Fecha: 11 de Noviembre 2011 AREA DE NEGOCIO CIENTIFICO ELECCIÓN Y PUREZA DE LOS GASES VOLUMEN N 5

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1 Fecha: 11 de Noviembre 2011 AREA DE NEGOCIO CIENTIFICO ELECCIÓN Y PUREZA DE LOS GASES VOLUMEN N 5

2 Elección del Gas Soy nuevo en el tema de la cromatografía. Qué tipo de gases hay disponibles y qué debo buscar? Los gases empleados en la cromatografía del gas son: 1. El gas de fase movible, portador (Carrier) que mueve la muestra desde la entrada a través de la columna hacia el detector; 2. Los gases de apoyo para el detector. El gas portador es inerte; todo lo que hace es llevar las zonas o bandas de análisis (usted puede verlas como cumbres o peak a medida que salen de la columna y son registrados) a través de la entrada y de la columna hacia el detector. Los gases detectores, por otra parte, podrían participar químicamente en el proceso de detección quemándose, produciendo electrones, o iniciando reacciones en los sub estratos especiales, o podría simplemente barrer las bandas analítica a través del detector (gas de reemplazo). Los requisitos de pureza dependen de la función del gas, la sensibilidad del análisis, y del detector específico. Por ejemplo, El oxígeno en el gas portador acortará la vida de su columna contribuyendo a la degradación de la fase estacionaria, pero no tendrá efecto como impureza del gas de reemplazo en la señal FID (detector por ionización de llama). Los niveles de partes por millón de hidrocarburos volátiles en el gas de reemplazo o detector son perfectamente invisibles a un detector por ionización de llama (FID), pero afectan dramáticamente la señal de fondo de un detector de captura de electrones (ECD). Lo opuesto es válido para los niveles de vestigios de hidrocarburos volátiles que afectan a un FID pero no a un ECD. Por otra parte, un valor ppm de la impureza total de hidrocarburo

3 img en el gas de un proceso GC-FID será totalmente insignificante con respecto a la cantidad de analito en la columna y a la atenuación de la señal del detector. El principio general es que sus gases GC deben estar libres de las impurezas que interferirían con su análisis específico o que degradarían su equipo cromatográfico. Usted puede elegir los gases apropiados comparando las especificaciones sugeridas por el vendedor del instrumento con las especificaciones del producto descritas en los catálogos de los proveedores de gases especiales. La mayoría de los proveedores de gas tienen grados especiales de gases para uso analítico pero no hay consistencia entre los proveedores en cuanto a cómo llamarlos o ajustar las especificaciones. Usted tiene que saber qué impurezas y a qué niveles interferirán con su análisis y elegir el gas de acuerdo a ello. Nota: Las especificaciones del gas enlistados en los catálogos de los proveedores no son resultados analíticos. Representan los niveles máximos permisibles dentro del grado de gas específico. Los resultados analíticos reales pueden ser significativamente más bajos que las especificaciones. Por otra parte, casi todos los grados 6.0 de gas son calificados por control de calidad estadístico. Generalmente, el 10 % o menos de los cilindros en una carga llena serán analizado para verificar la calidad del gas. Las columnas empacadas y capilares pueden responder de manera diferente a las impurezas activas en el gas portador. Esta diferencia en la respuesta depende de la extensión de conexión transversal, carga de fase, edad y estado de la columna, y de las temperatura típicas a que está expuesta la columna.

4 Qué gas portador debo usar? Eso depende de su aplicación y, en algunos casos, de su detector. Está usted usando una columna empacada isotérmica GC como un analizador de proceso? Análisis ambiental de trazas con métodos GC capilares programada con temperatura? De análisis QA de fabricación donde la producción es esencial y la resolución puede sacrificarse? De soporte I+D del producto? Columnas empacadas El helio, el nitrógeno, y el argón pueden usarse como gases portadores de columna empacada. El helio es removido fácilmente por un separador de chorro en el GC-MS. El nitrógeno tiene la ventaja de ser menos caro que los dos gases nobles. El argón se emplea en los gases de análisis para el contenido de hidrógeno y helio por TCD. Las mezclas argón/metano han sido usadas como el gas portador para el GC isotérmico con detección por captura de electrones. Columnas capilares El helio es el gas portador más comúnmente empleado porque es inerte y no inflamable, y posee propiedades físicas que permiten una cromatografía del gas de alta resolución, programada con temperatura. Aunque el hidrógeno es inflamable, su alta dispersión permite velocidades lineales más rápidas y análisis consecuentemente más cortos con la misma eficiencia de separación que la que proporciona el helio. Los análisis más cortos se traducen en producción aumentada, lo que significa costos más bajos por muestra. La reactividad en algunas situaciones (hidrogenación catalítica de moléculas insaturadas a una alta temperatura de entrada) podría ser un problema cuando se usa H2 como la fase movible. Debe evaluarse el potencial para reacciones químicas en su sistema analítico. Hay también algunas preocupaciones en el uso del hidrógeno como la fase movible en la cromatografía por espectrometría (6C-MJ): Los indicadores de iones que monitorean la presión de la fuente de iones se calibran generalmente con nitrógeno y de este modo no reportarán exactamente la presión cuando hay H2 presente. Puede ser difícil para las bombas de difusión de baja capacidad y turbo moleculares remover eficientemente el H2 desde la fuente de iones de los instrumentos de sobremesa GC-MS. No debe usarse nitrógeno en los GC de capilaridad programada con temperatura. Los cromatogramas de página siguiente muestran diferencias entre el

5 hidrógeno, el helio, y el nitrógeno como gases portadores en GC capilares programados con temperatura. La muestra es una mezcla de prueba no polar isotérmica Supelco. Cada gas portador fue ajustado a su velocidad lineal óptima a la temperatura inicial de la curva de enlace de temperatura. Observe los diferentes tiempos de retención y la resolución. La columna y las condiciones no fueron cambiadas Efecto del Gas Portador sobre el Tiempo de Resolución y de Análisis

6 Cuando se usa como gas portador, el hidrógeno proporciona típicamente una mejor resolución a velocidades lineales más altas que las del helio o del nitrógeno. Observe la co-levigación de los componentes de la mezcla de prueba con el portador de nitrógeno a tr ~ 13 minutos. Trazados Van Deemter para Columnas Capilares Velocidad Lineal Promedia (cm/seg.) El trazado de más arriba muestra la relación entre HEPT y la velocidad lineal promedia del gas portador bajo condiciones isotérmicas. HEPT (o altura equivalente de una placa teórica ) es una medida de la eficiencia de la columna. HEPT depende de la naturaleza del gas portador y de su velocidad lineal (no de la tasa de flujo de volumen). Mientras más pequeña es la HEPT, más eficiente es la separación. Usted puede obtener la eficiencia más alta posible el mejor poder separador desde su GC cuando usted ajusta la velocidad lineal del gas portador al valor en que HEPT es el más bajo. Para el sistema caracterizado más arriba, lo óptimo ocurre más o menos 12 cm/seg. para el nitrógeno, alrededor de 20 cm/seg. para el helio y a unos 36 cm/seg. para el hidrógeno.

7 El nitrógeno es completamente diferente del helio y del hidrógeno. Aún cuando el mínimo del nitrógeno es más bajo que el de cualquiera de los otros dos gases, la curva es dramáticamente más empinada a medida que aumenta la velocidad lineal. El nitrógeno es el más pobre de los tres gases como gas portador para la cromatografía programada con temperatura, debido a que ligeros cambios en la velocidad lineal durante una pasada pueden conducir a una importante degradación de la eficiencia. La pérdida de eficiencia (coalescencia de las dos cumbres) ilustrada en la figura anterior, fue causada por la disminución en la velocidad lineal del gas portador durante un programa de temperatura en que el portador no fue controlado en su flujo. La HEPT mínima con hidrógeno, por otra parte, es insensible a grandes cambios en la velocidad lineal. La velocidad lineal puede ajustarse en cualquier valor entre más o menos 30 cm/seg. y 60 cm/seg. sin perder la eficiencia de separación durante la pasada. En resumen, el hidrógeno es el gas portador preferido para las columnas de capilaridad. img Pureza del Gas De qué Pureza es el Gas que debo usar? Eso depende principalmente de la sensibilidad del análisis que usted realice. Usted tiene que considerar también el impacto de las impurezas del gas en sus columnas. Su vendedor de la columna puede informarle de las impurezas y sus concentraciones en el gas portador que son críticas para las fases estacionarias específicas. Las especificaciones del vendedor del instrumento son genéricas, no ofreciendo información específica alguna sobre las columnas, pero le ponen a usted en la dirección correcta. Hay dos medios de asegurar la pureza de sus gases para instrumento: 1. Comprar gases de baja calidad y purificarlos con purificadores del tipo punto- de-uso. 2. Comprar gases de alta calidad y ya sea distribuir con los trenes del purificador o considerarlos como seguro contra un cilindro potencialmente pícaro que pudiera escurrirse entre las defensas de control de calidad estadísticas del proveedor de gas. La solución óptima es una calidad de gas que sea garantizada en base a por cada cilindro que exceda las especificaciones del vendedor del instrumento para el H2, el O2, y el THC. El problema con las garantías por cada cilindro es que el costo analítico en que incurre el proveedor de gas

8 para asegurar la calidad del gas en cada cilindro es traspasado al cliente. Estos son gases caros Un tren purificador es una solución compleja que tampoco es económica. Los trenes purificadores requieren afrontar costos de capital y una disciplinada labor de mantención preventiva, para asegurarse de que ellos no agregarán exactamente los mismos contaminantes que están diseñados a eliminar en los chorros de gas. Y, por último, usted está confiando en las garantías del vendedor en cuanto a que los purificadores cumplirán con las especificaciones, debido a que usted típicamente no puede probar su performance. Hay ventajas y desventajas de material y costos de mano de obra, consistencia en la calidad del gas, y la tranquilidad relacionada con cada decisión. Usted debe decidir qué costos y riesgos está dispuesto a sobrellevar para conseguir la pureza del gas que sus instrumentos y columnas necesitan. He aquí algunos factores técnicos que hay que tener presentes: Mientras más bajos son los niveles máximos garantizados las especificaciones - de H2O, O2, y THC en el gas, más durarán sus columnas y con menos ruido de fondo tendrá usted que lidiar (lo que significa mayor sensibilidad y un rango dinámico lineal ampliado del detector). Los detectores selectivos también son afectados por los niveles de contaminantes ultra-trazas que no están certificados normalmente en los gases de cromatografía. Por ejemplo, el ECD puede ser contaminado con halocarburos, por solventes volátiles y olegómeros lubricantes semivolátiles, en los gases portador y detector. Muchos proveedores de gases especiales ofrecen certificación y grados de gas especiales para los detectores selectivos. Considere la sensibilidad de su instrumento y el grado de exactitud requerida en su análisis. Si usted está trabajando a niveles porcentuales, la pureza de sus gases no es tan importante como si estuviera trabajando al nivel ppm. (A menos, por supuesto, que usted emplee el mismo instrumento para ambos propósitos). La consistencia de la pureza, no obstante, es siempre críticamente importante. Contacte a su ejecutivo Indura para obtener mayor información. Especificando la calidad correcta del gas para su aplicación, usted puede prolongar la vida de la columna y reducir el tiempo perdido mientras asegura la calidad en la línea de base que usted necesita.

9 Cuántos 9 son Suficientes para mis Necesidades? Esto es realmente formular la misma pregunta sobre las necesidades de pureza del gas que la pregunta anterior, pero es acotada más cuantitativamente. Los proveedores de gas comúnmente especifican la pureza de sus productos en términos de 99,999% (5 nueves), 99,9999% (6 nueves) y así adelante. Mientras más puro es el gas, más 9s habrá. Estos números se calculan restando las especificaciones de impureza total (como si fueran resultados analíticos reales que no lo son) del 100 %. Este número se llama la pureza total. Nota: Las especificaciones de impureza se escriben siempre como < (menos que). De acuerdo a las reglas aritméticas para tratar con las desigualdades, restando un < de 100 % resulta un > ; de este modo, los 9s totales deben leerse como >99,999 % de pureza. Los 9s especifican la pureza más baja posible del producto etiquetado. Los 9s se usan para definir diferentes calidades de gas. Por ejemplo, la calidad más alta del gas se especifica como siendo >99,9999 % o 6 nueves (o 6.0) y un grado inferior se define como >99,9995 % o 5 nueves 5 (5.5). También usted encontrará nombre de grados de gas tales como de investigación, portador, de ultra pureza, de ultra alta pureza, cero y así sucesivamente; y designaciones del grado de calidad como 6.0, 5.5, 5.0 y otras. Cada una de estas calidades tiene una especificación de 9s diferente. El problema con el resumir la pureza del gas con 9s es que no hay un procedimiento standard para derivar el valor. Este varía de un producto a otro y de un vendedor a otro. Ud. debe recurrir a las especificaciones empleadas para producir la pureza total. Recuerde: Sus gases GC deben ser lo suficientemente puros como para que las impurezas y siempre hay algunas no interfieran con su análisis o dañen su equipo. Le recomendamos elegir su gas de acuerdo a los niveles de impureza claves, y no sobre la base de los descriptores de pureza totales. Las impurezas específicas pueden afectar selectivamente su detector. Suponga que usted tiene un cilindro de gas portador helio que contiene niveles medio-ppb de cloruro de metileno. Este gas será perfectamente aceptable para una conductividad térmica o un detector por ionización de llama, pero un detector de captura de electrones con su alta selectividad y sensibilidad para los halocarburos quedará fuera de uso por el fondo de cloruro de metileno a esa concentración.

10 Las misma consideraciones valen para sus columnas. La resistencia de la fase estacionaria de su columna a la oxidación depende del tipo de fase. Las columnas más polares son bastante menos estables en la presencia de oxígeno y calor que lo que son las fases de silicona de metilo. De modo que, realmente no podemos contestar su pregunta sólo contando 9s. Le sugerimos consultar a un proveedor de gas que entienda bien el tema. Para ver los grados de purezas e impurezas de los gases especiales de Indura, visite el website : y descargue el Manual de Gases o solicite las especificaciones técnicas a su ejecutivo asignado o llame a nuestro Centro de Servicio al Cliente: Mirador de 9s una problemática frecuente El problema fundamental con el conteo de los 9s es que un solo número no puede decirle mucho. Usted no sabe cómo fue derivado dicho número. Hay varias maneras de manipular las etiquetas de pureza del gas. Una de las más fáciles es restringir el número de los contaminantes analizados (o informados) para apuntar a un blanco de pureza. En la tabla de más abajo, ambos gases se reclama que tienen >99,999 % de pureza. Aunque el Gas B es claramente el mejor producto, la especificación de pureza del Gas A fue obtenida por omisión selectiva. Pureza del Gas A y del Gas B Especificaciones del contaminante en molar ppm Para mayor información contáctese con: Leonardo Díaz Sub Gerente Proyectos Comerciales Gases Tel: Mail: ldiaz@indura.net Teléfono de emergencia