Cromatografía Gaseosa

Transcripción

1 Cromatografía Gaseosa Fase Móvil líquido Cromatografía en Columna Gas Fase Estacionaria Sólido CGS Liquido CGL Es un método de separación en el cual los componentes de una muestra se distribuyen entre dos fases: 1 fase estacionaria con gran área superficial y otra fase movil (gas) Los analítos se separan de acuerdo a la presión de vapor relativa y la afinidad por la fase estacionaria a una dada temperatura.

2 CGL Los analitos particionan (absorben) con la fase estacionaria líquida de acuerdo a la solubilidad a una dada temperatura CGS Los analitos se adsorben en la fase estacionaria sólida Ventajas Equipo de relativo bajo costo (US$20000) - Análisis rápidos - Alta resolución y sensibilidad - Alta reproducibilidad - Requiere bajas cantidades de muestra (µg) Desventajas Limitadas a muestras de bajo PM y volátiles - No viable para muestras termolábiles - Se consume tiempo en la preparación de derivados volátiles - Técnica generalmente destructiva

3 Esquema de un cromatogáfo gaseoso 1) Fase Móvil-Gas 4) Fase estacionaria-columna 2) Controlador de Flujo 5) Zona de control de temperatura 3) Sistema de Inyección 6) Detector 7) Sistema de adquisición de datos 1. Fase móvil: Gas Carrier Detector Gas Conductividad Térmica He o H 2 - Ionización a la Llama (FID) He o N 2 - Captura Electrónica N 2 extremadamente seco - Espectroscopía de Masa He Pureza: - El oxígeno y el agua pueden degradar la fase estacionaria. - Fases sensibles: Poliesters, poliglicoles y poliamidas - Gas de pureza del % - Agregado de filtros de agua y oxígeno

4 Sangrado: es la pérdida de pequeños fragmentos de la fase estacionaria como consecuencia de la degradación de la misma. Suelen ser fragmentos de masa 355, 281,207 y Control de flujo Esencial para la reproducibilidad y eficiencia del análisis - Manómetros externos P 1 = 2500 psi P 2 = psi -Control de presión interna: Control neumático electrónico (EPC) Presión de cabeza constante El flujo disminuye al aumentar la temperatura Flujo constante La presión aumenta al aumentar la temperatura

5 Presiones de cabeza típica (psi) He a 20 cm/seg o H 2 a 40 cm/seg Largo (m) Diámetro interno de la columna (mm) Sistema de inyección - Split - Splitless - On-Column - programmed-temperature vaporization (PVT)

6 -Split V = 1 µl ; Relación de split 100:1 Ventajas Separaciones con alta resolución Fácil para inyectar Preserva la vida útil de la columna evitando saturación Permite retener compuestos no volátiles Desventajas Limitación para el análisis de compuestos en bajas concentraciones (trazas) Puede discriminar en la cantidad de analito que entra según el peso molecular No sirve para analitos termodegradables -Splitless V = 1 µl ; Entra aproximadamente el 95% de la muestra Ventajas Fácil para inyectar Limitación para el análisis de compuestos en bajas concentraciones (trazas) No hay discriminación de analitos en la inyección Desventajas Análisis con menor resolución Efectos de saturación de la columna acortándose la vida útil de la misma No sirve para analitos termodegradables

7 Inyección de la muestra - Líquido: Jeringa punta biselada - Gas: Método espacio-cabeza (Headpace) Jeringa de gases Loop de presión Balance de presión 4. Columnas- Fases estacionarias - Empacadas (<5% análisis) - Capilares Parámetros críticos de columnas capilares a) Longitud b) Diámetro Interno c) Grosor del film de la fase d) Composición de la fase e) Velocidad de flujo f) Límite de temperatura

8 a) Longitud Longitud (m) Resolución Excelente Buena Moderada Velocidad Lenta Buena Rápida Solución de compromiso L = 25-30m b) Diámetro Interno Diámetro (mm) Resolución Capacidad Practicidad 0.1 Muy buena Regular Regular Buena Buena Buena 0.53 Regular Muy buena Muy buena Solución de compromiso d = mm

9 c) Grosor del film (Fase) Grosor (µm) Resolución Velocidad Capacidad Muy buena Muy buena Regular 1 5 Regular Buena Muy Buena d = µm d = µm Relación diámetro interno - grosor de film Relación de fase β = di / 4 d f A igual diámetro interno y mayor grosor de film menor valor de β Cuanto menor sea el valor de β más será retenido un analito β < > 400 Usos Compuestos muy Volátiles y de bajo PM Usada en general. Amplio rango de compuestos Compuestos de alto PM y análisis de trazas

10 β = 320 β = 27 d) Fase estacionaria Es el principal factor en términos de separación y selectividad Existen tres tipos de fases: - Líquidos que recubren el soporte sólido (Non-bonded) - Fases que están unidas químicamente al soporte (Bonded and crosslinked) - Sólidos adsorbentes (PLOT, CGS) - Existen mas de 400 fases para CGL - En la práctica para la mayoría de las separaciones se necesitan no más12

11 -Se evalúa la polaridad y selectividad de la columna La polaridad está determinada por la estructura de la fase estacionaria Indice de polaridad Selectividad La selectividad está dada por las interacciones analito-fase estacionaria Grupo funcional Fuerzas dispersivas Dipolo Dipolo Puente hidrógeno Metil Fuerte No No Fenil Fuerte No a débil Débil Cianopropil Trifluoropropil Polietilenglicol Fuerte Fuerte Fuerte Muy fuerte Moderada Fuerte Moderado Débil Moderado Fuerzas Dispersivas o de Van der Waals Las separaciones ocurren básicamente por la diferencia de punto de ebullición Cuando los puntos de ebullición son similares se recurre a fases de mayor polaridad para que existan interacciones entre los grupos del analito y de la fase estacionaria

12 Interacciones Dipolo-Dipolo Interacciones Puente Hidrógeno

13 100% dimetilpolisiloxano No Polar Fase unida químicamente y entrecruzada Temperatura máxima 360ºC Nombres comerciales: DB-1, ZB-1, SPB-1 Usos General. Compuestos con diferente punto de ebullición. Aminas, hidrocarburos, pesticidas, PBCs, fenoles, fragancias, solventes, combustibles. 5% fenil-95%dimetilpolisiloxano No Polar Fase unida químicamente y entrecruzada Temperatura máxima 350ºC Nombres comerciales: DB-5, ZB-5, SPB-5 Usos General. Compuestos con diferente punto de ebullición. Semivolátiles, alcaloides, FAMEs, pesticidas, herbicidas, combustibles.

14 Fenildimetilpolisiloxanos Polar Intermedia Fase unida químicamente y entrecruzada Temperatura máxima 350ºC Nombres comerciales: DB-X, ZB-x, SPB-x Usos: Alcoholes, drogas, pesticidas, herbicidas, fenoles, esteroides, antidepresivos. fluropropilmetilpolisiloxanos: Polaridad Intermedia Fase unida químicamente y entrecruzada Temperatura máxima 320ºC Nombres comerciales: DB-200, DB % trifluoropropil -metilpolisiloxano 50% trifluoropropi l-metilpolisiloxano Usos: drogas, muestras ambientales, solventes residuales, cetonas, nitroaromáticos

15 Cianopropilmetilpolisiloxanos: Usos: Carbohidratos y esteres metílicos de ácidos grasos (FAME). 14% cianopropilfenil-86% dimetilpolisiloxano Nombre comercial SPB-1701, ZB-1701 Polaridad: media alta / Unida químicamente 50% cianopropilfenil-50% dimetilpolisiloxano Nombre comercial DB-225 Polaridad: media alta / Unida químicamente 50% cianopropil-50% dimetilsiloxano Nombre comercial DB-23 Polaridad: alta / Unida químicamente 80% biscianopropil-20% cianopropilsiloxano Nombre comercial: Sp-2330, Rtx-2330 Polaridad: alta / No unida químicamente Polietilenglicol Polaridad alta Fase unida químicamente y entrecruzada Temperatura máxima 280ºC Nombres comerciales: DB-wax, supelcowax Usos: Alcoholes, aldehídos, aceites esenciales, glicoles, fragancias, aminas, FAMEs, ácidos.

16 Fases quirales Consisten en derivados de α-, β- y γ-ciclodextrinas Usos: Separación de enantiómeros 10.5% de β-ciclodextrina en DB-1701 Nombre comercial: Ciclodex B No unida químicamente β-ciclodextrina en 35% fenilmetilsiloxano Nombre comercial HP-chiral β No unida químicamente

17 Fases sólidas (CGS) Consejos sobre fase estacionaria Si no existe información previa: 1) Comenzar con las fases menos polares ( -1; -5). 2) Dentro de las no polares elegir las que tengan mayor estabilidad térmica. 3) Al momento de elegir fases polares evaluar la posibilidad de formar puentes hidrógenos. 4) Tenga en cuenta que el aumento de polaridad de la columna no implica una mejora en la resolución 5) Utilice columnas de 30 metros y diámetro interno de 0.25 o 0.32 mm 6) Las fases estacionarias sólidas se utilizan para analizar gases 7) Con estas fases se debería cubrir la mayoría de los análisis: 100% dimetilpolisiloxano 5% fenil-95%dimetilpolisiloxano 14% cianopropilfenil-86% dimetilpolisiloxano Polietilenglicol

18 5. Zonas de control de temperatura - Inyectores: - Muestras volátiles ºC - Muestras con alto Peb ºC - Detectores: En general se utilizan unos 20 ºC por encima de la ultima temperatura del programa de corrida - Horno: Dos modalidades: corrida isotérmica o con programa de temperatura Limite máximo dado por el límite de la fase estacionaria en la columna - Condición Isotérmica: Utilizable con analitos con una retención semejante Analitos con una retención diferente Programa de temperatura

19 - Programa de temperatura Sin información previa se elije un programa con aumento de temperatura lineal T inicial = 10ºC por debajo del Peb del disolvente T final = Temperatura máxima de la columna. Se deja 30 minutos aproximadamente El aumento de resolución de los primeros analitos se puede mejorar al: - Bajar la temperatura inicial - Aumentar el tiempo a la temperatura inicial

20 El aumento de resolución de los últimos analitos se puede mejorar: - Disminuyendo la rampa de temperatura - Utilizando rampas múltiples 6. Detectores Detector Conductividad térmica (TCD) Ionización a la llama (FID) Captura electrónica (ECD) Termoiónico (NPD) Espectrómetro de masa/cuadrupolo Impacto electrónico Ionización Química Selectividad Responde a cambios en la conductividad en el gas carrier (universal) Compuestos orgánicos Halógenos Compuestos nitrogenádos y fosforádos MW Límite de detección 10-9 g g g g N g P 10-9 g (SCAN) g (SIMS)

21 Las muestras - Limitadas a muestras de bajo PM y volátiles - Se consume tiempo en la preparación de derivados volátiles 1. Reacciones de derivatización -Sililación Acidos, Alcoholes, aminas, amidas, amino ácidos, carbohidratos -Acilación Alcoholes, aminas, amidas, amino ácidos, carbohidratos -Alquilación Acidos, alcoholes, aminas, amidas, carbohidratos Grupo funcional Método Derivado Acidos Alcoholes Aminas Amidas Sililación Alquilación Sililación Acilación Alquilación Sililación Acilación Alquilación Sililación Acilación Alquilación RCOOSi(CH 3 ) 3 RCOOR ROSi(CH 3 ) 3 ROC(O)R ROR RNSi(CH 3 ) 3 RNSi(CH 3 ) 3 RNR RCONSi(CH 3 ) 3 RCONHC(O)R RCONHR

22 2. Preparación de la muestra - Limpieza de la muestra - Concentración del analíto Procesos extractivos

23 Extraccion en fase sólida (SPE) Ventajas - Se evitan grandes volúmenes de solventes de extracción. - Se produce en el cartucho la concentración del analito. - Tratamientos selectivos según la fase estacionaria - Barato y versátil

24 Microextraccion en fase sólida (SPME) 1º Etapa Extracción de la muestra 2º Etapa Análisis Ventajas - Se evitan grandes volúmenes de solventes de extracción. - Se produce en el cartucho la concentración del analito. - Tratamientos rápidos y selectivos según la fase estacionaria - Barato ( 1 fibra hasta 50 análisis) y versátil ( aplicable a CGL y HPLC) - Fases más utilizadas Analito Gases y volátiles Aminas y nitroaromáticos Semivolátiles polares Compuestos polares Fibra Dimetilpolisiloxano Dimetilpolisiloxano / Divinilbenceno Poliacrilato Carbowax / Divinilbenceno

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