Cromatografía de gases

- Jan 16, 2018 -

Cromatografía de gases


La cromatografía de gases es un término utilizado para describir el grupo de técnicas analíticas de separación utilizadas para analizar sustancias volátiles en la fase gaseosa. En la cromatografía de gases, los componentes de una muestra se disuelven en un disolvente y se vaporizan para separar los analitos distribuyendo la muestra entre dos fases: una fase estacionaria y una fase móvil. La fase móvil es un gas químicamente inerte que sirve para transportar las moléculas del analito a través de la columna calentada. La cromatografía de gases es una de las únicas formas de cromatografía que no utiliza la fase móvil para interactuar con el analito. La fase estacionaria es un adsorbente sólido, denominado cromatografía gas-sólido (GSC), o un líquido sobre un soporte inerte, denominado cromatografía gas-líquido (GLC).

Introducción

A principios de 1900, Mikhail Semenovich Tsvett descubrió la cromatografía de gases (CG) como una técnica de separación para separar compuestos. En química orgánica, la cromatografía en columna líquido-sólido se usa a menudo para separar compuestos orgánicos en solución. Entre los diversos tipos de cromatografía de gases, la cromatografía gas-líquido es el método más comúnmente utilizado para separar compuestos orgánicos. La combinación de cromatografía de gases y espectrometría de masas es una herramienta invaluable en la identificación de moléculas. Un cromatógrafo de gases típico consiste en un puerto de inyección, una columna, equipo de control de flujo de gas portador, hornos y calentadores para mantener las temperaturas del puerto de inyección y la columna, un grabador integrador y un detector.

Para separar los compuestos en la cromatografía gas-líquido, se inyecta una muestra de solución que contiene compuestos orgánicos de interés en el puerto de muestra donde se vaporizará. Las muestras vaporizadas que se inyectan son transportadas por un gas inerte, que a menudo se utiliza con helio o nitrógeno. Este gas inerte pasa a través de una columna de vidrio llena de sílice que está cubierta con un líquido. Los materiales que son menos solubles en el líquido aumentarán el resultado más rápido que el material con mayor solubilidad. El propósito de este módulo es proporcionar una mejor comprensión sobre sus técnicas de separación y medición y su aplicación.

En GLC, la fase estacionaria líquida se adsorbe en un empaquetamiento inerte sólido o se inmoviliza en las paredes de los tubos capilares. La columna se considera empaquetada si el tubo de la columna de vidrio o metal está lleno de pequeños soportes esféricos inertes. La fase líquida se adsorbe en la superficie de estas perlas en una capa delgada. En una columna capilar, las paredes del tubo están recubiertas con la fase estacionaria o una capa adsorbente, que es capaz de soportar la fase líquida. Sin embargo, el método de GSC tiene una aplicación limitada en el laboratorio y rara vez se utiliza debido a la acumulación severa de picos y la retención semipermanente de compuestos polares dentro de la columna. Por lo tanto, el método de cromatografía gas-líquido simplemente se abrevia a la cromatografía de gases y aquí se lo denominará. El propósito de este módulo es proporcionar una mejor comprensión sobre sus técnicas de separación y medición y su aplicación.

Instrumentación

Inyección de muestra

Se necesita un puerto de muestra para introducir la muestra en la cabecera de la columna. Las modernas técnicas de inyección emplean a menudo puertos de muestras calentados a través de los cuales la muestra se puede inyectar y vaporizar de forma casi simultánea. Se usa una microjeringa calibrada para entregar un volumen de muestra en el rango de unos pocos microlitros a través de un tabique de goma y dentro de la cámara de vaporización. La mayoría de las separaciones requieren solo una pequeña fracción del volumen de muestra inicial y se usa un divisor de muestra para dirigir el exceso de muestra al desecho. Los cromatógrafos de gases comerciales a menudo permiten inyecciones divididas y splitless cuando se alternan columnas empaquetadas y columnas capilares. La cámara de vaporización se calienta típicamente a 50 ° C por encima del punto de ebullición más bajo de la muestra y posteriormente se mezcla con el gas portador para transportar la muestra a la columna.

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Figura 1. Una vista en corte transversal de un inyector directo de vaporizador de microflash.

Gas portador

El gas portador juega un papel importante y varía en el GC utilizado. El gas portador debe estar seco, libre de oxígeno y de fase móvil químicamente inerte empleada en la cromatografía de gases. El helio se usa más comúnmente porque es más seguro que, pero compatible con el hidrógeno en cuanto a su eficiencia, tiene un rango más amplio de caudales y es compatible con muchos detectores. El nitrógeno, el argón y el hidrógeno también se usan dependiendo del rendimiento deseado y del detector que se utilice. Tanto el hidrógeno como el helio, que se utilizan comúnmente en la mayoría de los detectores tradicionales como la ionización de llama (FID), la conductividad térmica (TCD) y la captura de electrones (ECD), proporcionan un tiempo de análisis más corto y menores temperaturas de elución de la muestra y bajo peso molecular. Por ejemplo, el hidrógeno o helio como el gas portador da la sensibilidad más alta con TCD porque la diferencia en la conductividad térmica entre el vapor orgánico y el hidrógeno / helio es mayor que el otro gas portador. Otros detectores, como la espectroscopía de masas, utilizan nitrógeno o argón que tienen una ventaja mucho mejor que el hidrógeno o el helio debido a sus pesos moleculares más altos, en los que mejoran la eficacia de la bomba de vacío.

Todos los gases portadores están disponibles en tanques presurizados y los reguladores de presión, medidores y medidores de flujo se utilizan para controlar meticulosamente el caudal del gas. La mayoría de los suministros de gas utilizados deben estar entre 99.995% y 99.9995% de rango de pureza y contener niveles bajos (<0.5 ppm)="" de="" oxígeno="" e="" hidrocarburos="" totales="" en="" el=""> El sistema de gas portador contiene un tamiz molecular para eliminar el agua y otras impurezas. Las trampas son otra opción para mantener el sistema puro y óptimo y eliminar rastros de agua y otros contaminantes. Se requiere una regulación de presión de dos etapas para minimizar las sobretensiones y controlar el caudal del gas. Para controlar el caudal del gas, un regulador de flujo o presión también se requería tanto en el tanque como en la entrada de gas del cromatógrafo. Esto aplica un tipo de gas diferente que utilizará un tipo diferente de regulador. El gas portador se precalienta y se filtra con un tamiz molecular para eliminar las impurezas y el agua antes de introducirlo en la cámara de vaporización. Normalmente se requiere un gas portador en el sistema GC para que fluya a través del inyector y empuje los componentes gaseosos de la muestra en la columna GC, que conduce al detector (consulte más detalles en la sección del detector).

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Figura 2. Recomendaciones de gas para columnas capilares

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Figura 3. Recomendaciones de gas para columnas empaquetadas

Horno de columna

El horno termostatizado sirve para controlar la temperatura de la columna dentro de algunas décimas de grado para realizar un trabajo preciso. El horno puede operarse de dos maneras: programación isotérmica o programación de temperatura. En la programación isotérmica, la temperatura de la columna se mantiene constante durante toda la separación. La temperatura óptima de la columna para la operación isotérmica es aproximadamente el punto medio del rango de ebullición de la muestra. Sin embargo, la programación isotérmica funciona mejor solo si el rango del punto de ebullición de la muestra es estrecho. Si se utiliza una temperatura de columna isotérmica baja con un amplio rango de punto de ebullición, las fracciones de bajo punto de ebullición están bien resueltas, pero las fracciones de alto punto de ebullición son lentas para eluir con un amplio ensanchamiento de banda. Si la temperatura aumenta más cerca de los puntos de ebullición de los componentes de mayor punto de ebullición, los componentes de mayor punto de ebullición eluyen como picos agudos, pero los componentes de menor punto de ebullición se eluyen tan rápido que no hay separación.

En el método de programación de temperatura, la temperatura de la columna se aumenta de forma continua o en pasos a medida que avanza la separación. Este método es muy adecuado para separar una mezcla con un amplio rango de punto de ebullición. El análisis comienza a baja temperatura para resolver los componentes de bajo punto de ebullición y aumenta durante la separación para resolver los componentes menos volátiles y de alto punto de ebullición de la muestra. Las tasas de 5-7 ° C / minuto son típicas para las separaciones de programación de temperatura.

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Figura 3 . El efecto de la temperatura de la columna en la forma de los picos.





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