Instrumentación en
cromatografía de gases
Cromatógrafo de Gases
Cromatógrafo de Gases
Principales componentes

Gas de acarreo

Controladores de flujo

Inyectores

Columnas

Detectores

Sistema de datos
Gas de acarreo

El gas de acarreo o portador o fase móvil, es el que
transporta a los compuestos a través de la columna.

Debe ser químicamente inerte, puro (>99%), seco y se
aconseja colocar un filtro de carbón activo y una trampa
para humedad antes de la entrada del gas al
instrumento.

El tipo de gas acarreador depende de la velocidad
requerida para el análisis y el tipo de detector a emplear.
Los más utilizados son helio, nitrógeno, hidrógeno o una
mezcla argón con 5 % de metano.
Gas de acarreo

Con ciertos tipos de columnas y detectores, se requiere
el uso de un gas de complemento en el detector (“makeup”).

El “make-up”, es un gas de arrastre adicionado al
efluente de la columna antes de que pase al detector.

El sistema del gas portador, por lo general contiene uno
o varios tamices con el objeto de eliminar humedad,
hidrocarburos y oxígeno.
Con el suministro de gas se encuentran asociados los
reguladores de presión, manómetros y medidores de
caudal

CONTROL DEL CAUDAL


Se controlan normalmente mediante un regulador de
presión de dos niveles colocados en el cilindro de gas y
un regulado de presión o regulador de flujo instalado en
el cromatógrafo.
Los caudales utilizados en las columnas empacadas
oscila entre 25 y 90 mL/min y de 1 a 2 mL/min en las
capilares.
INTERVALO DE PRESIONES

El intervalo de presiones de entrada oscila entre 10 y 50
psi (por encima del entorno), lo que conduce a caudales
de 25 a 150 mL /min con las columnas rellenas y de 1 a
25 mL/min en las columnas capilares.

Los caudales pueden determinarse mediante un
rotámetro situado en la cabeza de la columna.

El rotámetro no es tan exacto como un simple medidor
de pompas de jabón que se coloca el final de la
columna.

El medidor de pompas de jabón cuando se aprieta una
pera de goma que contiene una disolución acuosa de
jabón o detergente, se interpone una película de jabón
en el camino del gas, a continuación se mide el tiempo
necesario para que esta película se desplace entre dos
divisiones de la bureta, lo que permite calcular el caudal
volumétrico.

Los cromatógrafos equipados con medidores
electrónicos del caudal están controlados por un
ordenador para mantener el caudal a nivel deseado.
SISTEMA DE INYECCIÓN

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 “septum”
de goma de silicona, en una cámara de vaporización
instantánea situada en la cabeza de la columna.

La cámara de muestra normalmente está a unos 50ºC
por encima del punto de ebullición del componente
menos volátil de la muestra.

La inyección lenta de muestras demasiado grandes
provoca un ensanchamiento de las bandas y una pobre
resolución.
Inyectores
En el puerto de inyección se lleva a cabo la
introducción de la muestra
Con división-sin división
“Split”
“Splitless”
Modo con división – para analitos en concentraciones altas
Modo sin división – para analitos en concentraciones traza
Instalación de una columna capilar en el inyector
Inyección sobre la columna
“On-column”

Se utiliza básicamente para aquellos solutos que son
termolábiles y para los que tienen puntos de ebullición altos.
Vaporización de Temperatura programada (PTV)
Se puede emplear en modo “split” o “splitless”. Tiene la ventaja
de que se puede trabajar de forma isobárica e isotérmica o bien
empleando rampas de presión y temperatura.
Se puede enriquecer la muestra dentro del inyector, introduciendo
grandes volúmenes de muestra.
TAMAÑO DE LA MUESTRA

Para las columnas analíticas ordinarias el tamaño de la
muestra varía desde unas pocas décimas de microlitro a
20µL.

Las columnas capilares exigen muestras mucho
menores (aproximadamente 10-3 µL). Para ello se
emplea un sistema divisor de la muestra que permite
asar a la cabeza de la columna solamente una pequeña
fracción de la muestra desechándose el resto.

En el trabajo cuantitativo se introducen tamaños de
muestra más reproducibles mediante el uso de una
válvula rotatoria.

Esta válvula se llena con un exceso de muestra,
girándose 45 º y se introduce el volumen en la fase
móvil.

Las muestras sólidas se introducen como disoluciones o
en viales de paredes delgadas cerrados herméticamente
que puedan colocarse junto a la cabeza de la columna y
ser aplastados o perforados desde el exterior.

El uso de esta válvula permite que los errores relativos
sean de un 0.5 a un 2 %.
Columnas
Es donde ocurre la separación y es el “corazón” de un
cromatógrafo.

Hay dos tipos generales de columnas: columnas rellenas y
las columnas abiertas o capilares.

Las columnas cromatográficas varían desde menos de 2
hasta 50 m de longitud o más.

Están construidas con acero inoxidable, vidrio, sílice fundido
o teflón.
Se configuran como helicoides con diámetros de 10 a 30
cm a fin de poder colocarse en el interior de un horno
termostatizado.
•
Columnas empacadas
inoxidable, vidrio ó teflón.
•
de:
cobre,
aluminio,
acero
Columnas capilares de sílice fundida recubiertas con
poliimida.
El empaque puede ser un sólido, un líquido o un sólido
recubierto por un líquido.
•

Empacadas o rellenas
TEMPERATURA DE LA
COLUMNA

La temperatura óptima de la columna depende del punto de
ebullición de la muestra y del grado de separación requerido.

Con una temperatura igual o ligeramente superior al punto de
ebullición promedio de la muestra se obtienen tiempo de
elución razonables de (2 a 30 min)

Para muestras cuyos componentes presentan un amplio
intervalo de temperaturas de ebullición, se emplea una
programación de temperatura, con lo que se aumenta la
temperatura de la columna de forma continua o por etapas, al
mismo tiempo que tiene lugar la separación

Las dimensiones de una columna empacada oscilan
entre:
- 2 y 4.6 mm de diámetro interno (DI) y de 1/8
a 1/4 de pulgada de diámetro externo (DO).
- Longitud entre 6 y 30 pies para las más
comúnes.

Soporte sólido (diatomita), de partículas porosas y
uniformes (£10mm), libre de óxidos catalíticos (causan
descomposición parcial de la muestra).

Fase estable térmica y químicamente.
Superficie específica grande (1 a 20 m2/g), un ejemplo
de éstas son la serie Chromosorb (tierra de diatomeas)
(G, P y W).


Tubo abierto “capilar”
-
-
W.C.O.T. (Wall Coated Open Tubular)
P.L.O.T. (Porous layer Open Tubular)

S.C.O.T. (Support Coated Open Tubular)

F.S.O.T. (Fused Silica Open Tubular)
Factores que Afectan la
Eficiencia de una Columna








Longitud de la Columna
Diámetro de la Columna (1/4", 1/8", 1/16" de
diámetro externo)
Tamaño de las partículas del empaque
Naturaleza de las fases
Grosor de fase estacionaria
Temperatura de la columna
Velocidad del gas portador
Cantidad de muestra inyectada
Emapacadas vs tubo abierto
•SKOOG,Douglas y LEARY,James. Análisis Instrumental. 4ª Edición. McGraw-Hill. España.1994
Fases estacionarias
Polidimetilsiloxano
Polietilenglicol
•SKOOG,Douglas y LEARY,James. Análisis Instrumental. 4ª Edición. McGraw-Hill. España.1994
DETECTORES
Dispositivo capaz de medir una propiedad física del gas portador, la
cual varía con la presencia de pequeñas cantidades de analito.
Características:
Alta sensibilidad (relación entre la respuesta del detector y la
magnitud física de la muestra detectada)
• Buena estabilidad
• Respuesta continua y reproducible a los cambios de concentración
del compuesto
• Respuestas adecuadas al mayor número posible de muestras
• Tiempo de respuesta corto
• Reactividad nula.
Detectores
Detector de Captura de electrones, ECD
Empleado frecuentemente para
compuestos halogenados
Utiliza
un
emisor
beta
radioactivo (electrones) para
ionizar parte del gas portador y
para producir una corriente entre
un par de electrodos. Cuando las
moléculas
orgánicas
que
contienen grupos funcionales
electronegativos,
tales
como
halógenos, fósforo y grupos
nitro, pasan por el detector,
capturan
algunos
de
los
electrones y reducen la corriente
medida entre los electrodos.
Detector de Ionización de Flama (FID)
Empleado para hidrocarburos, poco
sensible a compuestos muy oxidados
Consiste de una llama de
hidrógeno-aire y una placa
colectora. El efluente de la
columna pasa a través de la
llama,
que
ioniza
las
moléculas orgánicas. Los
iones se recogen en un
electrodo de polarización
negativa y producen una
señal eléctrica. El FID es
extremadamente sensible y
es
el
detector
más
ampliamente utilizado, su
desventaja es que destruye
la muestra.
Detector de Azufre-Fósforo, FPD
Fotométrico de flama
Adaptado para utilizarse
con una flama de un FID.
Sensible a compuestos con
azúfre (394 nm) y con
fósforo (526 nm)
Detector de Conductividad térmica, TCD
Utilizado particularmente con columnas empacadas, detecta
H2O, CO, CO2 e H2. Mide la conductividad térmica de un
analito en un gas acarreador.
La velocidad de pérdida de calor de un cuerpo caliente hacia un
cuerpo más frío es proporcional a la conductividad térmica del
gas que separa estos cuerpos.
Detector de Nitrógeno Fósforo, NPD
Es básicamente el mismo FID, lo que sucede es que
se le adiciona un metal alcalino (Rubidio o Cesio), por
lo que en algún momento se le llamó (AFID) detector
de ionización de flama alcalino, también se le ha
llamado detector de ionización (TID), detector
termoiónico de flama (FTD), detector específico
termoiónico (TSD).
Al calentar el material alcalino en la zona de la llama
este detector presenta una gran sensibilidad por
compuestos que contienen fósforo y nitrógeno.
APLICACIONES ANALÍTICAS

La aportación analítica de la cromatografia de gases al análisis
químico tiene dos vertientes, la primera es su capacidad en la
separación de compuestos (orgánicos, inorgánicos, bioquímicos,
etc.). La segunda es emplear los tiempos o volúmenes de retención
para la identificación cualitativa, mientras que el área de los picos
proporciona información cuantitativa.
APLICACIONES ANALÍTICAS

Como parámetro cualitativo se encuentra el tiempo de
retención (tR) o el volumen de retención (VR); sin
embargo, su dependencia de variables tales como
temperatura de la columna, velocidad de flujo y
composición de la fase estacionaria, le hace poco fiable.
Pese a ello, si se observan tiempos de retención muy
parecidos para un patrón (sustancia conocida) y una
muestra problema cuando cambian las condiciones de
operación, las probabilidades de que ambas sean la
misma sustancia aumentan.
Bibliografía

JENNINGS, Walter. Analytical Gas Chromatography. Academic
Press. USA. 1987

McNAIR, Harold M. and BONELLI, Ernest J. Basic
Chromatography. 5th Edition. Varian Aerograph. USA. 1969

SKOOG,Douglas y LEARY,James. Análisis Instrumental. 4ª Edición.
McGraw-Hill. España.1994

WILLARD, H. H.; MERRITT, L. L. and DEAN, J. A. Instrumental
Methods of Analysis. 5th Edition. D. Van Nostrand. USA. 1974.

http://www.chem.vt.edu/chem-ed/ms/ms-intro.html
Gas
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