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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA FACULTAD DE CIENCIAN
NATURALES, MATEMATICAS Y MEDIO
AMBIENTE DEPARTAMENTO DE QUIMICA
ANLISIS CROMATOGRFICOS CROMATOGRAFIA GASEOSA (CG)
CARRERA: QUIMICOS LABORATORISTAS
PROFESORES: GUADALUPE PIZARRO
OSCAR MARAMBIO P.
2011
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Cromatografa de gases (CG)
La cromatografa de gases es una tcnica cromatogrfica en la que
la muestra se volatiliza
y se inyecta en la cabeza de una columna cromatogrfica. La
elusin se produce por el flujo
de una fase mvil de gas inerte. A diferencia de los otros tipos
de cromatografa, la fase
mvil no interacciona con las molculas del analito; su nica
funcin es la de transportar el
analito a travs de la columna.
Existen dos tipos de cromatografa de gases (GC): la cromatografa
gas-slido (GSC) y la
cromatografa gas-lquido (GLC), siendo esta ltima la que se
utiliza ms ampliamente, y
que se puede llamar simplemente cromatografa de gases (GC). En
la GSC la fase
estacionaria es slida y la retencin de los analitos en ella se
produce mediante el proceso
de adsorcin. Precisamente este proceso de adsorcin, que no es
lineal, es el que ha
provocado que este tipo de cromatografa tenga aplicacin
limitada, ya que la retencin del
analito sobre la superficie es semipermanente y se obtienen
picos de elusin con colas. Su
nica aplicacin es la separacin de especies gaseosas de bajo peso
molecular. La GLC
utiliza como fase estacionaria molculas de lquido inmovilizadas
sobre la superficie de un
slido inerte.
Instrumentacin Gas Portador Sistema de Inyeccin de muestras
Columnas y sistemas de control de temperaturas Detectores Columnas
y Tipos de Fases estacionarias Aplicaciones Referencias
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Gas aportador
El gas portador debe ser un gas inerte, para prevenir su reaccin
con el analito o la
columna. Generalmente se emplean gases como el helio, argn,
nitrgeno, hidrgeno o
dixido de carbono, y la eleccin de este gas en ocasiones depende
del tipo de detector
empleado. El almacenaje del gas puede ser en balas normales o
empleando un generador,
especialmente en el caso del nitrgeno y del hidrgeno. Luego
tenemos un sistema de
manmetros y reguladores de flujo para garantizar un flujo
estable y un sistema de
deshidratacin del gas, como puede ser un tamiz molecular.
Generalmente la regulacin de la presin se hace a dos niveles: un
primer manmetro se
sita a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la
entrada del cromatgrafo, donde
se regula el flujo. Las presiones de entrada varan entre 10 y 25
psi, lo que da lugar a
caudales de 25 a 150 mL/min en columnas de relleno y de 1 a 25
mL/min en columnas
capilares. Para comprobar el caudal se puede utilizar un
rotmetro o un simple medidor de
pompas de jabn, el cual da una medida muy exacta del caudal
volumtrico que entra a la
columna.
Sistema de Inyeccin de muestras
La inyeccin de muestra es un apartado crtico, ya que se debe
inyectar una cantidad
adecuada, y debe introducirse de tal forma (como un "tapn de
vapor") que sea rpida para
evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se
da con cantidades elevadas
de analito.
El mtodo ms utilizado emplea una microjeringa (de capacidades de
varios microlitros)
para introducir el analito en una cmara de vaporizacin
instantnea. Esta cmara est a
50C por encima del punto de ebullicin del componente menos
voltil, y est sellada por
una junta de goma de silicona septa o septum.
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Si es necesaria una reproducibilidad del tamao de muestra
inyectado se puede usar una
vlvula de seis vas o vlvula de inyeccin, donde la cantidad a
inyectar es constante y
determinada por el tamao del bucle de dicha vlvula.
Si la columna empleada es ordinaria, el volumen a inyectar ser
de unos 20 L, y en el caso
de las columnas capilares dicha cantidad es menor, de 10-3 L.
Para obtener estas
cantidades, se utiliza un divisor de flujo a la entrada de la
columna que desecha parte del
analito introducido.
En caso de muestras slidas, simplemente se introducen en forma
de disolucin, ya que en
la cmara de vaporizacin instantnea el disolvente se pierde en la
corriente de purga y no
interfiere en la elucin.
Segn las curvas de Van Demter (HEPT vs. Velocidad Lineal), el
mejor gas a usar en la
columna cromatogrfica como portador de los analitos es el
hidrgeno, sin embargo dada
su peligrosidad, es ms usado como gas de encendido en el
detector FID, junto con el aire.
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Columnas y sistemas de control de temperatura
En GC se emplean dos tipos de columnas: las empaquetadas o de
relleno y las tubulares
abiertas o capilares. Estas ltimas son ms comunes en la
actualidad (2005) debido a su
mayor rapidez y eficiencia. La longitud de estas columnas es
variable, de 2 a 50 metros, y
estn construidas en acero inoxidable, vidrio, slice fundida o
tefln. Debido a su longitud y
a la necesidad de ser introducidas en un horno, las columnas
suelen enrollarse en una forma
helicolidal con dimetros de 10 a 30 cm, dependiendo del tamao
del horno.
La temperatura es una variable importante, ya que de ella va a
depender el grado de
separacin de los diferentes analitos. Para ello, debe ajustarse
con una precisin de dcimas
de grado. Dicha temperatura depende del punto de ebullicin del
analito o analitos, y por lo
general se ajusta a un valor igual o ligeramente superior a l.
Para estos valores, el tiempo
de elusin va a oscilar entre 2 y 30-40 minutos. Si tenemos
varios componentes con
diferentes puntos de ebullicin, se ajusta la llamada rampa de
temperatura con lo cual
sta va aumentando ya sea de forma continua o por etapas. En
muchas ocasiones, el ajustar
correctamente la rampa puede significar separar bien o no los
diferentes analitos. Es
recomendable utilizar temperaturas bajas para la elusin, pero
conforme la temperatura es
mayor la elusin es ms rpida, pero corriendo el riesgo de
descomponer el analito.
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Detectores
El detector es la parte del cromatgrafo que se encarga de
determinar cundo ha salido el
analito por el final de la columna. Las caractersticas de un
detector ideal son:
Sensibilidad: Es necesario que pueda determinar con precisin
cundo sale analito y cuando sale slo el gas portador. Tienen
sensibilidades entre 10-8 y 10-15 g/s de
analito.
Respuesta lineal al analito con un rango de varios rdenes de
magnitud.
Tiempo de respuesta corto, independiente del caudal de
salida.
Intervalo de temperatura de trabajo amplio, por ejemplo desde
temperatura ambiente hasta unos 350-400C, temperaturas tpicas
trabajo.
No debe destruir la muestra.
Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales
de analito debe dar salidas de seal iguales.
Alta fiabilidad y manejo sencillo, o a prueba de operadores
inexpertos.
Respuesta semejante para todos los analitos, o
Respuesta selectiva y altamente predecible para un reducido
nmero de analitos.
Algunos tipos de detectores:
Detector de ionizacin de llama (FID, Flame Ionization
Detector).
Detector de conductividad trmica (TCD, Thermical Conductivity
Detector).
Detector termoinico (TID, ThermoIonic Detector).
Detector de captura de electrones (ECD, Electron-Capture
Detector).
Detector de emisin atmica (AED, Atomic Emission Detector).
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Otros detectores minoritarios son el detector fotomtrico de
llama (PFD), empleado en
compuestos como pesticidas e hidrocarburos que contengan fsforo
o azufre. En este
detector se hace pasar el gas eluido por una llama
hidrgeno/oxgeno donde parte del
fsforo se convierte en una especie HPO, la cual emite a = 510 y
526 nm, y
simultneamente el azufre se convierte en S2, con emisin a = 394
nm. Dicha radiacin
emitida se detecta con un fotmetro adecuado. Se han podido
detectar otros elementos,
como algunos halgenos, nitrgeno, estao, germanio y otros.
En el detector de fotoionizacin (PID), el gas eluido al final de
la columna se somete a una
radiacin ultravioleta con energas entre 8,3 y 11,7 eV,
correspondiente a una = 106-149
nm. Mediante la aplicacin de un potencial a la celda de
ionizacin se genera una corriente
de iones, la cual es amplificada y registrada.
Detector de ionizacin de llama
El detector de ionizacin de llama es un detector utilizado en
cromatografa de gases. Es
uno de los detectores ms usados y verstiles. Bsicamente es un
quemador de
hidrgeno/oxgeno, donde se mezcla el efluente de la columna (gas
portador y analito) con
hidrgeno. Inmediatamente, este gas mezclado se enciende mediante
una chispa elctrica,
producindose una llama de alta temperatura. La mayora de
compuestos orgnicos al
someterse a altas temperaturas pirolizan y se producen iones y
electrones, que son
conductores elctricos. Este hecho se aprovecha estableciendo una
diferencia de potencial
de unos centenares de voltios entre la parte inferior del
quemador y un electrodo colector
situado por encima de la llama. La corriente generada es baja
(del orden de los 10-12 A), por
lo tanto debe ser amplificada mediante un amplificador de alta
impedancia.
El proceso de ionizacin que se da en la llama es complejo, pero
se puede aproximar el
nmero de iones producidos al nmero de tomos de carbono
transformados en la llama.
Esto produce que sea un detector sensible a la masa (al nmero de
tomos de carbono que
salen de la columna) ms que a la concentracin, por lo tanto no
le afectan demasiado los
cambios en el flujo de salida.
Existen algunos grupos funcionales que no dan respuesta en este
detector, como el
carbonilo, alcohol, halgeno o amina, y tampoco responden gases
no inflamables como el
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CO2, SO2, agua y xidos de nitrgeno. Este hecho, ms que limitar
el mbito de aplicacin
de este detector, permite el anlisis de muestras contaminadas
con alguno de los
compuestos mencionados.
Ventajas:
Alta sensibilidad, del orden de 10-13 g/s. Amplio intervalo
lineal de respuesta, 107 unidades. Bajo ruido de fondo (elevada
relacin seal/ruido). Bajo mantenimiento, fcil de fabricar.
Desventajas:
Destruye la muestra (la piroliza).
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Detector de Conductividad Trmica (TCD)
El detector de conductividad trmica se utiliza en cromatografa
de gases y es uno de los
primeros utilizados. Tiene una amplia aplicacin y su uso se basa
en la diferencia de
conductividad trmica del gas portador cuando circula tambin
analito. Este tipo de
detector se denomina tambin catarmetro. El sensor de un
catarmetro consiste en un
elemento calentado elctricamente (resistencia), Figura a). Esta
resistencia, para una
potencia elctrica constante, tiene una temperatura que depende
del gas circundante. La
resistencia puede ser un hilo fino de platino, oro o tungsteno,
o un termistor semiconductor.
La diferencia bsica entre los detectores de metal y el termistor
semiconductor es que el
segundo tiene un coeficiente de temperatura negativo, en otras
palabras, que su resistencia
disminuye conforme la temperatura aumenta.
Funcionamiento
Se emplean dos pares de elementos o sensores, uno de ellos en el
flujo de efluente de la
columna y el otro en la corriente de gas previa a la cmara de
inyeccin de la muestra (gas
limpio). En el esquema elctrico Figura b) se muestran como
muestra y referencia,
respectivamente. Mediante este montaje elctrico, se consigue
compensar el efecto de los
cambios de presin, caudal y potencia elctrica, midindose
nicamente los cambios en la
conductividad del gas.
En la actualidad se utilizan tambin los sensores de filamento
nico, los cuales carecen de
deriva en la lnea base, se equilibran rpidamente y son muy
sensibles. El funcionamiento
de este sensor consiste en una cmara de 5 l que contiene un
pequeo filamento. Sobre l
se hacen pasar alternativamente el gas de referencia y el de
salida de la columna, con una
frecuencia de 10 Hz, obtenindose una seal elctrica de 10 Hz cuya
amplitud depende de
la diferencia entre la conductividad trmica del gas de
referencia y del gas de salida. Otra
ventaja de usar una seal de 10 Hz es que de esta forma se
elimina el ruido trmico del
sistema.
Los gases empleados como portadores permiten distinguir con
facilidad cundo el gas lleva
analito, debido a que las conductividades del hidrgeno y helio
son de 6 a 10 veces
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mayores que la mayora de compuestos orgnicos. Este efecto no se
da en otros gases
portadores como el nitrgeno, por lo cual el uso de este detector
est limitado a la
utilizacin de hidrgeno o helio como gas portador.
Ventajas de este detector:
Simplicidad. Amplio rango dinmico lineal, 105 unidades.
Respuesta universal a compuestos orgnicos e inorgnicos. Detector no
destructivo.
Desventajas:
Sensibilidad relativamente baja, 10-8 g de soluto/ml de gas
portador. Imposibilidad de utilizarlo en columnas capilares (caudal
de salida pequeo).
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Figura: Esquema de a) celda de un detector de conductividad
trmica y b) configuracin de
las dos celdas de muestra y referencia de un detector (Ref.
Skoog )
Detector de captura de electrones
El detector de captura de electrones es un tipo de detector
utilizado en cromatografa de
gases. Fue inventado por James Lovelock. Su funcionamiento bsico
se basa en la emisin
de una partcula (electrn) por parte de tomos como el 63Ni o
tritio adsorbido sobre una
placa de platino o titanio.
Tpicamente, un ECD (electron capture detector) contiene unos 5
milicurios de emisor .
Dicho electrn ioniza el gas portador y se produce una rfaga de
electrones. Si se aplica un
campo elctrico constante, mediante un par de electrodos, por
ejemplo, se tendr una
corriente constante entre ambos, del orden de un nanoamperio.
Sin embargo, si se tienen
especies orgnicas en el gas, stas capturarn parte de los
electrones, disminuyendo por
tanto la intensidad de la corriente. Normalmente es necesario
aplicar el potencial en forma
de impulsos para lograr una respuesta lineal del detector.
Este detector es muy selectivo, y es sensible a la presencia de
molculas con grupos
electronegativos como halgenos, perxidos, quinonas y grupos
nitro, grupos que contienen
tomos de halgeno (cloro, bromo, yodo), oxgeno y nitrgeno. Otros
grupos como el
alcohol, amina e hidrocarburos no dan seal.
Se aplica en la deteccin de molculas que contienen halgenos,
principalmente cloro,
como algunos insecticidas o bifenilos policlorados.
Ventajas:
Simple y robusto.
Bajo mantenimiento.
No destructivo.
Muy sensible, del orden de 10-12g/ml de gas portador.
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Desventajas:
Bajo rango dinmico lineal, 10 unidades.
Precauciones de uso debido a la presencia de material radiactivo
(63Ni o tritio). Dicho material se encuentra
en un cilindro sellado de acero y debe ser revisado
peridicamente.
El curio (Unidad)
El curio (abreviacin Ci) es una antigua unidad de radiactividad,
igual a 3,71010
becquereles (desintegraciones nucleares por segundo), que es ms
o menos la actividad de
1g de 226Ra.
Fue nombrado en honor de Pierre y Marie Curie.
Ha sido reemplazado por una unidad derivada del SI, el becquerel
(Bq): 1 Bq = 2,710-11
Ci)(Aunque el curio sigue emplendose, especialmente en EEUU)
Figura: Diagrama esquemtico de un detector de captura electrnica
(ref. Skoog)
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Detector de emisin atmica
Un detector de emisin atmica (AED) se utiliza en cromatografa de
gases. Es uno de los
tipos de detectores ms recientes, y como su nombre indica se
basa en la emisin atmica.
El primer AED para la cromatografa de gases fue introducido en
1989 por Hewlett-
Packard (luego Agilent Technologies) y en 2002 Agilent
Technologies a travs de una
licencia exclusiva traspas esta tecnologa a la empresa Joint
Analytical Systems GmbH en
Moers (Alemania) que de all en adelante produce y desarrolla el
AED en Alemania.
En este dispositivo el gas de salida de la columna se introduce
en un plasma de He
mantenido por induccin de microondas, el cual se acopla a un
espectrmetro de emisin
de series de diodos. La alta temperatura alcanzada en el
interior del plasma (varios miles de
grados) es suficiente para ionizar totalmente todos los tomos de
la muestra, y obtener de
esta forma sus espectros de emisin. La radiacin emitida se
colima y se refleja en una red
de difraccin, descomponindose en sus longitudes de onda
individuales, y se recoge en
una fila de diodos, capaz de detectar en el rango de 170 a 837
nm. En los equipos actuales
(2005), dicho espectrofotmetro permite detectar ms que 26
elementos, indicados en el
diagrama.
Definiciones:
Plasma (estado de la materia)
En fsica y qumica, un plasma es un sistema que contiene un nmero
significativo de
partculas cargadas (iones) libres y cuya dinmica presenta
efectos colectivos dominados
por las interacciones electromagnticas de largo alcance entre
las mismas. Con frecuencia
se habla del plasma como un estado de agregacin de la materia
con caractersticas propias,
diferencindolo de este modo del estado gaseoso, en el que no
existen efectos colectivos
importantes.
Microondas:
Con el trmino microondas se identifica a las ondas
electromagnticas en el espectro de
frecuencias comprendido entre 300 MHz y 300 GHz.
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Colimador:
Un colimador es un sistema que a partir de un haz (de luz, de
electrones,...) divergente
obtiene un "haz" paralelo. Sirve para homogeneizar las
trayectorias o rayos que emitidos
por una fuente salen en todas direcciones y obtiene un chorro de
partculas o conjunto de
rayos con las mismas propiedades. Los colimadores pticos suelen
estar formados
fundamentalmente por un espejo parablico, unas lentes y algunos
diafragmas. En el caso
de los colimadores para chorros de partculas elementales
cargadas se emplean campos
elctricos y magnticos y diafragmas. Para el caso de partculas
neutras se emplean
diafragmas para impedir el paso de partculas que se separan de
la direccin elegida y
algunos filtros absorbentes para eliminar ciertos rangos de
energa.
Figura : Detector de emisin atmica (ref. Skoog)
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Detector termoinico
El detector termoinico (TID, de thermoionic detector) es un
detector usado en
cromatografa de gases. Es selectivo para compuestos orgnicos
fosforados y nitrogenados,
aunque su respuesta no es igual para ambos elementos, siendo
para el fsforo 10 veces
mayor que para el nitrgeno. Es unas 500 veces ms sensible que el
detector de ionizacin
de llama para compuestos fosforados y unas 50 veces ms sensible
para compuestos
nitrogenados (tpicamente aminas, nitratos y otras especies).
Debido a esta sensibilidad
obtenida con compuestos fosforados, su uso es amplio en la
determinacin de pesticidas
fosforados.
Este detector tiene un principio de funcionamiento parecido al
detector de ionizacin de
llama: el gas de salida de la columna se mezcla con hidrgeno y
se quema. Este gas pasa
alrededor de una esfera de rubidio calentada elctricamente hasta
unos 600-800C, y
mantenida a un potencial de 180 V respecto al colector,
alrededor de la cual se forma un
plasma. Mediante un mecanismo no muy bien establecido, se forma
una gran cantidad de
iones a partir de las molculas fosforadas y nitrogenadas, y al
tener un medio conductor
dicha diferencia de potencial permite la aparicin de una pequea
corriente elctrica
amplificable y medible. Por lo general, la intensidad de la
corriente ser proporcional al
nmero de iones formados, y por tanto a la cantidad de
analito.
Columnas y tipos de fases estacionarias
Columnas de relleno
Las columnas de relleno o empacadas consisten en unos tubos de
vidrio, metal (inerte de
ser posible como el acero inoxidable, Niquel, Cobre o Aluminio)
o tefln, de longitud de 2
a 3 metros y un dimetro interno de unos pocos milmetros,
tpicamente de 2 a 4. El interior
se rellena con un material slido, finamente dividido para tener
una mxima superficie de
interaccin y recubierto con una capa de espesores entre 50 nm y
1 m. Para que puedan
introducirse en el horno, se enrollan convenientemente.
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El material de relleno ideal consiste en pequeas partculas,
esfricas y uniformes, con una
buena resistencia mecnica, para tener una mxima superficie donde
interaccionar la fase
estacionaria y el analito. La superficie especfica mnima ha de
ser de 1 m/g. Como todos
los componentes de columnas para GC, debe ser inerte a altas
temperaturas (~400C) y
humectarse uniformemente con la fase lquida estacionaria durante
el proceso de
fabricacin. El material preferido actualmente (2005) es la
tierra de diatomeas natural,
debido a su tamao de poro natural. Estas especies, ya
extinguidas, utilizaban un sistema de
difusin molecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus
residuos. Por tanto,
debido a que el sistema de adsorcin superficial del analito y la
fase estacionaria es
parecido, son materiales especialmente tiles.
El tamao es crtico a la hora de darse el proceso de interaccin
del analito, y a menores
tamaos la eficacia de la columna es mejor. Pero existe el
problema de la presin necesaria
para hacer circular un caudal estable de gas portador por la
columna, ya que dicha presin
es inversamente proporcional al cuadrado del dimetro de dichas
partculas. As, el tamao
mnimo para usar presiones mximas de 50 psi es de 250 a 149
m.
Columnas capilares
Las columnas capilares son de dos tipos bsicos: 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 finsima capa de fase
estacionaria. Las columnas SCOT
tienen en su parte interna una fina capa de material adsorbente
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 ltima, ya
que en su fabricacin se emplean mayores cantidades de fase
estacionaria, al ser la
superficie de intercambio mayor. Por orden de eficacia, en
primer lugar estn las WCOT,
luego las SCOT y por ltimo las columnas de relleno.
Las columnas WCOT se fabrican a partir de slice fundida,
conocidas como columnas
tubulares abiertas de slice fundida o FSOT. Estas columnas se
fabrican a partir de slice
especialmente pura, sin apenas contenido de xidos metlicos.
Debido a la fragilidad
inherente a este material, en el mismo proceso de obtencin del
tubo se recubre con una
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capa de poliimida, de esta forma la columna puede enrollarse con
un dimetro de unos
pocos centmetros. Estas columnas, con propiedades como baja
reactividad, resistencia
fsica y flexibilidad, han sustituido a las WCOT clsicas.
Las columnas FSOT tienen dimetros internos variables, entre 250
y 320 m (para
columnas normales) y 150-200 m para columnas de alta resolucin.
Estas ltimas
requieren menor cantidad de analito y un detector ms sensible,
al eluir menor cantidad de
gas. Existen asimismo columnas macrocapilares con dimetros de
hasta 530 m, que
admiten cantidades de analito comparables a las de relleno pero
con mejores prestaciones.
En estas columnas existe un problema debido a la adsorcin del
analito sobre la superficie
de la slice fundida, adsorcin debida a la presencia de grupos
silanol (Si-OH), los cuales
interaccionan fuertemente con molculas polares orgnicas. Este
inconveniente se suele
solventar inactivando la superficie por sililacin con
dimetilclorosilano (DMCS). La
adsorcin debida a los xidos metlicos se ve paliada en gran parte
por la elevada pureza de
la slice empleada.
La fase estacionaria
Las propiedades necesarias para una fase estacionaria lquida
inmovilizada son:
1. Caractersticas de reparto (factor de capacidad ' y factor de
selectividad )
adecuados al analito.
2. Baja volatilidad, el punto de ebullicin de la fase
estacionaria debe ser al menos
100C mayor que la mxima temperatura alcanzada en el horno.
3. Baja reactividad.
4. Estabilidad trmica, para evitar su descomposicin durante la
elucin.
Existen como mucho una docena de disolventes con estas
caractersticas. Para elegir uno,
debe tenerse en cuenta la polaridad del analito, ya que a mayor
polaridad del analito, mayor
polaridad deber tener la fase estacionaria. Algunas fases
estacionarias utilizadas
actualmente (2005) son:
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Polidimetilsiloxano, fase no polar de uso general para
hidrocarburos, aromticos, polinucleares, drogas, esteroides y
PCBs.
Poli(fenilmetildifenil)siloxano (10% fenilo), para steres
metlicos de cidos grasos, alcaloides, drogas y compuestos
halogenados.
Poli(fenilmetil)siloxano (50% fenilo), para drogas, esteroides,
pesticidas y glicoles.
Poli(trifluoropropildimetil)siloxano, para aromticos clorados,
nitroaromticos, bencenos alquilsustituidos.
Polietilenglicol,sirve para compuestos polares, tambin para
compuestos como glicoles, alcoholes, teres, aceites esenciales.
Poli(dicianoalildimetil)siloxano, para cidos grasos
poliinsaturados, cidos libres y alcoholes.
Generalmente, en columnas comerciales, la fase estacionaria se
presenta enlazada y
entrecruzada para impedir su prdida durante las operaciones de
elucin o lavado. De esta
forma se obtiene una monocapa adherida qumicamente a la
superficie de la columna. La
reaccin implicada suele ser la adicin de un perxido al lquido a
fijar, inicindose una
reaccin por radicales libres que tiene como resultado la
formacin de un enlace carbono-
carbono que adems incrementa su estabilidad trmica. Otra forma
es la irradiacin con
rayos gamma.
Otro tipo de fase estacionaria son las quirales, lo cual permite
resolver mezclas
enantiomricas. Este tipo de fases suelen ser aminocidos quirales
o algn derivado
adaptado al trabajo en columna.
El grosor de la pelcula vara entre 0,1 y 5 m; el grosor depende
de la volatilidad del
analito. As, un analito muy voltil requerir una capa gruesa para
aumentar el tiempo de
interaccin y separar ms efectivamente los diferentes componentes
de la mezcla. Para
columnas tpicas (dimetros internos de 0,25 o 0,32 mm) se emplean
grosores de 0,25 m,
y en las columnas macrocapilares el grosor sube hasta 1 m. El
grosor mximo suele ser de
8 m
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Aplicaciones
La GC tiene dos importantes campos de aplicacin. Por una parte
su capacidad para separar
mezclas orgnicas complejas, compuestos organometlicos y sistemas
bioqumicos. Su otra
aplicacin es como mtodo para determinar cuantitativa y
cualitativamente los
componentes de la muestra. Para el anlisis cualitativo se suele
emplear el tiempo de
retencin, que es nico para cada compuesto dadas unas
determinadas condiciones (mismo
gas portador, rampa de temperatura y flujo), o el volumen de
retencin. En aplicaciones
cuantitativas, integrando las reas de cada compuesto o midiendo
su altura, con los
calibrados adecuados, se obtiene la concentracin o cantidad
presente de cada analito
Cromatografa de fluidos supercrticos
La cromatografa de fluidos supercrticos (SFC) es una tcnica
hbrida entre la
cromatografa de gases (GC) y la HPLC, que combina lo mejor de
ambas tcnicas. Esta
tcnica es importante porque permite la separacin de mezclas en
las que no es adecuada la
aplicacin de la GC ni de la HPLC. En concreto, se aplica a
compuestos no voltiles o
trmicamente inestables que no pueden ser separados mediante GC,
o aquellos que
contienen grupos funcionales que imposibilitan su deteccin en
HPLC.
Instrumentacin
Debido a las caractersticas de la fase mvil (alta presin y
temperatura) se emplean
equipos parecidos a los de HPLC, con varias diferencias:
El empleo de un horno termosttico para poder controlar con
precisin la temperatura de la fase mvil.
El uso de un restrictor, empleado para poder mantener por una
parte la presin en el interior de la columna y por otra parte
permitir la bajada de la presin a la salida
para que el fluido supercrtico (SF en adelante) pase al estado
gaseoso y pueda ser
detectado adecuadamente el analito disuelto.
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Bsicamente, un restrictor es un tubo capilar de unos 2 a 10 cm
de longitud y un dimetro
interno menor al de la columna (tpicamente 1/10 del dimetro),
donde a la salida el SF
expande y pasa al estado gaseoso y se puede mantener
simultneamente la presin en el
interior de la columna.
A diferencia de la cromatografa de gases, en la SFC no se
aumenta la velocidad de elusin
modificando la temperatura, sino la presin del SF. El aumento de
presin, al aumentar la
densidad, permite una mayor interaccin analito-fase mvil y
disminuye los tiempos de
elusin. Se suele emplear en las elusiones una primera etapa
isobrica para luego aumentar
la presin lineal o asintticamente hasta el final de la
elusin.
Fases estacionarias
Se pueden emplear, al igual que en la GC, las columnas capilares
o de relleno, prefirindose
las primeras. Las dimensiones son parecidas en longitud, de 10 a
20 m, y el dimetro
interno es bastante menor, de 0,05 a 0,10 mm. La pelcula interna
es de siloxano
entrelazado y polimerizado. Si se emplean columnas de relleno,
su dimetro interno vara
entre 0,5 y 4,6 mm, y el grosor de la partcula de relleno es de
3 a 10 m. En este caso, el
recubrimiento es parecido al empleando en HPLC de reparto.
Fases mviles
La fase mvil estrella en la SFC es el dixido de carbono, por sus
excelentes propiedades:
Apolar, disuelve una gran variedad de molculas orgnicas.
Transparente a la radiacin ultravioleta
Inodoro
No txico
Fcil de obtener
Barato
No inflamable
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El CO2 tiene la ventaja de que se puede obtener fcilmente como
fluido supercrtico. Su
temperatura crtica es de 31C y la presin crtica de 72,9 atm,
condiciones realmente
asequibles y por debajo del rango de condiciones usuales en la
HPLC.Otras fases mviles
tambin probadas y empleadas son el etano, pentano, dietilter,
amonaco, tetrahidrofurano,
diclorofluorometano y xido nitroso.
Detectores
Se puede emplear el detector de ionizacin de llama (tambin usado
en GC), por sus
caractersticas de universalidad (permite detectar casi cualquier
compuesto orgnico), alta
sensibilidad y bajo mantenimiento. El espectrmetro de masas
tambin tiene utilidad, al
tener una salida en fase gas, y detectores espectrofotomtricos
como el de infrarrojos,
ultravioleta, el de emisin por fluorescencia, el termoinico y el
fotomtrico de llama.
Aplicaciones
La SFC se aplica a una gran variedad de compuestos, entre los
que podemos citar drogas,
alimentos, herbicidas, tensioactivos, polmeros y aditivos,
explosivos o combustibles
fsiles.
Acoplamiento de la cromatografa de gases con mtodos
espectroscpicos
La cromatografa de gases a menudo se combina con otras tcnicas
selectivas como la
espectroscopia y la electroqumica. Los mtodos que resultan se
llaman mtodos acoplados,
y proporcionan al qumico una potente herramienta para la
identificacin de componentes
de una mezcla compleja.
En los primeros mtodos acoplados, los gases efluentes de una
columna cromatogrfica,
despus de ser detectados por un detector no destructivo y no
selectivo, se recogan como
fracciones separadas en una trampa fra. La composicin de cada
una de las fracciones se
investigaba por resonancia magntica nuclear, infrarrojo, o
espectroscopia de masas, o por
medidas electroanalticas. Una importante limitacin en esta
metodologa era que las
cantidades de soluto que contenan las fracciones eran muy
pequeas (normalmente
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micromoles); a pesar de ello, el procedimiento general resultaba
til para el anlisis
cualitativo de muchas mezclas multicomponentes.
Un segundo mtodo general, que tiene actualmente un uso muy
extendido, consiste en la
aplicacin de un detector selectivo para controlar continuamente
el efluente de la columna.
Por lo general, estos procedimientos requieren un control de los
instrumentos mediante u
ordenador, y el uso de la memoria de un ordenador para almacenar
los datos espectrales y
su posterior presentacin como espectros y cromatogramas.
Cromatografa de Gases/espectrometra de masas (GC/MS)
Algunos frabicantes de instrumentos ofrecen equipos de
cromatografa de gases que pueden
acoplarse directamente con distintos tipos de espectrmetros de
masas de barrido rpido. El
caudal de las columnas capilares en general es suficientemente
bajo como para que la salida
de la columna pueda introducirse directamente en la cmara de
ionizacin de un
espectrmetro de masas. Sin embargo, en el caso de las columnas
rellenas as como en las
columnas megacapilares ha de emplearse un separador de chorro,
como el que se muestra
en la figura, para eliminar la mayor parte del gas portador que
acompaa al analito. En este
dispositivo, la salida de gases fluye a travs de la boquilla de
un separador de chorro (de
vidrio), el cual aumenta el momento lineal de las molculas ms
pesadas del analito, de tal
forma que el 50 por 100 o ms de stas se desplazan
aproximadamente en lnea recta hacia
el conducto colector de salida. Por el contrario los tomos del
gas (helio) ligeros se desvan
por el vaco y son succionados hacia el exterior.
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Referencias
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Instrumental.5ta Edicin, Editorial McGRAW-HILL interamericana de
Espaa, 1992
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Edicin, Editorial Prentice Hall, 2001.
Guadalupe Pizarro, Apuntes sobre Mtodos Cromatogrficos de
Anlisis, 2007.
Yost R.W, Ettre L.S, Conlon, R.D. Introduccin a la Cromatografa
Lquida Prctica, Perkin Elmer 1980, ubicacin LECTUQUIM
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la HPLC; Aplicacin y Prctica, Impreso en la Argentina, en Artes
Grficas Farro SA, California, Buenos Aires, 1992, Ubicacin UTEM,
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Skoog, Douglas A. y Leary, James J. (1994), Anlisis
Instrumental, Madrid: McGraw-Hill. 84-481-0191-X.