La Cromatografía de Gases aporta su. La Espectrometría de Masas nos permite:

Transcripción

1 Pilar Blasco Alemany Pablo Candela Antón 3ª SESIÓN Curso teórico práctico de Espectrometría de Masas Diciembre 2012 DIP La Cromatografía de Gases aporta su capacidad de SEPARAR mezclas complejas La Espectrometría de Masas nos permite: Obtener información característica de los compuestos separados a través de su ESPECTRO DE MASAS para su IDENTIFICACION y/o CONFIRMACION Obtener información de la INTENSIDAD de sus IONES ESPECIFICOS para su CUANTIFICACION

2 La cromatografía es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia y la física. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades d de dichos componentes. Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay una fase móvil que consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido. Los componentes de la mezcla interaccionan en distinta forma con la fase estacionaria. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Después de que los componentes hayan pasado por la fase estacionaria, separándose, pasan por un detector que genera una señal que puede depender de la concentración y del tipo de compuesto. La cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen mutuamente: Separar los componentes de la mezcla, para obtenerlos más puros y que puedan ser usados posteriormente (etapa final de muchas síntesis). Medir la proporción de los componentes de la mezcla (finalidad analítica). En este caso, las cantidades de material empleadas son pequeñas.

3 El gas portador cumple básicamente dos propósitos: Transportar los componentes de la muestra, y 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 El gas portador debe ser un gas inerte, para prevenir su reacción con el analito o la columna. Generalmente se emplean gases como el helio, argón, nitrógeno, hidrogeno o dióxido de carbono, y la elección de este gas en ocasiones depende del tipo de detector empleado. El l j d l d b l l l d El almacenaje del gas puede ser en balas normales o empleando un generador, especialmente en el caso del nitrógeno y del hidrógeno. Luego tenemos un sistema de manómetros y reguladores de flujo para garantizar un flujo estable y un sistema de deshidratación del gas, como puede ser un tamiz molecular.

4 Generalmente la regulación de la presión se hace a dos niveles: un primer manómetro se sitúa a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatógrafo, donde se regula el flujo. La pureza de los gases es sumamente importante, se requieren niveles 4.5 o mayores es decir % de pureza. Sin embargo, debido al cuidado que se debe tener con la fase activa de la columna, se hace completamente necesario la instalación de trampas a la salida del gas de la bala, estas trampas obviamente tienen una capacidad limitada, pero son importantísimas al momento de usar el Cromatografo. Estas trampas evitan la introducción de Hidrocarburos, agua, CO entre otros al sistema. La inyección de muestra es un apartado crítico, ya que se debe inyectar una cantidad adecuada, y debe introducirse de tal forma (como un "tapón de vapor") que sea rápida para evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas de analito. El método más utilizado emplea una microjeringa (de capacidades de varios microlitros) para introducir el analito en una cámara de vaporización instantánea. Esta cámara está a 50 C por encima del punto de ebullición del componente menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona septa o septum.

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9 En GC se emplean dos tipos de columnas: las empaquetadas o de relleno ylastubulares abiertas o capilares. Estas últimas son más comunes en la actualidad (2005) debido a su mayor rapidez y eficiencia. La longitud de estas columnas es variable, de 2 a 60 metros, y están construidas en acero inoxidable, vídrio, sílice fundida o teflón. Debido a su longitud y a la necesidad de ser introducidas en un horno, las columnas suelen enrollarse en una forma helicolidal con longitudes de 10 a 30 cm, dependiendo del tamaño del horno. La temperatura es una variable importante, ya que de ella va a depender el grado de separación de los diferentes analitos. Si tenemos varios componentes con diferentes puntos de ebullición, se ajusta la llamada rampa de temperatura con lo cual ésta 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. La fase estacionaria Alguna de las propiedades necesarias para una fase estacionaria líquida inmovilizada son: *Baja volatilidad, el punto de ebullición de la fase estacionaria debe ser al menos 100 C mayor que la máxima temperatura alcanzada en el horno. *Baja reactividad. *Estabilidad térmica, para evitar su descomposición durante la elución. *Debe tenerse en cuenta la polaridad del analito, ya que a mayor polaridad del analito, mayor polaridad deberá tener la fase estacionaria.

10 Algunas fases estacionarias utilizadas actualmente son: Polidimetilsiloxano, fase no polar de uso general para hidrocarburos aromáticos, polinucleares, drogas, esteroides y PCB s Poli(fenilmetildifenil)siloxano (10% fenilo), para ésteres metílicos de ácidos grasos, alcaloides, drogas y compuestos halogenados. Poli(fenilmetildifenil)siloxano (50% fenilo), para drogas, esteroides, pesticidas y glicoles Poli(trifluoropropildimetil)siloxano, para aromáticos clorados, nitroaromáticos, bencenos alquil sustituidos. Polietilenglicol,sirve para compuestos polares, también para compuestos como glicoles, alcoholes, éteres, aceites esenciales. Poli(dicianoalildimetil)siloxano, para ácidos grasos poliinsaturados, ácidos libres y alcoholes.

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13 Misma figura que la anterior pero en SIR El detector es la parte del cromatógrafo que se encarga de determinar cuándo ha salido el analito por el final de la columna. Las características de un detector ideal son: Sensibilidad: Es necesario que pueda determinar con precisión cuándo sale analito y cuando sale sólo el gas portador. Tienen sensibilidades entre 10-8 y10-15 g/s de analito. Respuesta lineal al analito con un rango de varios órdenes de magnitud. Tiempo de respuesta corto, independiente del caudal de salida. Intervalo de temperatura de trabajo amplio, por ejemplo desde temperatura ambiente hasta unos C, temperaturas típicas trabajo. Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales de analito debe dar salidas de señal 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 número de analitos. Algunos tipos de detectores: Detector de ionización de llama: (FID, Flame Ionization Detector). Detector de conductividad térmica: (TCD, Thermical Conductivity Detector). Detector termoiónico: (TID, ThermoIonic Detector). Detector de captura de electrones: (ECD, Electrón Capture Detector). Detector de emisión atómica: (AED, Atomic Emission Detector).

14 GC Identificación por TR Problemas Matrices complejas Compuestos Desconocidos GC/MS Identificación por TR y espectro Identifica compuestos Aisla el compuesto de la matriz Establece el peso molecular GC Tiempo de Retención MS Espectro Ventajas Cualitativas EL ACOPLAMIENTO GC/MS Identifica compuestos buscando en librerías o por interpretación de su espectro Localiza compuestos específicos cuando se conoce su espectro Permite buscar grupos específicos de compuestos (ejemplo: identificación de compuestos Proporciona el peso molecular de un compuesto Cuantitativas Permite determinar la cantidad de un compuesto específico No siempre ofrece una identificación única para isómeros No permite distinguirse isómeros que co-eluyan ya que tendrán espectros idénticos Sólo puede emplearse en compuestos adecuados para el análisis por Cromatografía Gaseosa (GC). Generalmente: Pequeños ( MW<600) Apolares o moderadamente polares Térmicamente estables

15 Full Scan Aislar compuesto de la Matriz TIC Iones Extraídos EIC 79 EIC 263 EIC 277 En los espectrómetros de masas de hoy en día, la adquisición de datos y el control total del instrumento se realiza mediante un ordenador que además disponen de programas de comparación automática de espectros (Library Search) que permiten realizar la comparación de nuestro espectro problema con una colección de espectros, o espectroteca almacenada en la memoria

16 Es un sistema de concentración de muestras. Se pueden analizar, por ejemplo, trihalometanos en agua por debajo de la ppb. La muestra líquida para ser analizada se carga en el recipiente frontal de vidrio. En el interior hay una trampa que contiene el adsorbente adecuado d y que se mantiene a la temperatura deseada. Esta muestra es burbujeada con el gas de purga desplazando los analitos volátiles desde la muestra hasta la trampa.

17 Los analitos una vez concentrados en la trampa son rapidamente calentados. Con la trampa caliente se hace pasar gas en contracorriente transportando de esta manera los analitos al sistema cromatográfico.

18 Es también un sistema concentrador de muestras que se utiliza fundamentalmente para análisis de muestras medioambientales. La muestra se recoge en unos tubos rellenos de absorbente que posteriormente se desorbe en este sistema.

19 Sólidas Líquidas Gaseosas Todo tipo de residuos y alimentos Aguas, aceites, leche, orina, sangre.. Muestras ambientales La muestra sólida a extraer se mezcla con sulfato de sodio anhidro y se coloca en un dedal que se introduce en el cuerpo extractor, el disolvente con el que se quiere realizar la extracción se sitúa en el matraz esférico, de modo que al calentarse los vapores ascienden hasta condensar en la zona del condensador y caen en forma de gotas sobre el material sólido. El líquido inunda la muestra y sube de nivel hasta que alcanza una altura determinada y vuelve a caer al matraz esférico, realizando así un ciclo de extracción. Una velocidad de extracción adecuada corresponde a unos 4 ciclos/hora, y el tiempo de extracción puede variar entre 16 y 24 horas

20 El rotavapor es un equipo ampliamente utilizado para la eliminación de disolventes orgánicos y concentración de muestras líquidas. El matraz que contiene el extracto a concentrar se hace girar y se sumerge en un baño termostatizado, la evaporación del disolvente se produce tanto por calentamiento como por el vacío aplicado al sistema, de modo que el disolvente se evapora y condensa en el condensador. El equipo PowerPrep es un sistema de gestión de fluidos automatizado, capaz de realizar de forma automática la purificación de extractos de muestras de distinta naturaleza, para su posterior análisis de compuestos tóxicos tales como pesticidas, PCB s, dioxinas, furanos, PAH s. El equipo consiste básicamente en una serie de electroválvulas que realizan de forma automática todo el proceso de cromatografía líquida: acondicionamiento de las columnas, carga de la muestra, eluciones de lavado y recogida de las fracciones deseadas en el colector. Existen diferentes tipos de columnas (sílice, alúmina, carbón activo.) y su configuración depende del tipo de extracto y del contaminante a analizar

21 DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DE RESIDUOS TEXTILES: ESTUDIO CINÉTICO Y FORMACIÓN DE CONTAMINANTES Para los análisis de semivolátiles mediante GC-MS se utilizó un cromatógrafo de gases acoplado a un espectrómetro de masas, de la casa Agilent, con una columna capilar DB-5MS (60m x 0.25 mm) de J&W Scientific. La fuente de ionización utilizada fue de impacto electrónico a 70 ev, analizador de cuadrupolo y detector de multiplicador de electrones. Se trabajó en un rango de 40 a500 umas Una vez preparada la muestra se procede a su análisis por GC/MS para la posterior identificación y cuantificación de los compuestos objeto de estudio. Para ver como se cuantifica una muestra por espectrometría de masas lo vamos a a hacer con un ejemplo identificando y cuantificando los hidrocarburos aromáticos policíclicos que se producen en la combustión de un pantalón vaquero. El detector de espectrometría de masas puede seguir la señal de unos iones específicos (SIR) o la suma de todos los iones en un rango de masas (SCAN). Si se dispone de patrones de los compuestos a analizar lo mejor es trabajar utilizando sólo los iones específicos de los compuestos para evitar interferencias producidas por compuestos que eluyen al mismo tiempo de retención y además se aumenta considerablemente la sensibilidad de la señal.

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23 La identificación de estos compuestos se llevó a cabo en primer lugar por comparación de los espectros de masas experimentales de cada uno de estos compuestos con los espectros de masas que aparecen en la base de datos NIST (librería de espectros con más de compuestos, del inglés National Institute of Standards Technology), escogiendo el compuesto de mayor similitud. La cuantificación de los 16 PAH s principales mediante análisis por GC/MS en modo SIR se realizó considerando que en todo el proceso de extracción y limpieza de la muestra, el compuesto deuterado se comporta de forma similar al compuesto no deuterado que se desea analizar. Para cada uno de los 16 PAH s se obtiene una recta de calibrado representando la relación de masas de un compuesto y el deuterado d más cercano, respecto a la relación de áreas de los iones principales de dichos compuestos. La pendiente de esa recta es lo que se denomina factor de respuesta FR: m i = masa de compuesto i A i = Área del ión principal del compuesto i m PIi = masa del patrón interno PI i más cercano A PIi = Área del ión principal del compuesto más cercano

24 Una vez determinado, mediante el calibrado, el factor Fr i, para cada uno de los 16 PAH s, el cálculo de la masa de un compuesto i (m i )en un experimento se obtuvo a partir del cociente m PI /A PI del patrón interno correspondiente y del área A i de ese compuesto. acionespectrometriademasas_2462.pdf o_08_09/4_masas1.pdf chromacademyfinal.asp?id=852

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