Transcript File - AnalizameSTA

Aguilar Ugalde Víctor Hugo
Garduño López Uriel
López Bugallo Rocío
Gas Portador

Transporta los componentes de la muestra, y crea una
matriz adecuada para el detector.
* Debe ser inerte para evitar interacciones (tanto con la
muestra
como
con
la
fase
estacionaria)
* Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa
* Fácilmente disponible y puro
*
Económico
* Adecuado al detector a utilizar
Detector

El detector es la parte del cromatógrafo que se encarga de
determinar cuándo ha salido el analito por el final de la
columna.
 Sensibilidad
 Respuesta lineal al analito
 Tiempo de respuesta corto
 Intervalo de temperatura de trabajo amplio
 Estabilidad y reproducibilidad
 Alta fiabilidad y manejo sencillo
 Respuesta semejante para todos los analitos
 Respuesta selectiva y altamente predecible para un
reducido número de analitos.
Clasificación de
detectores

 Según su Grado de Selectividad :
 Universales. Responde a la mayoría de los solutos que pasan por él.
 Específicos ó Selectivos. Exhibe una gran respuesta a un grupo
particular de substancias con un mínimo de respuesta a otras.
 Detectores Destructivos y No destructivos.
 Detectores según su Modo de Respuesta:
 Dependientes del Flujo Másico. Producen una señal que es
proporcional a la cantidad de soluto que pasa a través de él en la
unidad de tiempo pero es independiente del volúmen de gas portador
requerido para la elución.
 Dependiente de la Concentración. Dan una señal proporcional a la
cantidad de soluto por unidad de volúmen de gas portador que pasa a
través de él.
 Detectores según el proceso de detección Ionización, Ópticoespectroscópico, Electroquímico, etc.
Ejemplos

 Detector termoiónico (TID, ThermoIonic Detector)
 Detector de conductividad térmica (TCD, Thermical
Conductivity Detector)

 Detector de captura de electrones (ECD, ElectrónCapture Detector)
 Detector de ionización de llama (FID, Flame Ionization
Detector)

 Detector de emisión atómica (AED, Atomic Emission
Detector)

Componentes de un
cromatógrafo de gases

 Fase móvil (mobile phases): Gaseosa, líquida o fluido
supercrítico. Helio, Argón o Nitrógeno.
 Puerto de inyección (inyection port): Es un dispositivo
que permite la introducción de la muestra en la
corriente del gas portador.
 Horno de la columna
 Fase estacionaria (stacionary phase): La fase estacionaria
es la encargada de separar los componentes de la
muestra.

 Soporte (Support): La función básica del soporte sólido es
sostener la fase estacionaria.
 Columna cromatográfica: Las columnas están hechas de
cobre, acero inoxidable o tubos de vidrio, dobladas o
enrrolladas.
 Detectores: Los detectores son dispositivos que indican y
miden los solutos en la corriente del gas acarreador,
convirtiendo una señal no medible directamente en una
señal elaborable de una propiedad física.

Eluyente y eluato

 Eluyente
Disolvente o solución utilizada en el proceso de elución,
como ocurre en una cromatografía en columna.
 Eluato
Solución o sustancia obtenida por un proceso de
elución.
Columna de relleno

 Las columnas de relleno o empacadas consisten en
unos tubos de vidrio, metal (inerte a ser posible
como el acero inoxidable, Niquel, Cobre o Aluminio)
o teflón, de longitud de 2 a 3 metros y un diámetro
interno de unos pocos milímetros, típicamente de 2 a
4. El interior se rellena con un material sólido,
finamente dividido para tener una máxima
superficie de interacción y recubierto con una capa
de espesores entre 50 nm y 1 μm. Para que puedan
introducirse
en
el
horno,
se
enrollan
convenientemente.

 El material de relleno ideal consiste en pequeñas
partículas, esféricas y uniformes, con una buena
resistencia mecánica, para tener una máxima superficie
donde interaccionar la fase estacionaria y el analito.
Como todos los componentes de columnas para GC,
debe ser inerte a altas temperaturas (~400 °C) y
humectarse uniformemente con la fase líquida
estacionaria durante el proceso de fabricación.
Columna capilar

 Las columnas capilares son de dos tipos básicos: las
de pared recubierta (WCOT) y las de soporte
recubierto (SCOT). Las WCOT son simplemente
tubos capilares donde la pared interna se ha
recubierto con una finísima capa de fase estacionaria.
Las columnas SCOT tienen en su parte interna una
fina capa de material absorbente como el empleado
en las columnas de relleno (tierra de diatomeas)
donde se ha adherido la fase estacionaria.

 Las ventajas de las SCOT frente a las WCOT es la mayor
capacidad de carga de esta última, ya que en su
fabricación se emplean mayores cantidades de fase
estacionaria, al ser la superficie de intercambio mayor.
Por orden de eficacia, en primer lugar están las WCOT,
luego las SCOT y por último las columnas de relleno.
Tiempo de retención, tiempo
muerto y cromatograma

 Tiempo de retención
Es el tiempo característico que tarda un analito particular en
pasar a través del sistema (desde la columna de entrada
hasta el detector) bajo las condiciones fijadas.
 Cromatograma
Es el resultado gráfico de la cromatografía. En el caso de
separación óptima, los diferentes picos o manchas del
cromatograma se corresponden a los componentes de la
mezcla separada.
 Tiempo muerto
Es el tiempo tM para que la especie no retenida alcance el
detector
Interpretación de un
cromatograma

En el eje X se representa el tiempo de retención, y en
el eje Y una señal (obtenida, por ejemplo, a partir de
un espectrofotómetro, un espectrómetro de masas o
cualquier otro de los diversos detectores)
correspondiente a la respuesta creada por los
diferentes analitos existentes en la muestra. En el caso
de un sistema óptimo, la señal es proporcional a la
concentración del analito específico separado.

 Altura del Pico: Medida que se efectua, para cada pico
de interés, desde la línea base hasta el máximo del pico.
Los errores de malas mediciones se pueden atribuir a:
 Insuficiente Resolución
 Variaciones en la línea base
 Picos extremadamente pequeños
Las desviaciones en la línea base se pueden compensar por
interpolación de ésta entre el prinpio y el final del pico.
 Existen varias técnicas para la determinación del Área
de un Pico Cromatográfico:

 Integración Manual
 Métodos Geométricos
 Triangulación: En esta técnica se trazan líneas tangentes a cada
lado del pico. La altura se mide desde la línea base hasta la
intersección de las dos tangentes. El ancho se mide tomando la
intersección de las dos líneas tangentes con la línea base. Luego
se utiliza la fórmula A=1/2*Altura del Pico* Base del Pico. Las
limitaciones de esta técnica estan en el trazado de las líneas
tangentes, un pequeño error al trazar las tangentes puede
afectar la medida de la altura.
 Altura por ancho a la mitad de la Altura

 Métodos Mecánicos
 Planimétricos
 Corte y Pesada: Esta técnica requiere recortar el pico del
cromatograma, luego pesarlo en una balanza analítica. El
recorte y pesada depende mucho de la habilidad del operdor.
Pueden introducirse errores por cambios en la humedad del
papel, la grasa de las manos del operador, homogeneidad del
papel. Generalmente se recomienda utilizar una fotocopia del
cromatograma para no destruir el original.
 Integración Automática
 Electromecánica
 Electrónica
Los cromatogramas de gases se utilizan extensamente para determinar la
pureza de compuestos orgánicos. La aparición de picos adicionales revela
que hay contaminantes presentes y las áreas bajo estos picos proporcionan
un cálculo aproximado del grado de contaminación.

Parámetros
cromatográficos

 Pico del aire.
Es el que corresponde a la detección de una cantidad muy pequeña de
aire que entra a la columna cuando se introduce la muestra en el
cromatógrafo.
 La línea de base.
Es la parte del registro que corresponde a la fase móvil pura (gas
portador, ...).
 Altura de pico (h).
Es la distancia entre la cima del pico y la línea de base. En el caso de
que el vértice sea redondeado se trazan rectas tangentes a los dos
puntos de inflexión de las laderas; el punto de corte de las dos rectas
determina la altura del pico.
Parámetros
cromatográficos

 Anchura del pico (a).
Es la longitud del tramo de la prolongación de la línea de
base, comprendida entre las intersecciones con la misma de
las laderas del pico o, en su caso, de las líneas tangentes
antes mencionadas.
 Área del pico (S).
Es la comprendida entre el pico y la prolongación de la línea
de base. Precisamente a obtener el valor de este parámetro,
en los picos del cromatograma, se dedican los dispositivos
integradores.
Partes de un cromatógrafo

Sistema de inyección
El modo estándar es
la
inyección directa, la muestra es
inyectada con una jeringa a
través de un septum de goma a
un alineador de vidrio donde es
vaporizada y transportada por
el gas al interior de la columna.
El bloque de inyección, se
mantiene a una temperatura tal
que
permita
convertir
prácticamente
de
forma
instantánea la muestra líquida
en un tapón de vapor.
HORNO

•
Las columnas cromatográficas se enrollan, se sujetan
en un soporte y se introducen en el interior de un
horno
•
El horno debe poderse calentar y enfriar rápidamente.
•
La temperatura se debe poder programar para poder
trabajar en régimen de gradiente.
•
Muchas aplicaciones y métodos cromatográficos
requieren comenzar a temperaturas por debajo de la
ambiental.
Control y flujo de
medición

 El caudal óptimo puede determinarse inicialmente
ajustándolo hasta obtener el número máximo de
platos teóricos.
 Los valores razonables para columnas de 0,4cm de
diámetro son de 75 a 90 ml / min; para columnas de
0,2 cm de diámetro un buen valor es 25 ml / min.
Gas portador

El gas portador cumple básicamente dos propósitos:
 Transportar los componentes de la muestra
 Crear una matriz adecuada para el detector.
Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:
 Debe ser inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra
como con la fase estacionaria)
 Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa
 Fácilmente disponible y puro
 Económico
 Adecuado al detector a utilizar
Tamaño de la muestra

Esto depende de la columna:
 Si la columna empleada es rellena, el volumen a inyectar será
de unos 20 μL, y en el caso de las
 Si la columna es capilar dicha cantidad es menor, de 1 μL, y
dependiendo del tipo de columna capilar (ya que existen
columnas con distinto diámetro interno) es que si se utiliza
todo el volumen de muestra inyectado.
Para obtener menor cantidad de volumen, se utiliza un divisor de
flujo (la inyección se conoce como modo "Split") a la entrada de la
columna que desecha parte del analito introducido. Si se utiliza
todo el volumen de muestra la inyección es de tipo "Splitless". El
modo Splitless, se empleó más para determinar pequeñas
cantidades o trazas (determinaciones ambientales).
Septum

•
En general, se inyecta la
muestra
con
una micro jeringa a
través
de
un
septum (junta de goma
de silicona).
•
El Septum ha de ser
estable
y
ha
de
cambiarse
con
frecuencia
Split

 El muestreo tipo split es el método más popular porque
inyectar muestras de 0.1 a 2 µl no impide que haya una
buena altura y sensibilidad en el pico.
 Una ventaja del split es que se pueden usar columnas más
estrechas para tener una mejor resolución sin tener que
volver a muestrear la columna.
 El único inconveniente del split es que la cantidad
inyectada a la columna podría no ser representativa si la
muestra no es completamente vaporizada.
Splitless

 Las muestras con splitless son frecuentemente usadas
para análisis de componentes donde una gran cantidad
de muestra es inyectada a la columna.
 Durante el muestreo con splitless, la muestra se inyecta
dentro de la columna caliente y forma un vapor que
consiste de muestra, solvente y gas. Parte del gas sale por
el respirador al pasar en el alineador.
 Esta técnica es extremadamente útil para adelgazar los
picos y eliminar las trazas de solvente y la interferencia de
vapor retenido momentáneamente en la fase estacionaria.
Columnas cromatográficas
Capilares
-Se construyen con sílice
fundida.
-Los diámetros interirores
suelen ser de 200 – 250 μm.
-La longitud suele ser
superior a los 20m.

Empacadas
-Se construyen con tubo de
acero inoxidable, niquel o
vidrio.
-Los diámetros interiores van
de 1.6 a 9mm.
-La longitud suele ser inferior
a 3m.
-Se rellenan de un material
adsorbente
Detector
Carácterísticas ideales:
 Sensibilidad alta y estable

 Respuesta lineal en un amplio rango dinámico
 Tiempo de respuesta corto
 Buena respuesta para toda clase de compuestos orgánicos
 Insensibilidad a las variaciones del flujo y a la temperatura.
 Estabilidad y robustez
 Simplicidad en su operación
 Identificación de compuestos positiva
 Técnica no destructiva
 Pequeño volumen
componentes.
en
prevención
del
mezclado
de
Clasificación detectores

 Estos pueden ser clasificados:
 Detectores según su Grado de Selectividad :
 Universales. Responde a la mayoría de los
solutos que pasan por él.
 Específicos ó Selectivos. Exhibe una gran
respuesta a un grupo particular de
substancias con un mínimo de respuesta a
otras.
Clasificación detectores

 Detectores según su Modo de Respuesta:
 Dependientes del Flujo Másico. Producen una señal que es
proporcional a la cantidad de soluto que pasa a través de él
en la unidad de tiempo pero es independiente del volumen
de gas portador requerido para la elusión.
 Dependiente de la Concentración. Dan una señal
proporcional a la cantidad de soluto por unidad de
volumen de gas portador que pasa a través de él.
 Detectores según el proceso de detección Ionización, Ópticoespectroscópico, Electroquímico, etc
Detector de conductividad
térmica (TCD)

 Determinación de la
composición de una
mezcla de gases.
 Usado ampliamente en
la industria del gas
natural para determinar
propiedades
como
densidad relativa y
poder calorífico.
Uso de los detectores.
Detector de ionización de
llama(FID)
 Se usa para el análisis de
compuestos orgánicos que
contienen
grupos
funcionales como carbonilo,
alcohol, halógenos y amina
que generan pocos o ningún
ion.
 Análisis de compuestos
contaminados con agua,
óxido de nitrógeno y azufre.
Detector fotométrico de
flama(FPD)

 Detección de compuestos
sulfurados y fosforados en
mezclas complejas.
 Detección de componentes
sulfurados
en
extractos
crudos de aceite y en
contaminantes
de
gas
natural.
 Detección
pesticidas
y
herbicidas
organofosforados, así como
componentes
sulfurados
volátiles en el análisis de
alimentos.
Detector de captura de
electrones (ECD)

 Altamente sensible a
compuestos
halogenados, por lo que
es útil en detección de
pesticidas.
 Detección de especies
que contienen nitrilos,
nitratos, organometales
y
dobles
enlaces
conjugados.
Detector de
fotoionización (PID)

 Detección de compuestos con hidrocarburos
aromáticos o con heteroátomos,
compuestos
alifáticos, organosulfurados, cetonas, ésteres,
aldehídos y aminas.
Características de la
muestra a analizar por CG

Volátiles
Térmicamente estables hasta
350-400°C
Head Space

 Técnica de extracción de espacio
en cabeza. Permite el análisis de
compuestos volátiles de sólidos.
 Evita
la
pérdida
de
los
componentes más volátiles de una
muestra.
 En este método la muestra sólida
se calienta en un vial sellado con
septum durante un tiempo,
provocando la transferencia de los
compuestos volátiles al aire del
vial, denominado espacio de
cabeza.
Head space

 Luego con una jeringa se toma
una alícuota del aire del vial y
se inyecta en el cromatógrafo.
 La aguja debe de calentarse a
las misma temperatura que la
muestra
para
evitar
condensaciones
sobre
la
misma.
Make up gas

 Para reducir al mínimo el volumen muerto del
detector, se añade make up gas en el extremo de
salida de la columna para aumentar el flujo total que
entra en el detector.
 Ayuda a mejorar la sensibilidad del detector, ya que
barre el volumen muerto de éste.
 Se puede añadir directo a la flama de hidrógeno o al
eluyente de la columna.
Teoría de los platos

 Permite describir de forma sencilla las separaciones.
 Consiste en considerar la separación cromatográfica
como una serie de equilibrios sucesivos de
distribución entre las fases móvil y estacionaria a
medida que el analito avanza por la columna.
 Se basa en el concepto de plato teórico, según el cual
se puede imaginar la columna de longitud L dividida
en N segmentos en cada uno de los cuales se
establece un equilibrio.

 Este modelo es un enfoque estático del proceso que
reproduce la migración de analito en la columna
mediante el encadenamiento de una serie de etapas
estáticas.
 La eficacia de luna columna para separar solutos
depende del número de platos teóricos, a mayor
número de platos teóricos mejor es la separación.
Para una columna de longitud dada, la eficacia de la
separación es mejor en cuanto menor sea la altura
equivalente de plato teórico (H)
H=L/N
Van Deemter y la teoría
cinética

 La velocidad de la fase móvil tiene una incidencia en
el avance de los solutos, su dispersión y por tanto en
la eficacia de la separación.
 La primera ecuación cinética que describió la
influencia de la fase móvil en la eficacia de la
columna es la ecuación de Van Deemter, quien la
desarrolló para columnas empaquetadas en
cromatografía de gases.

 Esta ecuación relaciona la altura equivalente de plato
teórico (H) con la velocidad lineal media de caudal de la
fase móvil (v):
 A,B y C son constantes características de cada columna.
Con esta ecuación se comprueba que cada columna tiene
un caudal óptimo
Cuantificación del área
del pico

 El área de pico es la variable
que se normalmente se usa
desde el punto de vista
cuantitativo.
 Existen varias técnicas para la
determinación del área de un
pico cromatográfico. Las áreas
de pico se obtienen por
métodos convencionales, tales
como
triangulación,
planimetría o mediante el uso
de integradores, mecánicos o
electrónicos.
Normalización de área

 La normalización de área es un medio para establecer el
porcentaje de cada componente en la muestra. Se calcula
dividiendo el área de cada componente entre el área total y
multiplicando por 100%
 Este término es independiente del volumen de inyección de
muestra y debe cumplirse que todos los picos deben estar
separados. Sin embargo, esta ecuación sólo se puede aplicar
para una serie homologa de compuestos de punto de
ebullición muy parecidos y con similares respuestas del
detector
Método del estándar
interno

 Este método es conocido como calibración relativa o
indirecta. Para ello, relación de masas conocidas de
un patrón de la muestra y de un estándar deber ser
preparadas e inyectadas al cromatógrafo para luego
determinar las relaciones de área. Estas relaciones
de áreas son graficadas en función de la relaciones de
masa. De esta curva se obtiene la ecuación lineal y =
mx.

 Entonces se adiciona una masa conocida del estándar
interno a una masa conocida de muestra y esta mezcla se
inyecta al cromatógrafo. Del cromatograma se obtienen
las áreas de analito y del estándar y luego con la
ecuación de calibración y conociendo la masa del
estándar se puede obtener la masa del analito en la
muestra.
Método del estándar
externo

 Se usa para calibrar instrumentos y procedimientos
cuando no hay efectos de interferencia de los
componentes matriz en la disolución del analito. Se
prepara una serie de estándares externas que
contienen concentraciones conocidas del analito.
Idealmente se utilizan tres o más disoluciones en el
proceso de calibración.

 La calibración se lleva a cabo al obtener la señal de
respuesta, como el área de pico, como función de la
concentración conocida del analito. Se obtiene una curva
de calibración al representar gráficamente los datos y
ajustarlos a una ecuación matemática con la que se pude
predecir la concentración desconocida de analito en una
muestra.
Aplicaciones

 Separación, cuantificación y
subsiguiente caracterización
de una gran variedad de
productos
en
distintas
mezclas,
desde
gases
permanentes y mezclas de
isótopos,
hasta
aceites
esenciales en perfumes,
ácidos grasos en grasas
animales
y
agentes
contaminantes en aguas y
suelos.
 A escala preparativa se emplea para la
obtención de compuestos de elevada
pureza, así como también es posible la
obtención de datos físico-químicos
relativos a propiedades superficiales,
cinética y termodinámica de procesos
de adsorción y separación, desarrollo
de catalizadores, etc.
 En la industria del petróleo juega una
función primordial, por medio de la
cromatografía se pueden analizar los
constituyentes de las gasolinas, las
mezclas de gases de refinería, gases de
combustión,etc

Integración manual y
automática

Integración Manual:
 Métodos Geométricos (triangulación).
 Métodos Mecánicos (Planiméricos, Corte y Pesada).
Integración Automática:
 Electromecánica
 Electrónica
Bibliografía

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