cromatografia de gases
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• UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
LICENCIATURA EN QUÍMICA
QUÍMICA ANALÍTICA IV
CROMATOGRAFÍA DE GASES
ALUMNNOS
Carlos Antonio García Romero
Jesús Hernández Vázquez
MARZO 2015
INTRODUCTION
Chromatography is a method of instrumental analysis that is able of producing information. Which may describe the qualitative and
quantitative composition of mixtures.
The first chromatograph to be described in the literature was that constructed by the inventors of the technique, James and Synge, in 1942 (1). This was used to separate plant pigments.
Archer John Porter Martin Richard Laurence Millington Synge
En GC se aplica un medio de transporte
gaseoso (fase móvil) para la
separación.
El transporte de los componentes de la muestra a través de la columna se lleva a cabo con la fase móvil.
Sólo muestras volátiles
pueden ser separados
por GC.
CROMATOGRAFO DE GASES
1- Suministro de gas portador 2- Inyector de muestra 3- Columna 4- Detector 5- Gas auxiliar (Ar, N2)
FASE MOVÍL
El Helio es el gas portador
más común y es compatible con la mayoría de los detectores.
La elección del gas
portador:
A-La naturaleza de la muestra.
B- Fase estacionaria.
C- Detector utilizado.
FASES MÓVILES MÁS UTILIZADAS
H2
„ Posee alta conductividad térmica, barato, baja viscosidad. „ Puede originar explosiones.
He
„ Tiene un mejor caudal o flujo que el hidrógeno. „ Tiene un precio elevado.
N2
„ Seguro, barato y de fácil purificación. „ Presenta baja conductividad térmica.
CONTROL DE FLUJO
Flujo constante de la fase móvil
Las presiones que se
alcanzan van de los 10 a los
50 psi (lb/pulg2).
Proporcionan un flujo de 25 a
50 ml/min.
Reguladores de presión y
manómetros para controlar la velocidad de
flujo del gas.
INYECCION DE MUESTRA
La cantidad de muestra depende de la capacidad de la columna a utilizar
1-2 μL
La inyección depende de:
Analito, columna, detector, velocidad de flujo, fase estacionaria.
Puede ser:
Líquido
Gas
Sólido
Muestras que se descomponen por encima de su punto de ebullición.
Forma preferida de análisis cuantitativo.
Para análisis de trazas, que constituyen menos del
0.01% de la muestra.
Muestras térmicamente inestables.
Utiliza un divisor de flujo a la entrada de la columna
que desecha parte del analito introducido.
INYECCIÓN EN COLUMNAS
INYECCIÓN SIN DIVISIÓN
INYECCIÓN CON DIVISIÓN
TIPOS DE INYECCIÓN DE MUESTRA
Determinación de los componentes volátiles cuando se encuentran en equilibrio en un
recipiente cerrado.
Forma de introducir
muestras tales como muestras
solidas o liquidas poco volátiles.
INYECCIÓN DE ESPACIO DE
CABEZA
METODO ESTATICO
• La muestra es calentada dentro de un frasco y es llevada al equilibrio entre la fase gaseosa y la misma.
• Una parte de la fase gaseosa de volumen conocido es introducida en el cromatógrafo para su análisis por una jeringa o dosificador automático.
METODO DINAMICO
• El método es similar al estático, con la diferencia que se mantiene un flujo continuo de gas por enzima de la muestra, el cual arrastra los componentes volátiles.
LA COLUMNA
Es el elemento esencial del cromatógrafo de gases, ya que en ella
tienen lugar la separación del analito.
La fase estacionaria que se encuentra en la columna se divide en
dos grupos:
1.- Cromatografía gas-solido (CGS)
2.- Cromatografía gas-liquido (CGL)
Fase Liquida
TIPOS DE COLUMNAS
Columnas tubulares abiertas
De pared recubierta WCOT
Recubierta de soporte SCOT
Capa porosa PLOT
Columnas empaquetadas
COLUMNAS TUBULARES ABIERTAS
Largas y estrechas de 1 a 100 m de largo y de un grosor de 0.1 a 0.5 μm, fabricadas de sílice fundida (SiO2) y recubiertas de poliimida (plástico capaz de resistir 350 ºC)
Las columnas estrechas dan mayores resoluciones que las columnas anchas.
Permiten mayor resolución, mayor rapidez de análisis, y mayor sensibilidad que las columnas empaquetadas; aunque tienen menor capacidad de muestra.
COLUMNAS DE PARED RECUBIERTA
Se caracterizan por estar recubiertas en su interior por una
película de fase estacionaria líquida.
COLUMNA RECUBIERTA DE SOPORTE
Consta de partículas sólidas adheridas a
la pared interior que están recubiertas de la fase estacionaria
líquida.
COLUMNA DE CAPA POROSA
Las partículas sólidas son la fase
estacionaria líquida
COLUMNAS EMPAQUETADAS
Contienen un soporte sólido de partículas finas recubiertas de una fase estacionaria líquida no volátil, o el solido mismo es la fase estacionaria.
Las columnas empaquetadas son útiles para separaciones preparativas o para separar gases que no son muy retenidos.
Las columnas comunes son de acero inox., níquel o vidrio, y sus dimensiones típicas son 3-4 mm de diámetro y 1-5 m de longitud.
• Fase no polar • Fase polar • Fase semi-polar
ELECCIÓN DE FASE SOLIDA
• Estructura química similar a la de los analitos (polaridad)
• Mayor punto de ebullición
REQUISITOS
• AMPLIO RANGO DE TRABAJO (100°c-300°c)
• Estabilidad térmica • Baja viscosidad • Interactuar con los
solutos (disolver) • inerte
FASE SOLIDA
Solido adsorbente:
Generalmente Sílice y Alúmina.
Fase Aplicaciones T° Maxima Estructura
Polidimetil siloxano
OV/ 1, SE-30
Com. Aromáticos
polinucleados, fármacos, esteroides.
350°C
Fenilpolidimetil siloxano
OV-17
Fármacos, esteroides, pesticidas,
glicoles.
250°C
Polietilenglicol
Carbowax 20M
Ácidos libres,
alcoholes, esteres, aceites
esenciales, glicoles.
250°C
Po
larid
ad
Baja
Alta
El horno de calefacción permite:
A- amplio rango de temperaturas.
B- variación lineal de la temperatura.
C- Trabajo a temperatura fija (cromatografía isotérmica) y ΔT°C/Δt ( cromatografía con gradiente de temperatura)
La columna esta esta situada dentro del horno para controlar la temperatura.
HORNO DE SEPARACIÓN
ZONA DE INYECCIÓN
Temperatura suficiente para vaporizar el analito y suficientemente baja para que no
lo descomponga.
DETECTOR .
Temperatura adecuada entre el detector-columna.
Condensación del analito y un error en la medición.
COLUMNA
Afecta la distribución del soluto en la fase móvil (volatilidad) y la fase
estacionaria (movilidad).
“Éxito de la separación”
EFECTO DE LA TEMPERATURA
DETECTORES
DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA
DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
DETECTOR DE CAPTURA ELECTRÓNICA
ESPECTROMETRÍA DE MASAS
Por lo general, un detector no identifica qué sale de la columna, sólo nos dice que algo está saliendo.
Los sistemas de detección deben responder rápidamente a las pequeñas concentraciones de solutos que salen de la columna.
El detector debe dar una respuesta rápida, que sea lineal, estable y uniforme para gran variedad de especies químicas.
DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA
El detector de ionización de llama es muy sensible, y da
una respuesta bastante lineal.
La señal emitida es proporcional al número de
átomos de carbono ionizables.
DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Es de aplicación universal, responde a todos los analitos.
Se compone de una fuente calentada eléctricamente.
Mide la capacidad de una sustancia para transmitir calor de una región caliente a una
fría.
El elemento térmico puede ser un filamento de Pt, Au o W
Se utilizan detectores gemelos; uno sobre la cámara de
inyección de la muestra, el otro debajo de la columna.
Se colocan en circuito para cancelar la conductividad térmica
del gas portador.
Estos detectores tienen un intervalo dinámico bastante lineal, responden a muchas
especies orgánicas e inorgánicas. No destruyen la muestra.
DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES
Responde selectivamente a los compuestos orgánicos que contienen
halógenos.
La muestra que sale de la columna pasa a través de un emisor de
partículas beta radiactivas, que suele ser níquel 63.
Si en el detector no hay una especie orgánica, la corriente
generada por la ionización permanece constante.
En presencia de moléculas orgánicas que poseen grupos funcionales electronegativos la corriente disminuye.
El detector responde modificando la frecuencia de los impulsos de voltaje entre ánodo y cátodo para mantener
constante la corriente.
Detector muy sensible los compuestos que contienen
halógenos, peróxidos, quinonas y grupos nitro.
Insensible a grupos funcionales como aminas, alcoholes e hidrocarburos.
La espectrometría de masas es el mejor
detector de cromatografía de gases y también el mas costoso.
El espectro de masas es extremadamente sensible
y proporciona información cualitativa y
cuantitativa.
Con este se puede medir fácilmente un
componente en un cromatograma complejo
de compuestos separados.
Técnica que se basa en ionizar moléculas
gaseosas (cationes), acelerándolas en un campo magnético.
El proceso de ionización suministra suficiente energía para que las
moléculas se rompan en diversos fragmentos.
Separación de acuerdo a sus masas.
ESPECTROMETRÍA DE MASAS
Componentes
Fuente de ionización
Ioniza el material a ser analizado.
Analizador de masa
Un campo eléctrico o magnético afecta la trayectoria y la velocidad de las partículas cargadas de una cierta
manera.
Detector
Registra la carga inducida o la corriente producida cuando un ion pasa cerca o golpea una superficie.
Un espectrómetro de masas es un grafico que muestra la abundancia
relativa de cada fragmento que choca con el detector.
Cuando se trabaja de un modo selectivo aumenta la
relación señal-ruido y disminuye el limite de detección del analito .
Esto se debe a que se invierte mas tiempo en
recoger los iones de interés, disminuyendo el
tiempo limite de detección.
Debido a sus propiedades carcinogénicas y mutagénicas los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) han sido estudiados ampliamente. La determinación de los HAP en tejidos de organismos marinos requiere de métodos adecuados para su extracción, identificación y cuantificación, ya que este tipo de matrices contiene mezclas complejas de compuestos de naturaleza lipofílica que interfieren en el análisis.
Muestras La muestra de pescado que se utilizó para desarrollar y optimizar el método se compró en el supermercado. 1- Preparación de la muestra 1.0 gramo de tejido de pescado previamente liofilizado (4.89 g peso húmedo). La muestra se puso a digestión en un equipo Soxhlet por 4 horas bajo reflujo con 50 mL de una solución metanólica de KOH al 20 % (p/v). Después de enfriarse, se extrajo cuatro veces con 25 mL de hexano, colectándose estos extractos y secándose con Na2SO4 anhidro. Posteriormente se llevaron a 2 mL aproximadamente utilizando un rotavapor y se ajustó con hexano al volumen final. La purificación del extracto se realizó por cromatografía en columna y por EFS utilizando cartuchos comerciales. 2-Análisis por cromatografía de gases (CG) Las fracción aromática del procedimiento se analizo por CG usando un cromatógrafo de gases Hewlett Packard Modelo 5890 Serie Plus equipado con un sistema de inyección en columna, control CROMATOGRAFÍA DE GASES DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS con control electrónico de presión y detector de ionización de llama. Los análisis se efectuaron en columna capilar de sílice fundida de PTETM-5 Supelco (30 m X 0.25 mm d.i. X 0.25 µm). La temperatura del inyector se mantuvo 3 ºC arriba de la del programa de la columna. El programa de temperatura fue: 60 ºC, durante 1 min e incrementos de 20 ºC/min hasta 250 ºC y 5 ºC/min a 320 ºC durante 20 min. El flujo de He fue constante (2 mL/min).
Cromatograma de la fracción aromática del extracto. Naftaleno (pico1), acenaftileno (pico 2), acenafteno (pico 3), fluoreno (pico 4), fenantreno (pico 5), antraceno (pico 6), fluoranteno (pico 7), pireno (pico 8), benzo(a)antraceno (pico 9), criseno (pico 10), benzo(b)fluoranteno (pico 11), benzo(k)fluoranteno (pico 12), benzo(a)pireno (pico 13), indeno(1,2,3-cd)pireno (pico 14), dibenzo(a,h)antraceno (pico 15), benzo(g,h,i)perileno (pico 16), escualeno (e), fenoles (pico fe), 2-etil-hexil ftalato (pico ft), desconocido (pico D).
BIBLIOGRAFIA TÉCNICAS ANALÍTICAS DE SEPARACIÓN, M. VALCÁRCEL CASES, A.
GÓMEZ HENS, ED. REVERTÉ, EDICIÓN 2003. PÁG 615-653
A.J.P. MARTIN AND R.L.M. SYNGE: BIOCHEM. J., 35 (1941) 1358 http://www.atmosfera.unam.mx/editorial/rica/acervo/vol_19_1/2.pdf