CO2,SO2, Cl2
Instalación
Trampa para hidrocarburos
Tamiz molecular
Empaque C activado
Retiene compuestos mayores que el CH4
El tamaño y el PM de los contaminantes afectan la vida media del filtro
Regulador de gas
Gases recomendados
Detector Gas
Conductividad térmica
He, N2, H2
Ionización de flama
H2, N2, Aire
Captura de electrones
N2 , Ar + 5% CH4
Selección del gas acarreador
C17 a 175ºC
K’ = 4.95
WCOT
Ov-101 0.4 m
25 m x 0.25 mm
Resolución del gas acarreador
Efecto del gas acarreador en la resolución de n-heptadecano y
pristano
Mantenimiento de los gases