Cromatografia de gases

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE QUIMICA FARMACEUTICA BIOLOGICA ANALISIS INSTRUMENTAL CROMATOGRAFIA DE GASES DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES En la cromatografia de gases se incluyen todos los metodos cromatograficos en los que la fase movil es un gas, llamado gas portador, y la fase estacionaria puede ser un liquido o un solido. Se desarrolla en una columna cerrada en la que se encuentra retenida la fase estacionaria y por la que se hace pasar el gas portador, la tecnica de separacion es la elucion. Una vez iniciado el proceso cromatografico los componentes de la mezcla se distribuyen entre la fase estacionaria y la fase movil.

La elucion tiene lugar forzaondoel paso de un gas inerte a traves de la columna. La fase movil no interacciona con el analito, su funcion es unicamente transportar la muestra. Cromatografia gas-solido (CGS) Este tipo de cromatografia tiene una fase estacionaria solida en la cual se produce la retencion de los analitos debido a la adsorcion fisica sobre la superficie del solido. Esta tecnica tiene aplicacion limitada debido a la tendencia de los picos de elucion a formar colas y a la retencion semipermanente de gases activos sobre la fase estacionaria. Cromatografia gas-liquido (CGL)

Este tipo de cromatografia se

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basa en la distribucion del analito entre una fase movil gaseosa y una fase estacionaria liquida inmovilizada sobre la superficie de un solido inerte (soporte) o en las paredes interiores de la columna en caso de que esta sea capilar. Esta tecnica es utilizada en el analisis de compuestos volatiles, con punto de ebullicion inferior a los 400? C. Las muestras deben ser introducidas en estado gaseoso, si son liquidas se volatilizan instantaneamente en el inyector del cromatografo. Partes de un cromatografo de gases Las partes esenciales de un cromatografo de gases son: Gas portador: Es un gas inerte, generalmente helio, nitrogeno o argon. Deben tener alto grado de pureza. -Inyector: Sirve para introducir los solutos en la corriente de gas portador y vaporizar las muestras cuando estas no son gaseosas. La temperatura del inyector debe ser superior a la del punto de ebullicion del componente de la mezcla menos volatil. -Columnas:Pueden ser con relleno, en las que la fase estacionaria liquida esta retenida sobre un solido inerte o soporte y capilares, en las que la fase estacionaria se fija sobre las paredes interiores del capilar.

La temperatura de la columna depende de los puntos de ebullicion de los componentes de la mezcla. -Detector: Tiene como objetivo medir la variacion de alguna propiedad fisica del gas portador originada por la elucion de los compuestos. La temperatura del detector debe ser mayor o igual que la columna para evitar la condensacion de algun compuesto eluido. La separacion de los compuestos de una mezcla se realiza en las siguientes etapas: – Una vez elegida la columna y la fase estacionaria, se ajustan las temperaturas de la camara de inyeccion, columna y detector, asi como la cantidad de gas portador que se va a utilizar.

Cuando la senal del detector es constante se hace la inyeccion de la muestra. – La muestra se inyecta en cantidades inferiores a 1? l cuando son liquidas y sobre 1 ml si son gaseosas. Se introducen en el inyector donde se vaporizan y son arrastradas hacia la columna. – Los componentes se fijan en una pequena zona de la columna, por equilibrios sucesivos entre la fase movil y la fase estacionaria cada componente se desplaza por la columna a velocidades diferentes. -Finalmente, los solutos que salen de la columna pasan al detector y se obtiene el cromatograma.

Fase movil Debe ser un gas inerte, que no interaccione con la fase estacionaria ni con el analito, como pueden ser helio, argon, nitrogeno o hidrogeno. La eleccion del gas portador se hace en funcion del detector. En el caso del detector de captura de electrones (ECD) se utiliza argon. La velocidad de flujo se controla por medio de reguladores de presion, manometros y medidores de flujo. El rango de presiones varia entre 0. 7 y 3. 5 kg/cm2 por encima de la presion ambiental, lo que porporciona una velocidad de flujo de 25 a 50 ml/min en las columnas de relleno y e 1 a 25 ml/min en las columnas capilares. El caudal de gas portador se mide al final de la columna mediante un medidor de pompas de jabon. Sistema de inyeccion La eficacia de la columna obliga a que la muestra sea de un tamano adecuado y que se aplique instantaneamente; inyecciones lentas o muestras de volumen excesivo producen ensanchamiento de las bandas y disminuye la eficacia. La muestra se introduce en el inyector con una microjeringa a traves de una membrana de caucho o silicona (septum).

La camara de inyeccion es de acero inoxidable o niquel con un sistema de calefaccion electrico y un aislamiento termico que permita mantener una temperatura constante 50? C por encima del punto de ebullicion del analito. Tipos de columnas Existen dos principales tipos de columnas, las de relleno y las capilares. Su funcion es contener la fase estacionaria y es ahi donde se lleva a cabo la separacion cromatografica. Las columnas de relleno son de cobre, acero inoxidable, aluminio, vidrio o teflon. Tienen un diametro entre 2 y 4mm y una longitud de entre 2 y 3m.

La eficacia esta en torno a 1. 000-2. 000 (platos teoricos/m). Suelen emplearse para muestras poco complejas, maximo de 10 componentes. La columna esta rellena de un material solido, llamado soporte, finamente dividido y homogeneo, recubierto por una capa de 0. 05-1? m de espesor de fase estacionaria liquida. Esta configurada en forma helicoidal. Las columnas capilares tienen un diametro interior inferior a 1 mm (320-250 ? m) y una longitud de 5 a 50m. Suelen construirse con silice fundida que le dan gran resistencia fisica y flexibilidad.

Alcanzan una eficacia hasta de 4. 000 (platos teoricos/m) y se usan para muestras complejas. La fase estacionaria se deposita sobre las paredes interiores del tubo capilar. Otro tipo de columnas capilares son con soporte recubierto, en la que la superficie interna del capilar esta recubierta de una capa de material de soporte (tierras diatomeas) de 30? m, lo que permiten una mayor cantidad de fase estacionaria y por tanto de muestra. Una caracteristica fundamental para la cromatografia de gases es la temperatura de la columna.

En muestras de parecidos puntos de ebullicion la temperatura optima es ligeramente superior al punto de ebullicion medio de los componentes de la muestra. En el caso de muestras complejas en las que los puntos de ebullicion de los componentes son muy diferentes, se recomienda emplear una programacion de temperatura aumentando esta continueamente a medida que avanza la separacion-el aumento de la temperatura reduce los tiempos de retencion. Fase estacionaria La fase estacionaria de una columna cromatografica debe reunir las siguientes caracteristicas: Baja volatilidad: su punto de ebullicion debe ser por lo menos 100? C superior a la temperatura maxima de operacion de la columna. – Estabilidad termica – Inercia quimica – Los valores del factor de capacidad y del factor de selectividad de los analitos deben estar dentro de los intervalos recomendados. La separacion en CGL se debe a los diferentes coeficientes de reparto del analito entre la fase movil y la fase estacionaria y tiene que haber un cierto grado de los compuestos con la fase estacionaria. Por ello una caracteristica muy importante de la fase estacionaria es la polaridad.

Los solutos se retienen mas en las fases liquidas de polaridad parecida, lo que permite obtener mejores separaciones. Las fases estacionarias compuestas de hidrocarburos y de dialquilsiloxanos son poco polares, las compuestas por poliester son muy polares. Otro factor que se debe tener en cuenta son los limites de temperatura que puede soportar la fase estacionaria, el limite inferior sera el punto de fusion o temperatura a la que la viscosidad de la fase liquida es muy elevada, lo que haria disminuir la eficacia.

El limite superior es la temperatura a la que la presion de vapor de esta fase sea 0. 1mmHg (250? C inferior al punto de ebullicion) por encima de esta temperatura se produce un arrastre de la fase liquida, lo que lleva consigo consecuencias en el detector, interferencias con los solutos y el deterioro de la columna. Los soportes solidos deben tener una elevada superficie especifica, una superficie homogenea, estabilidad termica, geometria adecuada, baja dispersion de tamano de las particulas, dureza mecanica, inercia quimica y naturaleza porosa.

Los mas utilizados son los de silice como las tierras diatomeas o sinteticos, de vidrio o de polifluorocarbonados. Los soportes de diatomeas estan constituidos por residuos de algas unicelulares diatomaceas que se unen formando filamentos. Detector Un detector es un dispositivo capaz de medir una propiedad fisica del gas portador, la cual varia con la presencia de pequenas cantidades de analito; debe reunir una serie de caracteristicas: Alta sensibilidad(relacion entre la repuesta del detector y la magnitud fisica de la muestra detectada) Buena estabilidad

Respuesta continua y reproducible a los cambios de concentracion del compuesto Respuestas adecuadas al mayor numero posible de muestras Tiempo de respuesta corto Reactividad nula Se agrupan segun algunas caracteristicas como: Integrales, diferenciales Destructivos /no destructivos Discriminativos/no discriminativos Los detectores integrales proporcionan en cualquier instante una medida de la cantidad total del material eluidodesde que comienza la deteccion. Los cromatogramas consisten en una serie de escalones cuyas alturas indican las cantidades del soluto.

Los detectores diferenciales corresponden a la primera derivada de la variacion de la concentracion del efluente en funcion del tiempo y el cromatograma consiste en una serie de picos. Los detectores destructivos descomponen la sustancia durante el proceso de deteccion y suelen responder a la velocidad a la que la muestra pasa por el sistema de deteccion por su parte los detectores no destructivos tienen la propiedad de de no alterar los compuestos medidos y que corresponden generalmente a la concentracion del compuesto medido en el gas portador.

Los detectores no discriminativos dan informacion de la cantidad de muestra diluida, pero no la identifican. Como los datos de retencion por si solos no suelen ser suficientes para caracterizar de forma inequivoca la sustancias, se tiende a usar detectores discriminativos, los mas empleados son el espectrometro de masas y el espectrometro de infrarrojo. Detector de captura de electrones El detector de captura de electrones es un tipo de detector utilizado en cromatografia de gases. Fue inventado por james lovelock.

Su funcionamiento basico se basa en la emision de una particula ? (electron) por parte de atomos como el 63Ni o tritio adsorbido sobre una placa de platino o titanio Tipicamente, un ECD (electron capture detector) contiene unos 5 milicurios de emisor ?. Dicho electron ioniza el gas portador y se produce una rafaga de electrones. Si se aplica un campo electrico constante mediante un par de electrodos por ejemplo se tendra una corriente constante entre ambos del orden de un nano amperio. Si embargo e tienen especies organicas en el gas y estas capturan parte de los electrones disminuyendo por tanto la intensidad de la corriente. Normalmente es necesario aplicar el potencial en forma de impulsos para lograr una respuesta lineal del detector. Este detector debe ser muy selectivo y es sensible a la presencia de moleculas con grupos electronegativos como halogenos, peroxidos, quinonas, grupos nitro, grupos que contiene atomos de halogeno (cloro, bromo, yodo), oxigeno y nitrogenos. Otros grupos como el alcohol, amina e hidrocarburos no dan senal. Ventajas: simple y robusto ajo mantenimiento no destructivo muy sensible , del orden de g/ml de gas portador Desventajas bajo rango dinamico lineal , 102 unidades precauciones de uso debido a la presencia de material radioactivo (63ni o triptio) dicho material se encuentra en un cilindro sellado de acero y debe ser revisado periodicamente. De este proceso de ionizacion, en ausencia de especies organicas, resulta una corriente constante entre un par de electrodos. Sin embargo, la corriente disminuye significativamente en presencia de moleculas organicas que tienden a capturar electrones.

La respuesta no es lineal, a no ser que el potencial a traves del detector se aplique en forma de impulsos. Los detectores de captura de electrones son altamente sensibles y tienen la ventaja de no alterar la muestra de manera significativa (a diferencia del detector de llama). Por otra parte, su intervalo de respuesta lineal se limita normalmente a uno, dos ordenes de magnitud. Los detectores de captura de electrones, se basa en la captura de electrones libres procedentes de la ionizacion del gas portador; disminuyendo por lo tanto la ionizacion.

Son muy sensibles (10-14 g soluto/ ml) y no son destructivos. La celula de conductividad consta de un anodo, un catodo y una fuente radiactiva de 63Ni que produce particulas ?. Entre el anodo y el catodo se establece una diferencia de potencial suficiente para recoger todos los electrones pero no los iones. Se utiliza Argon-metano 95-5 como gas portador para evitar la formacion de iones metaestables. Cuando el Ar-CH4 se introduce a la celula, sus moleculas se bombardean por las particulas ? y la ionizacion del gas da origen a electrones libres.

La atraccion de electrones al anodo crea una corriente base. Si una muestra susceptible de capturar electrones (hidrocarburos clorados) se encuentra en la corriente de gas portador y entra en la celula de captura electronica reduce la corriente, produciendo una disminucion en la senal de salida del detector. Como se menciono antes su principal es para compuestos organoclorados (pesticidas, herbicidas) aunque tambien es valido para aromaticos polinucleares, nitrocompuestos, anhidridos y compuestos azufres, asi como el NO2 y SO2 procedentes de chimeneas .