CROMATOGRAFÍA - depa.fquim.unam.mxdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CG1_26112.pdf · cromatografÍa lÍquidoslÍquidos columna columna planar iec iec sec sec fluido supercrÍtico

CROMATOGRAFÍA

CROMATOGRAFÍA

Invención de la Cromatografía

Mikhail TswettBotánico Ruso(1872‐1919)

Mikhail Tswett

Inventa la cromatografía en 1901 durante su investigación con pigmentos vegetales.   

Utilizó la técnica para separar varios pigmentos vegetales como clorofilas, xantofilas y los carotenoides.

Cromatografía…

Papel

HPLC Gas

Capa delgada

Columna

CROMATOGRAFÍA

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

PLANAR COLUMNA COLUMNA

IEC IEC SEC SEC

FLUIDO SUPERCRÍTICO

BPC BPC

TLC PC

GASES

GSC GLC

LSC LSC

BPC-NP GPC GFC BPC-RP

Problemas de SorciónABsorción ADsorción

Ley de Distribución (Reparto)• Una sustancia (ácido benzóico HB) que se reparte entre

dos disolventes inmiscibles entre sí acorde con:

O2H

org

CC

K O2H

orgD HB

HBK

HB  H+ + B‐

O2H

O2HO2Ha HB

BHK

O2H

org

HB.concHB.conc

D O2HO2H

org

BHBHB

D

Ley de Distribución (Reparto)

O2H

O2H

org

HKa1HB

HBD

a pH = 3 9.93

101105.61

100

3

5

D

a pH = 5 3.13

101105.61

100D

5

5

a pH = 7 15.0

101105.61

100D

7

5

si Kd=100y Ka=6.5x10‐5

O2HH

Ka1

KdD

Extracciones sucesivas• Si queremos extraer 4 g de ácido

butírico de 500 mL de H2O usando 500 mL de eter, donde Kd=3.0

5.0/X

5.0/X40.3CCKd O2Horg

X = 1.0

3.0g

1.0g

Recobro – 75%

Extracciones sucesivas

250 mL250 mL

500 mL500 mL

2.40g

1.60g

0.96g

0.64g

colectar

transferir

colectado = 3.36gquedan = 0.64g

Recobro – 84%

Eficiencia de extracción

Nunca llega a cero

EXTRACCIÓN CONTINUA (CRAIG)

CROMATOGRAFÍA DE GASES

CROMATOGRAFÍA DE GASES(UNA TÉCNICA DE SEPARACIÓN)

Cromatógrafo

Cromatograma

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

PLANAR COLUMNA COLUMNA

IEC IEC SEC SEC

FLUIDO SUPERCRÍTICO

BPC BPC

TLC PC

GASES

GLC

LSC LSC

BPC-NP GPC GFC BPC-RP

GSC

CROMATOGRAFÍA

COLUMNA DE CG (EMPACADA)

FASE MÓVIL(Gas acarreador)

FASE ESTACIONARIA

COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS

Soporte SólidoFase Líquida

1/8" ODColumna empacada

0.25 mm IDCapilar o

WCOT

EQUIPO DE CGRegulador

de dos etapas

Cilindrode gas

GasPortador

Puerto de Inyección

Columna

Detector

Registrador

UN CROMATOGRAMA TÍPICO.

Tiempo de retención (tr)

Área de picoAlturade pico

Inyección

Res

pues

tade

l det

ecto

r

línea base

Tiempo

VENTAJAS DE CG

•Alta Resolución

•Alta Velocidad

•Alta Sensibilidad

•Alta precisión

•Cuantitativa

•Fácil, Bien Conocida

VENTAJAS DE CGALTA RESOLUCIÓN

Columna CapilarArochlor 1260

Mezcla de PCB’s

0 MIN 60

VENTAJAS DE CGALTA VELOCIDAD, ALTA SENSIBILIDAD

1 2 3 4

Metil Paratión3pg

Malatión3pg

Etion3pg

Minutos

CG CUANTITATIVA

omponente Conc. Determinado ErrorPeso Real por CG (%) ± 1 SD Relativo

n-C-10 11.66 11.54 ± .02 0.1%

n-C-11 16.94 16.91 ± .02 0.2%

n-C-12 33.14 33.17 ± .02 0.1%

n-C-13 38.26 38.38 ± .03 0.3%

LIMITACIONES DE GC

• La muestra debe ser volátil

• Las muestras “sucias” requierenlimpieza

• Se debe usar otro instrumento (ejEM) para confirmar la identidad

• Se requiere de

MUESTRAS PARA CG

•Gases, líquidos o sólidos

•Peso Molecular entre 2 a ~ 800

•Orgánico o Inorgánico

•¡La muestra debe ser volátil!

ANÁLISIS CUALITATIVO

Comparar los tR de estándares y desconocidos

Señal

Tiempo

tR

ANÁLISIS CUALITATIVO

stándarest r (MEK)

MetanolMEK

Tolueno

conocido=? tr (x)Conclusión (x) = MEK

(x)

CG/ ESPECTRÓMETRO DE MASASEspectrómetro de masas

Computadora

Espectro de masas

AlVacío

GasPortador

Muestra

Efluente CG

ANÁLISIS CUANTITATIVO

Área dePico: A

Alturade Pico: h

Tiempo

Se ñ

al

TÉRMINOS CG - - TIEMPO DE RETENCIÓN

tr = Tiempo de retenciónto = Tiempo “muerto”

EFICIENCIA–PLATOS TEÓRICOS, N

tr

yección

Wh

Wb

• Platos teóricos :

N16 tRwb

2

5.545 tRwh

2

to

t’r

ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO TEÓRICO - - HETP

L = LARGO DE LA COLUMNA

N = NÚMERO DE PLATOS TEÓRICOS

HETP H L c

N

FACTOR DE RETENCIÓN(FACTOR DE CAPACIDAD)

•

0 1 2 3 4Tiempo (mins)

Solvente

k=1

k=2

k=3

to=1 t’r=1

otrtk''

K en el intervalo de 2 a 20

FACTOR DE SEPARACIÓN SELECTIVIDAD

Inyección

to

t'r(A)

t'r(B)

Soluto A Soluto B

t’r(A)

=t’r(B) k(B)

k(A)

=

RESOLUCIÓN:CAPACIDAD, SELECTIVIDAD Y EFICIENCIA

)(2

)2()1( bbs

WWtR

t

PICOS CONDIFERENTE RESOLUCIÓN

R = 0.70 R = 1.5 R = 2.0

EFECTO DE N, y SOBRE R

REFERENCIA

AUMENTO DE LA EFICIENCIA (>N)MISMA SELECTIVIDAD (

MAYOR R

AUMENTO DE SELECTIVIDAD (>)MISMA EFICIENCIA (N)

MAYOR R

ECUACIÓN MAESTRA DE LA RESOLUCIÓN

•LA RESOLUCIÓN (RS) ES UNA FUNCIÓN DE TRES FACTORES

CAPACIDAD SELECTIVIDAD EFICIENCIA

41

1N

kkRs

INSTRUMENTACIÓN

EQUISITOS DEL GAS PORTADOR

• 1. Puro (seco)• 2. Inerte• 3. Compatible con el

detector

•Detector Gas Portador•Conductividad Helio• Térmica(TC) •Ionización de Nitrógeno o• Flama (FID) Helio••Captura de Nitrógeno (muy seco)• Electrones (EC) (Libre de Oxígeno)• o• Argón, 5% Metano

GASES PORTADORESPREFERIDOS

EFECTO DEL FLUJO SOBRE LA EFICIENCIA

Regionenciaamna

Flujo

Máxima Eficiencia

FlujoÓptimo

Introducción de Muestra

JERINGA ANALÍTICA

Refuerzo del émbolo

Guía de protección del émbolo barril

Aguja

JERINGAS ANALÍTICAS

TAMAÑOS DE MUESTRA TÍPICOS

Tipo de columna Líquido(l) Gas (ml)1/4" Empacada 1-10 1-51/8" Empacada 0.1-2 0.1-1.00.25mm 0.01-1.0 0.1

Capilar con Splitter

– Las cantidades dependen del tipo de columna, detector y objetivo del análisis

1. Columna empacada -A) vaporización FlashB) On-Column

2. Introductores capilares

3. Válvula de muestreo de gases

INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS

SplitSplitless tipo GrobDirecta

Inyector “SPLIT-

SPLITLESS”Modo Split

INYECCIÓN SPLIT

• 1. Se vaporizar la muestra en el inyectorcaliente

• 2.Divida (Split) el vapor, de forma quetan sólo una fracción entre a la columna

• 3. Un split normal es de - 10:1 a 200:1• 4. El operador puede fácilmente

controlar el “split ratio” (abriendo y/ocerrando la válvula de aguja)

Inyector “SPLIT-

SPLITLESS”Modo Splitless

1. Se vaporizar la muestra en el inyectorcaliente

2. Se mantiene cerrada la válvula de split por unos cuantos segundos

3. Se abre la válvula con el split seleccionado 10:1 a 200:1

4. Con ello se logra ingresar una mayor cantidad de muestra a la columna y se elimina el disolvente

INYECCIÓN SPLITLESS

Inyector “Cool on Column”

INYECTOR “ON-COLUMN”

Remplace frecuentemente el septum( 50 inyecciones)

gujaringa

ColumnaGas portador

SeptumLana de vidrio

BloqueCaliente

0.35 mm< 0,25 mm

INYECCIÓN DIRECTA CAPILAR

Sólo con películas gruesas o megaboro

El propósito simplicidad y grandescantidades de muestra

La banda de soluto debe re-enfocarse(temp)

VÁLVULA DE MUESTREO DE GASES

Gas Portador

a columna

Muestra

Posición de carga Posición de Inyección

A la columna

Loop deMuestra

Gas Portador

COLUMNAS

COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS

Soporte SólidoFase Líquida

1/8" ODColumna empacada

0.25 mm IDCapilar o

COLUMNA EMPACADA

Gasortador

Acero InoxidableFase Estacionaria

Fase líquidaSoporte Sólido

(5 o10% en peso)

La separación depende de la distribución de lasmoléculas entre el gas y la fase líquida

COLUMNAS EMPACADAS -REVISIÓN

Largo 3,6 o 12 Ft1/4 y 1/8 pulgada de D.E.Acero Inox. o vidrioFáciles de fabricar y usarUna gran variedad de faseslíquidas

Un número modesto de platos(8000 Máximo)

COLUMNAS CAPILARES

(WCOT-WALL COATED OPEN TUBULAR)

DI's 100, 250,320, 530 m

TuboSilica Fundida

Fase Líquida0.2 - 5 m

COLUMNAS CAPILARES

Largo de 5 a 100 metros

100 a 530 m D.I.

Silica fundida (recubrimiento de poliimida )

Separaciones muy eficientes (100,000 platos)

SCOTSupport Coated

Open Tube

PLOTPorous LayerOpen Tube

WCOTWall CoatedOpen Tube

polyimide coating

stationaryphase

fused silicacapillary

Packed Columns

Length: <2m

Diameter: 1/8” & ¼” OD

Capillary Columns

Length: 10m to 100m

Diameter: 180um, 250um, 320um & 530um I.d

DETECTORES DE CG

1. Detector de Ionización de Flama (FID)

2. Detector de Conductividad Térmica (TCD)

3. Detector de Captura de Electrones (ECD)

Muy Sensible ~ 100 ppbAplicable sólo a compuestos orgánicos

Universal-todos los compuestosSensibilidad Moderada ~ 10 ppm

El más sensible ~ 10 ppbMuy Selectivo

Detector de Ionización de Flama

FID

Detector de Conductividad TérmicaTCD

Detector de Captura

de Electrones

ECD

Detector de Nitrógeno-

FósforoNPD

Detector de Fotométrico

de FlamaFPD

Espectrómetro de Masas

DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)

DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG(ZONAS CALIENTES)

Puerto deInyección

Columna

Sistemade datos

Caliente para Vaporizar

Caliente paraMantener Limpio

Caliente paraControlar tR

RegistradorDetector

Gas Portador

EFECTO DE LATEMPERATURADE LA COLUMNA

0 4 8 12 16 18 20

0 2 4 6 8 10 0 2 4 6

C - 8

130° CC -12C - 8 C -12

110°

IsómerosOctano

n-C-8 C -10 C -11

75° C

C -12

C

CG ISOTÉRMICOTemperatura de la columna constante con

respecto al tiempo.

ISOTÉRMICOTemp.Columna

Tiempo

SEPARACIÓN ISOTÉRMICA(Hidrocarburos)

Isotérmico130° C

0 5 10 20 30 90 95 MIN

C7

C8

C10

C9

C11 C12 C13

C14

C15

CG CON PROGRAMACIÓN DE TEMPERATURA

mperaturaumna

TPGC

4° C / min.

200

150

100

Cambio controlado de la temp. con respecto al tiempo

5 10 20 25 30

SEPARACIONES CG CON TPProgramaciónde temperatura

75-200 Co

MIN0 4 8 12 16 20 24 28 32 36

C5C7

C8

C9

C10 C11 C12 C13 C14

C15 C16C17

C18 C19C20 C21

VENTAJAS DE LACG CON TEMPERATURA

PROGRAMADA• Muestras que son mezclas complejas• Análisis mas rápidos (más de 20 picos)• Mejor definición de compuestos con alto

p.e, o compuestos traza que eluyen tarde• Desarrollo de métodos más rápido• Más versátil, Cromatografía Estable

INTEGRADOR Y PRINTER/PLOTTER

DetectorCG

A/D Micro -Procesador

Pulsos

PK TIEMPO A% CONC

1 1.87 3.06 2.98

2 2.41 3.50 3.42

3 3.16 4.68 4.59

CROMATOGRAMA REPORTE ESCRITO

1.872.41

3.16

Sistema de Datos

PRINTER / PLOTTERFácil de UsarPrecio Moderado

COMPUTADORAFlexible, PoderosaMás Cara