Cromatografía de Gases
Fundamentos
En la cromatografía de gases (CG), la fase móvil (FM) es un gas portador, mientras que la muestra se volatiliza e inyecta en la cabeza de la columna cromatográfica. La FM no interactúa con las moléculas de analito; su función es transportarlas a través de la columna. Existen dos tipos principales de CG: gas-líquido (reparto) y gas-sólido (adsorción). El gas portador debe ser químicamente inerte (por ejemplo, He, N2). La CG se emplea para separar sustancias volátiles y térmicamente estables. Los analitos se distribuyen entre la fase estacionaria (FE) y la FM. Se disuelven en la FE líquida en mayor o menor medida según su polaridad. La temperatura (Tº) es muy importante: los gases son más solubles en líquidos a baja Tº, mientras que al aumentar la Tº tienden a escapar del líquido en función de su volatilidad.
Instrumentación
- Gas portador: Deben ser químicamente inertes, de alta pureza, exentos de humedad, O2 e hidrocarburos. Los caudales se controlan mediante un regulador de presión. El intervalo de presión de entrada oscila entre 10-50 psi, lo que conduce a caudales de 25-150 ml/min en las columnas de relleno y de 1-25 en las capilares. La presión se regula con los manómetros y el caudal se mide con un caudalímetro.
Sistemas de Inyección
La eficacia de la columna requiere que la muestra sea de un tamaño adecuado y que se introduzca como un «tapón» de vapor. El método más común de inyección de muestra implica el uso de una microjeringa para inyectar una muestra líquida o gaseosa a través de un diafragma o septa de goma de silicona en una cámara de vaporización instantánea situada en la cabeza de la columna (la cámara está a 50 ºC por encima del punto de ebullición del componente más volátil). Para columnas ordinarias, el tamaño de la muestra varía desde unas pocas décimas de μL hasta 20 μL. Las columnas capilares exigen muestras mucho menores (10-3 μL), empleándose un sistema divisor de la muestra que permite pasar a la cabeza de la columna una pequeña fracción de muestra desechando el resto.
Existen varios tipos de inyección:
Inyección con división (SPLIT): Para analitos con concentración elevada en la muestra y que evita la saturación de la FE. Se inyecta entre 0,2-2% de la muestra con Tº de inyección elevada. El liner posee una cámara de mezcla para homogeneizar la muestra (buena resolución).
Inyección sin división (SPLITLESS): Para el análisis de trazas (<0,01%). El liner es un tubo recto. Se inyecta el 80% de la muestra a una Tº -50 ºC evitando la descomposición. Termina durante el tiempo de residencia (1 min). El flujo total es del orden de 0,01 ml/min.
Inyección en columna: Se utiliza para analitos que se descomponen térmicamente. La inyección se realiza directamente en la columna cuya cabeza e inyector tienen una Tº baja.
Inyección por espacio de cabeza: Se inyecta el gas que está en equilibrio con la muestra líquida mantenida a Tº constante en un vial cerrado. Se utiliza en analitos volátiles en muestras poco volátiles. Tiene como ventajas: eliminar interferencias de la matriz, reduce el pico del disolvente, mejora la sensibilidad y simplifica la preparación de la muestra.
Inyección por purga o trampa: La muestra se pone en un recipiente con una entrada de gas inerte que arrastra a los compuestos volátiles que quedan atrapados en una trampa adsorbente. Tras el periodo de purga, la trampa se calienta y los analitos se desorben y pasan al cromatógrafo de gases. Los compuestos adsorbentes pueden ser Tenax, fenilmetilpolisiloxano, etc. Se usan para el análisis de trazas de analitos volátiles en muestras poco volátiles. Sus ventajas son que purga todo el analito (preconcentración), elimina interferencias de la matriz y reduce el pico del disolvente.
Tipos de Columnas
De relleno: L=1-4 m y D=2-6 mm. La FE puede ser sólida o un líquido impregnado en partículas sólidas inertes (de naturaleza silícica).
Capilares: La FE impregna directamente las paredes de la columna. Su D=0,2-0,5 mm y L=100 m. Son de acero, aluminio, teflón o vidrio. Las ventajas son que poseen una mayor resolución (Rs) ya que al ser más largas tienen mayor número de platos teóricos (N), tienen mejor tiempo de retención (tR) y una menor cantidad de muestra (μg) frente a las de relleno; por último, tienen menor difusión y, por tanto, picos más estrechos.
Fases Estacionarias
–Cromatografia gas-sol(GSC): Se basa en la adsorcion de los analitos en la FE en columnas de reyeno o capilares en cuya pared se deposita una capa delgada d
adsorbente (PLOT). Estos adsorbentes pueden ser: Carbón activo, producen fuerzas de London y retienen a hidrocarburos y fenoles; Alúmina, crean pteH, ins.teracciones dip-dip, acepcion d e-(retienen hidrocarburos ligeros y freones); Gel de silice, crean ptes.H con OH suerficial, interacciones dip-dip (retienen el CO2); Poliestireno, adsorcion en los fenilos, retienen el H2O,NH3 y alcoholes; Zeolitas, son tamices moleculares k separan los gases xtamaño. No son utiles pra el H20 ni CO2 yak necesitan una fuente de adsorcion. Se usan xa gases nobles, CO,O2,N2 e hidrocarburos de cadena corta.
–GLC: la separacion se basa en fenomenos d reparto entre la FE y la FM y depende de la polaridad y pro. ebu. Las propiedades deseabes para una FE en una columna de gas-liq comprenden: baja volatilidad, inercia frente a los solutos y estabilidad termica, recubrimiento uniforme dlos soportes solidos, baja viscosidad y selectividad adecuada a la separacion.
Dependiendo de la polaridad de los solutos stos kedan +o- retenidos por la FE–> No polar (hidrocarburos saturados, olefínicos y aromaticos, halocarburos y mercaptanos); polaridad intermedia debil (eteres, cetonas, aldehidos, esteres, aminas3º, nitroderivados); polaridad intermedia fuerte (OH, ac.carbox, fenoles, aminas1ºy2º, oximas); muy polar(polihidroxialcoholes, aminoalcoholes, hidroxiacidos)
– Caracteristicas de las FE: polaridad (capacidad de la FE de separar compuestos polares de los no polares); selectividad (propiedad de la FE de separar compuestos con diferentes estructuras); Baja volatilidad (150ºC); Inercia frente a los solutos y estabilidad térmica; Baja viscosidad; Recubrimiento uniforme de los soportes sólidos.
Detectores: los tipos dedetectores son:
-De ionizacion de llama(FID): el eluato se mexcla con H2 y aire en una llama. El gas portador se ioniza poco. Las moleculas organicas se pirolizan produciendo iones CHO+ en la llama, kson repelidos hacia un electrodo colector- Se produce un aumento dla corriente de ionizacion. Es selectivo para compuestos con atomos de C ionizacles. Es muy sensible, a la masa, más que a la concentración. En consecuencia, este detector tiene la
ventaja de que los cambios en el caudal de la fase móvil tienen poco efecto. Insensible a compuestos de cadena corta con grupos funcionales tales como alcohol, carbonilo, amina y halógeno que originan en la llama pocos iones o prácticamente ninguno (forman los oxidos : CO2 , NO x y ClOx ). Además, el detector es insensible a los gases no combustibles como H2O, CO2 , SO2 , y NOx (ventaja no interfieren).
-D.termoionico(TID): detector de llama alcalina o d N fosforo. Es selectivo de los compuestos organicos kcontienen NyP. El efluente de la columna se mezcla con H2, pasa a traves de la llama y se kema. El gas caliente fluye alrededor duna bola de silicato de rubidio caliente, la cual forma un plasma donde se forman muchos iones a partir de moleculas kcontienen P o N. Sensibilidad 100 fg/s
-D.captura electronica: Una lámina de 63Ni produce radiación β k ioniza al gas portador (N2+β– N2+ + 2e- ). Los e- son atraídos por un ánodo produciendo una corriente. Moléculas de analito de gran electroafinidad captan los e- y el detector varía su voltaje para mantener la corriente constante Selectivos para halogenados, -C=O conjugados, -C≡N, -NO2 y organometálicos. Insensible a hidrocarburos, alcoholes, cetonas y aminas (especies electronegativas) Sensibilidad 5 fg/s y no alteran la muestra.
-D.conductividad termina(TCD):El eluato se pone en contacto con un filamento de Re-W cuya resistencia depende de la Tº. Los analitos disminuyen la conductividad térmica del gas portador, aumentando la T del filamento y su resistencia. Se emplea He o H2 yak sus conductividades térmicas son altas). Utiliza medidas diferenciales. Es un D universal, no destructico, xo tiene baja sensibilidad xlok no se utiliza en columnas capilares.
-D.fotometrico de llama(FPD): se utiliza para el analisis de contaminantes del aire y del agua como los pesticidas e hidrocarburos. Es selectivo a compuestos k contienen S y P. El eluyente se hace pasar a traves de una llama de H2 aire a baja Tº la cual convierte parte del P en HPO k emite radiacion detectadas en un Tubo Fotomultiplicador. Sensibilidad: P1pg>10pg>
-D.emision atomica(AED):El eluato llega a un plasma cavitado de helio generado por microondas (MIP). Combustión de los solutos y se mide la emisión de los elementos constitutivos del analito. Sensibilidad 0,1-20 pg/s
-D. espectrometria de masas:Es un detector discriminativo. El efluente de la columna llega hasta la fuente de ionización a través de un horno cilíndrico a una temperatura que evita la condensación de los analitos. Se utiliza para muestras demasiado complejas con picos no resueltos y compuestos térmicamente inestables (para los que se requieren columnas de GC cortas) xk el detector de MS proporciona selectividad adicional. SCAN (TIC corriente iónica total) nos da una imagen completa de la muestra. Pero si se kere localizar la presencia de 1o+ compuestos determinados, de espectro conocido, con la mayor rapidez o con la máx sensibilidad posible se usa la técnica de detección SIM. Asi se detectan solo algunas masas de interés, en vez de trabajar cn el total de los iones, aumentandose la sensibilidad y la selectividad del método, reduciéndose las interferencias, aunk tenemos una imagen incompleta de la muestra. La interfase en columnas capilares, con flujos de (1-2 mL/min) la conexión directa no presenta problemas de vacío y toda la muestra eluída llega a la fuente de ionización. En columnas empaquetadas (15-20 mL/min) hay que usar “separadores” que eliminen el exceso de gas portador.
–Formas de trabajo: SIM(seleccionar una sola m/z correspondiente a un pico intenso (el pico base) del analito a determinar). SCAN(se registra todo el espectro de masas).
–Aplicaciones:
1.Determinacion directa de compuestos volatiles. 2.Extraccion L-L + preconcetracion. 3.Extraccion en fase solida. 4.Microextraccion en fase solida. 5.Determinacion de analitos poco volatiles (sililacion, para alcoholes o aminas; esterificacion, para ac.carbox; acilacion, para alcoholes y aminas)
–Campos de aplicacion: medioambiente(plaguicidas),Alimentacion,Petroquimica, Q.legal y forense, Esencias y aromas(aditivos alimenticios.
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