CROMATOGRAFÍA DE GASES (UNA TÉCNICA DE SEPARACIÓN)

Transcripción

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2 CROMATOGRAFÍA DE GASES (UNA TÉCNICA DE SEPARACIÓN) Cromatograma Cromatógrafo 2

3 ESQUEMA DE UN CROMATÓGRAFO Regulador Dos Pasos Puerto de inyección Detector Gas Portador Columna Registrador Cilindro de Gas 3

4 REQUISITOS DEL GAS PORTADOR 1. Puro (seco) 2. Inerte 3. Compatible con el detector 4

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

6 EFECTO DEL FLUJO SOBRE LA EFICIENCIA Máxima Eficiencia Eficiencia de la Columna Region Flujo Óptimo Flujo 6

7 7

8 Comparación de gases portadores 8

9 JERINGA ANALÍTICA Guía de protección del émbolo barril Aguja Refuerzo del émbolo 9

10 JERINGAS ANALÍTICAS 10

11 TAMAÑOS DE MUESTRA TÍPICOS Tipo de columna Líquido(µl) Gas (ml) 1/4" Empacada /8" Empacada mm Capilar con Splitter Las cantidades dependen del tipo de columna, detector y objetivo del análisis 11

12 INTRODUCCIÓN DE MUESTRAS 1. Columna empacada - A) vaporización Flash B) On-Column 2. Introductores capilares Split Splitless tipo Grob Directa 3. Válvula de muestreo de gases 12

13 Split y Splitless Split Vaporiza y elimina la mayor parte de la muestra al venteo Splitless Vaporiza y transfiere la mayor parte de la muestra a la columna; usa cold trapping y efecto de solvente para enfocar la banda Se usa el mismo inyector 13

14 Inyector SPLIT-SPLITLESS Modo Split Se usa para muestras concentradas ppm y más Inyector caliente; vaporiza la muestra Mezclado con gas portador Usa válvula de purga para dividir (split) la muestra La relación de split crítica Poner una fracción de la muestra en la columna 14

15 Inyección SPLIT Alta temperatura Velocidad lineal alta Transferencia rápida La mayor parte de la muestra se pierde Relación de Split muy importante Geometría del Liner 15

16 Determinación clásica del Split Mida el flujo de la columna a partir de t m F c = πr 2 L/t m Mida el flujo de la purga Fs Split Ratio = F s / F c Cuales son los problemas con estas mediciones? Realmente sabemos cuanto inyectamos? Realmente importa saber el volumen inyectado? 16

17 Determinación moderna del Split Los sistemas EPC miden presión y flujos El flujo en la columna se calcula de las condiciones del inyector y las dimensiones de la columna El flujo de purga se ajusta al valor deseado 17

18 Ecuaciones de Flujo 18

19 Ventajas inyectores Split Tamaño de muestra reducido (bandas estrechas) Flujo rápido en el inyector (bandas estrechas) Muestras sucias OK Simple de operar (CG isotérmica) Inyecta muestras limpias Excelente acoplamiento 19

20 Desventajas inyectores Split División no lineal Se pierden altos pesos moleculares Degradación Térmica Las superficies metálicas calientes promueven reacciones Discriminación en la jeringa caliente Análisis limitados Detección de ppm con FID 20

21 Técnicas de Inyección Split Jeringa llena Jeringa fria Jeringa caliente Barrido con disolvente 21

22 Técnicas de Inyección 22

23 Discriminación en Split 23

24 Simple Resumen Inyector Split Técnica de vaporización en caliente Discriminación en inyección (usar automuestreadores) Discriminación del liner Usar lana de vidrio (desactivada) Geometría del liner crítica Mejor para muestras concentradas o puras ppm s o más 24

25 Inyector SPLIT-SPLITLESS Modo Splitless Se vaporizar la muestra en el inyector caliente Se mantiene cerrada la válvula de split por unos cuantos segundos Se abre la válvula con el split seleccionado 10:1 a 200:1 Con ello se logra ingresar una mayor cantidad de muestra a la columna y se elimina el disolvente 25

26 Inyector Splitless Se inyecta la muestra en caliente y sin purga 95% de la muestra entra a la columna Mismo hardware que en split excepto el liner Mas variables disolvente, tiempo splitless, temperatura de columna Se abre la válvula de purga después de un tiempo corto Mas sensibilidad 26

27 INYECCIÓN SPLITLESS Alta temperatura Baja velocidad lineal Transferencia lenta Muestra + Solvente a la columna Muchos factores importantes 27

28 Tipos de liners 28

29 Etapas Inyección Splitless Válvula de purga cerrada; columna fría Se inyecta la muestra La inyección rápida del automuestreador mejor El flujo en el inyector es lento; transferencia lenta a la columna fría Después de seg, se abre la válvula de purga- limpieza del inyector Se usa programación de temperatura 29

30 ENSANCHAMIENTO DE BANDA Tiempo Espacio (efecto del solvente) Enfoque térmico Tiempo Espacio Enfoque Grob, K., Split and Splitless Injection in Capillary GC, Huthig, 1993, pp ,

31 Mecanismos de Enfoque de Banda Inyecciones Splitless involucran una transferencia lenta a la columna ---> los primeros picos son anchos Se requiere enfoque Trampa fría Efecto de solvente 31

32 Inyector Cool on Column La temperatura inicial de la columna es lo suficientemente baja como para congelar los analitos en la columna. 32

33 INYECTOR ON-COLUMN Aguja Jeringa < 0,25 mm 0.35 mm Columna Gas portador Septum Bloque Caliente Lana de vidrio Remplace frecuentemente el septum (~ 50 inyecciones) 33

34 TEMPERATURA INICIAL 40 o C 20 o C 0 o C -20 o C -40 o C hexano, heptano 500 ppb 10 min extracción Fibra: PDMS 100 µm Liner: 2mm, 200 o C Pinj: 1 bar(g) 34

35 Efecto de Solvente El solvente se re-condensa en la columna Un tapón de líquido Empezar con la columna de C por abajo del punto de ebullición del solvente 35

36 Efecto de Solvente 36

37 Efecto de Solvente Re-enfoca compuestos moderadamente volátiles cerca de la entrada de la columna Se requiere que el disolvente moje la fase estacionaria Uso de disolventes no polares con fases estacionarias no polares, etc. 37

38 TEMPERATURA INICIAL DE LA COLUMNA Y EFECTO DE SOLVENTE 40 o C 60 o C 0 20 TIEMPO (min) 0 20 TIEMPO (min) Solvente: CIclohexano (pe 81 o C), Muestra: hidrocarburos 10ppm 38

39 INYECCIÓN DIRECTA CAPILAR Sólo con películas gruesas o megaboro El propósito simplicidad y grandes cantidades de muestra La banda de soluto debe re-enfocarse (temp) 39

40 TEMPERATURA DEL INYECTOR REAL Valor 350 o C Distancia del septum (mm) Temperatura del Gas Portador ( o C) Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, 1991, p

41 TEMPERATURA DEL INYECTOR CROMATOGRAMAS o C octano 2. decano 3. tridecano 4. tetradecano 5. pentadecano o C HP Pinj = 5.0 psi HP5 30m x 0.25mm x 0.25 mm Transfer: 280 o C TP: 40 o C inicial, 1 min, 10 o C/min 41

42 PRESIÓN DE ENTRADA La velocidad lineal del gas se incrementa Inyector Columna Incrementa temperatura de punto de ebullición del analito 42

43 PULSO DE PRESIÓN Incrementa la presión solo durante la inyección Tiempo de Purga ON Presión (kpa) Tiempo (min) 20 43

44 PULSO DE PRESIÓN sin Pulso octane 2. decano 3. tridecano 4. tetradecano 5. pentadecano pulso de 15 psi HP Pinj = 5.0 psi HP5 30m x 0.25mm x 0.25 mm Transfer: 280 o C Presión incrementada a 15 psig durante el periodo splitless TP: 80 o C inctial, 1 min, 10 o C/min 44

45 OPTIMIZACIÓN INYECCIÓN SPLITLESS Puede ser difícil Minimizar el tiempo de transporte (alta velocidad lineal) Maximizar enfoque térmico (baja temperatura inicial de la columna) Maximizar efecto de solvente (baja temperatura inicial de la columna) La naturaleza química sigue siendo un factor 45

46 REFERENCIAS Grob, K. Split and Splitless Injection in Capillary GC, 3rd. Edition, Wiley, Klee, M.S., GC Inlets: An Introduction, Hewlett Packard, Stafford, S.S., Electronic Pressure Control in Gas Chromatography, Hewlett Packard, A primer on GC injection techniques 46

47 VÁLVULA DE MUESTREO DE GASES Gas Portador Gas Portador A la columna A la columna Muestra Posición de carga Loop de Muestra Posición de Inyección 47

48 COLUMNAS CAPILARES Y EMPACADAS Soporte Sólido Fase Líquida 1/8" OD Columna empacada 0.25 mm ID Capilar o WCOT 48

49 FASE MÓVIL (Gas acarreador) COLUMNA DE CG (EMPACADA) FASE ESTACIONARIA 49

50 COLUMNA EMPACADA Gas Portador Fase Estacionaria Acero Inoxidable Fase líquida (5 o10% en peso) Soporte Sólido La separación depende de la distribución de las moléculas entre el gas y la fase líquida 50

51 COLUMNAS EMPACADAS - REVISIÓN Largo 3,6 o 12 Ft 1/4 y 1/8 pulgada de D.E. Acero Inox. o vidrio Fáciles de fabricar y usar Una gran variedad de fases líquidas Un número modesto de platos (8000 Máximo) 51

52 COLUMNAS CAPILARES (WCOT-WALL COATED OPEN TUBULAR) DI's 100, 250, 320, 530 µm Tubo Silica Fundida Fase Líquida µm 52

53 Capillary Columns Length: 10m to 100m Diameter: 180um, 250um, 320um & 530um I.d Packed Columns Length: <2m Diameter: 1/8 & ¼ OD 53

54 54

55 CAPILARES/ OPEN TUBULAR COLUMN Tubo Columna Capilar de 100 Metros Abierto (Sin empaque) 55

56 WCOT- WALL COATED OPEN TUBULAR Tubo de sílica fundida Fase estacionaria 56

57 WCOT-MEJOR RESOLUCIÓN Espesor de película: 0.1 a 5.0 µm ID: 0.10, 0.25, 0.32, 0.53 mm Largo: 10 a 100 metros 57

58 OTROS TIPOS DE COLUMNAS CAPILARES Fase Líquida Soporte Adsorbent e Poroso SCOT NO DISPONIBLE EN SÍLICA FUNDIDA PLOT MOLECULAR SIEVE, ALUMINA, PORAPAK Q 58

59 COLUNAS DE SÍLICA FUNDIDA Alta fuerza tensil Flexible Recubrimiento de poliimida Muy inertes 59

60 Capilares vs Empacadas CAPILAR EMPACADA Largo 60 metros 2 metros Platos Teóricos 3,000-5, (N/m) Número Total K 4000 Largo x N/m 60

61 PACKED COLUMN -- ECD R AROCHLOR C 1500 THEORETICAL PLATES 0 60 minutos 61

62 COLUMNA CAPILAR Cromatograma de Propóleo Fluído Abundance TIC: M3.D Time-->

63 PARÁMETROS IMPORTANTES 2) Largo 1) Diámetro interno 5) Flujo Fase estacionaria: 3) Espesor de película 4) Composición 63

64 DIÁMETRO DE LA COLUMNA DIAMETRO INTERNO RESOLUCIÓN TIEMPO CAPACIDAD FACIL 100 µm Muy Buena Muy Buena Razonable Razonable 250 µm 320 µm Buena Buena Buena Buena 530 µm Razonable Buena Muy Buena Muy Buena 64

65 COLUMNAS CAPILARES DE 100 µm I.D. Alta velocidad Mejor resolución (500,000 platos en 50m) Poco sangrado Equipos de GC capilares 65

66 LARGO DE LA COLUMNA N L R L t R L 66

67 LARGO DE LA COLUMNA LARGO DE LA COLUMNA RESOLUCIÓN TIEMPO Larga ( M) Alta Lento Corta (5-10 M) Moderada Rápida Media (25-30 M) Intermedio/Bueno para comenzar 67

68 ESPESOR DE LA FASE ESTACIONARIA 0.25 µm USO GENERAL 0.25 µm INTERMEDIA ENTRE RESOLUCIÓN Y CAPACIDAD TEMPERATURAS PRÁCTICAS CON POCO SANGRADO SE PUEDEN OPTIMIZAR PARA TIEMPO Y RESOLUCIÓN 68

69 PELÍCULAS GRUESAS- FASE ESTACIONARIA 1.0 µm VENTAJAS LOS VOLÁTILES SE RETIENEN MAS AUMENTO DE LA CAPACIDAD PARA GC/MS, GC/IR DESVENTAJAS MENOS EFICIENTE SE REQUIERE DE TEMPERATURAS ALTAS -- RUIDO MAYOR SANGRADO 69

70 GAS NATURALCOLUMNA: 50M X 320 µm WCOT CP-Sil 8 CB ESPESOR: 5 µm o TEMPERATURA: 40 C (1 min); 40 C to 200 C, 5 C/min 1. metano 2. etano 3. propano 4. n-butano 14. benceno 70

71 PELÍCULAS DELGADAS- FASE ESTACIONARIA 0.2 µm VENTAJAS MAYOR EFICIENCIA MENOR TEMP. DE ELUCIÓN (Menos sangrado) ANÁLISIS RÁPIDOS DESVENTAJAS MENOR CAPACIDAD LIMITACIONES ANÁLISIS DE TRAZAS 71

72 PELÍCULA DELGADA/ALTA RESOLUCIÓN REFRESCANTE DEL AMBIENTE COLUMNA: 10 M x 200 µm ID 0.2 µm film OV-101 GAS: He, 40 cm/sec MUESTRA: 1.5 µl, split 200:1 72

73 REQUISITOS DE LAS FASES ESTACIONARIAS ALTA SELECTIVIDAD BAJO SANGRADO ESTABILIDAD A ALTA TEMPERATURA REPRODUCIBILIDAD ESTABILIDAD QUÍMICA CON EL TIEMPO 73

74 FASES ESTACIONARIAS TIPOS MÁS COMUNES OV-1 OV-17 CH 3 ( Si-O ) n ( Si-O ) n CH 3 CH 3 FASE DE GOMA DE POLISILOXANO LAS MAS ÚTILES (TÉRMICAMENTE ESTABLE): OV-1, SE-30, SE-52, SE-54, OV-17, OV-1701, OV

75 FASES ESTACIONARIAS TIPOS MÁS COMUNES CARBOWAX ( O-CH -CH ) 2 2 n FASES DE POLIETILENGLICOL VIDA LIMITADA (CARBOWAX 20M, SUPEROX 20M) R 75

76 TUBO Si FASES ENTRECRUZADAS Entrecruzado Cadena O O Si O O Si MAS ESTABLES SE PUEDEN LAVAR CON SOLVENTES TIEMPOS DE VIDA MÁS LARGOS Si Si O O Si Si 76

77 CURVAS DE GOLAY PARA N 2, H 2, He 77

78 RESUMEN COLUMNAS CAPILARES TUBO ABIERTO VENTAJAS BAJA CAIDA DE PRESIÓN MAYOR LARGO MAS PLATOS LIMITACIONES NINGUNA POCA FASE LÍQUIDA(~ 10 mg) EN TUBO DE D.I. PEQUEÑO MÁS EFICIENTE TIEMPO DE RETENCIÓN CORTO RÁPIDOS FLUJOS BAJOS CONECTORES ESPECIALES MUESTRA PEQUEÑA 78

79 RESUMEN COLUMNAS CAPILARES VENTAJAS LIMITACIONES GENERAL SEPARACIONES IMPOSIBLES CON EMPACADAS RÁPIDAS Y MEJOR RESOLUCIÓN CARAS EQUIPOS ESPECIALES 79

80 GUIAS PARA SELECCIÓN DE COLUMNAS ALTA RESOLUCIÓN TIEMPO MAS CAPACIDAD ESPESOR PELÍCULA(µm) DIÁMETRO INTERNO (µm) LARGO M) PLATOS (K) FLUJO BAJO ALTO (Hidrógeno) MODERADA 80

81 PRESIÓN EN LA COLUMNA (psi, H e o H 2 ) Largo (m) Columna D.I. (mm)

82 GRÁFICOS DE GOLAY Columna empacada Capilar Gruesa HETP Capilar Delgada Velocidad Lineal (cm/seg) 82

83 COLUMNAS CAPILARES Largo de 5 a 100 metros 100 a 530 µm D.I. Silica fundida (recubrimiento de poliimida ) Separaciones muy eficientes (100,000 platos) 83

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88 DETECTORES DE CG 1. Inoización de Flama (FID) 2. Conductividad Térmica (TCD) 3. Captura de Electrones (ECD) 4. Nitrógeno/Fósforo (NPD, Thermionic, TSD) 5. FPD, PID, HECD, MS or MSD 88

89 DETECTORES DE CG CONCENTRACIÓN Conductividad Térmica(TCD) Captura de Electrones (ECD) Masas (MSD) FLUJO DE MASA Ionización de Flama (FID) Otros Fotométrico de Flama (FPD) 89

90 DETECTORES DE CG 1. Detector de Ionización de Flama (FID) Muy Sensible ~ 100 ppb Aplicable sólo a compuestos orgánicos 2. Detector de Conductividad Térmica (TCD) Universal-todos los compuestos Sensibilidad Moderada ~ 10 ppm 3. Detector de Captura de Electrones (ECD) El más sensible ~ 10 ppb Muy Selectivo 90

91 Detector de Ionización de Flama FID 91

92 Ionización de Flama FID Cantidad Mínima Detectable (CMD) a g/seg (~50 ppb) Respuesta Selectivo sólo orgánicos Linearidad 1 a 10 6 Estabilidad excelente Gas portador N 2 o He Límite de Temperatura 400 c 92

93 Detector de Conductividad Térmica TCD 93

94 FILAMENTOS PARA TCD W WX Características: 1. Alto coeficiente de temperatura o resistencia 2. Inerete en cuanto a oxidación 94

95 PUENTE DE WHEATSTONE DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA ajuste cero miliamperimetro filamentos control corriente 30V Fuente de poder 4 3 * 2 1 * 5 A Registrador * Filamentos de referencia 95

96 OPTIMIZACIÓN DE SENSIBILIDAD TCD 1. Corriente alta en filamento (vida corta) 2. Filamento con alta resistencia 3. Usar Helio o Hidrógeno como gas portador 4. Filamento caliente y cuerpo frio 96

97 CMD para TCD Heptano 300 ma, He 10 ppm n-hexano 0 5 t (min) 97

98 Conductividad Térmica TC Cantidad Mínima Detectable (CMD) 10-8 g/seg (~10 a 1 ppm) Respuesta Universal Linearidad 1 a 10 4 Estabilidad buena Gas portador H 2 o He Límite de Temperatura 400 c 98

99 Detector de Captura de Electrones ECD 99

100 DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES (ECD) 1. Inventado por Lovelock (1961) 2. Uno de los más sensibles y selectivos 3. Dos desarrolos importantes en los últimos 20 años Lámina de Tritio sustituida por Ni 63 (alta temp.) Polarización por DC remplazada por modulación de pulsos (major linearidad) 4. Empleado en análisis de pesticidas 100

101 PRINCIPIO DE OPERACIÓN 1. Fuente radioactiva β - 2. β - + N 2 2e - + N e - + Móleculas Iones Electronegativas Negativos Principio de detección Sin muestra, alta corriente. Cuando pasa la muestra, se capturan los electrones libres por moléculas electronegativas y la corriente disminuye. 101

102 LINEARIDAD DE ECD, PULSADO Y DC. 102

103 ANÁLISIS POR ECG 1. Blanco 2. Muestra fortificada Benceno 0.2 pg Lindano 0.1 pg Heptacloro 0.1 pg Aldrin t (min) t (min) 103

104 Captura de electrones ECD Cantidad Mínima Detectable (CMD) g/seg (~10 a 1 ppm) Respuesta Selectivo a compuestos electronegativos Linearidad 1 a 10 5 Estabilidad razonable Gas portador H 2 o He Límite de Temperatura 325 c 104

105 Detector de Nitrógeno- Fósforo NPD 105

106 DETECTOR DE NITRÓGENO/FÓSFORO (NPD) 1. Inventedo por Karmen y Guifreda (1964) 2. Específico - fósforo, halogenos, nitrógeno 3. El p rincipio de operación poco claro 4. Flama alcalina, termionico, NPD, TSD 5. Aplicaciones residuos de pesticidas (con nitrógeno o fósforo), drogas, carcinógenos, aminas. 106

107 MECANISMO DE IONIZACIÓN DE NPD 1. Descripción mecánica: Sal alcalina calentada por la flama (forma original, sin embargo poco estable) Sal alcalina calentada eléctricamente sin flama 2. Mecanismo de Ionización Ionización por superficie caliente (emisión termiónica) 107

108 ESQUEMA DE NPD 108

109 ANÁLISIS DE TRAZAS CON NPD 6.1 pg Azobeceno 8.3 ng Heptadecano 4.1 pg Metil paratión 8.5 pg Malatión

110 Detector de Nitrógeno y Fósforo NPD Cantidad Mínima Detectable (CMD) g/seg (~10 a 1 ppm) Respuesta Selectivo a compuestos con Nitrógeo o Fósforo Linearidad 1 a 10 4 Estabilidad Gas portador razonable N 2 o He Límite de Temperatura 300 c 110

111 Detector de Fotométrico de Flama FPD 111

112 DETECTOR FOTOMÉTRICO DE FLAMA (FPD) 1. Inventado por Brody y Chaney (1966) 2. FPD rico en hidrógeno y poco oxígeno (comparado con FID rico en oxígeno) 3. Emisión de Azufre (S 2 ) nm 4. Emisión de Fósforo (HPO ) nm 5. Filtros ópticos y fotomultiplicador 6. Aplicaciones residuos de pesticidas (conteniendo fósforo o azufre), contaminantes del aire (sulfuros o SO 2 ) 112

113 ESQUEMA DE FPD 113

114 FPD EN MODO S 20 ng Dodecanotiol 0.82 ng S/sec 4000 ng Pentadecano 810 ng C/sec 20 ng Metil paratión 0.24 ng S/sec t (min) 114

115 FPD EN MODO P 20 ng Tributilfosfato 0.47 ng P/sec Metil paratión 0.23 ng P/sec t (min) 115

116 Detector Fotómetrico de Flama FPD Cantidad Mínima Detectable (CMD) g/seg Fósforo λ=525nm 10-9 g/seg Azufre λ=394nm Respuesta Selectivo a compuestos con Azufre o Fósforo Linearidad 1 a 10 4 Estabilidad Gas portador Límite de Temperatura buena N 2 o He 350 c 116

117 Espectrómetro de Masas 117

118 CARACTERÍSTICAS 1. Ruido (real señal/ruido) 2. Constante de tiempo 3. Señal A. Sensibilidad B. Detectabilidad o CMD C. Linearidad D. Universal o Selectivo 118

119 RUIDO Y DERIVA DEL DETECTOR Ruido de alta frecuencia Ruido baja frecuencia Deriva y ruido de baja frecuencia 119

120 RUIDO DEL DETECTOR 120

121 CONSTANTE DE TIEMPO 121

122 EFECTO DE LA CONSTANTE DE TIEMPO EN LA FORMA DE PICO 0.1 sec 0.2 sec 1 sec 2 sec 122

123 SENSIBILIDAD CMD: La cantidad de muestra que genera una señal 2 veces el nivel de ruido 123

124 RESPUESTA DEL DETECTOR 1. Universal (todos los componentes) Conductividad térmica Espectrometría de Masas 2. Selectivos (solo ciertos compuestos) Ionización de Flama (solo orgánicos) Captura de Electrones (pesticidas, herbicidas, organometálicos) 124

125 LINEARIDAD DEL DETECTOR 125

126 LINEARIDAD PARA DETECTORES DE TCD Y FID 126

127 LINEALIDAD DEL DETECTOR Señal del detector. Respuesta lineal máxima Concentración mínima detectable Concentración de la muestra 127

128 Comparación de métodos 128

129 FACTOR DE RESPUESTA D PENDIENTE = BD / AB Respuesta. C PENDIENTE = BC / AB A Concentración B 129

130 Comparación de Sensibilidad 130

131 DIAGARAMA DE BLOQUES DE CG (ZONAS CALIENTES) Gas Portador Puerto de Inyección Columna Registrador Sistema de datos Caliente para Vaporizar SPL Detector Caliente para Mantener Limpio Caliente para Controlar t R 131

132 EFECTO DE LATEMPERATURA DE LA COLUMNA Isómeros Octano n-c-8 C -10 C C C C - 8 C -12 C - 8 C C 130 C Temperaturas bajas: lentas, pero mejor R 132

133 CG ISOTÉRMICO Temperatura de la columna constante con respecto al tiempo. Temp. Columna ISOTÉRMICO Tiempo 133

134 SEPARACIÓN ISOTÉRMICA (Hidrocarburos) C 7 C 9 C 8 C 11 C 10 C12 C 13 C 14 Isotérmico 130 C C MIN 134

135 CG CON PROGRAMACIÓN DE TEMPERATURA Cambio controlado de la temp. con respecto al tiempo 200 TPGC Temperatura Columna C / min Tiempo 135

136 SEPARACIONES CG CON TP C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 Programación de temperatura o C C 9 C 15 C 16 C17 C 5 C 7 C 8 C 18 C19 C 20 C MIN 136

137 Presión de Vapor vs. Temperatura Etanol Agua Ácido Acético Glanville, J.O., General Chemistry for Engineers. 2001, p

138 Modelo de Giddings para TPGC Velocidad de migración v.p. 1/ T Regla de Trouton: H/T=23 Velocidad de calentamiento (β) factor mas importante Largo de la columna y velocidad del gas son factores secundarios Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962]

139 MODELO DE GIDDINGS PARA TPGC Ecuación de Clausius-Clapeyron (integrada) ln P P 2 1 = H R * T T 2 1 * T T 1 2 P 1, P 2 presión de vapor a T 1 y T 2 T 1 temp. inicial y T 2 final R constant de los gases H- calor de vaporización 139

140 Qué temperature, T, es necesaria para duplicar p.v.? In 2 = = H R T T 1 T 2 H T = 23 kcal/mol K (REGLA DE TROUTON) Asume que T = 500 K (227 C); R = 1.99 T = T T 2 H *R = (0.693)(500) 23 (1.99) = 30 o C Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962]

141 APROXIMACIÓN DE GIDDINGS 30 o C Reduce el tiempo de retención a la mitad aproximadamente. Si la temperature de la columna fuese de: 100, 200, 300 o C, la temperature necesaria sería de 22, 28 y 34 o C 141

142 VELOCIDAD DE MIGRACIÓN COMO f(t) t R 1/v.p Temperatura C 142

143 APROXIMACIÓN DE FUNCIÓN DE ETAPAS Incremento real Aproximación T R Temperatura Inicial T o 0.0 Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962] Temperatura C Temperatura de Retención 143

144 MODELO DE MIGRACIÓN DE PICOS Flujo L 1/4y 1/2y y T r - 90 T r - 60 T r - 30 T r T r T r T r Distancia de migración en incrementos de 30. Giddings, J. of Chem. Ed. 39 [1962]

145 CONCLUSIONES La distancia total migrada es la suma de las distancias migradas en cada etapa, x + ½x + ¼x + 1/8x.., se acerca a 2x como límite. La distancia total migrada es 2 veces la distancia migrada en el último intervalo de 30 o C Así que el 75 y 88% de toda la migración ocurre en los últimos 2X y 3X incrementos de temperatura 145

146 T R COMO FUNCIÓN DE T o T R - temperature de retención ( o C) T O ( O C) C-16 C-17 C H. M. McNair

147 VENTAJAS DE TPGC 1. Buena herramienta para iniciar. 2. Tiempos de análisis mas cortos para mezclas complejas. 3. Separaciones con amplios intervalos de puntos de ebullición. 4. Mejora los límites de detección y la precisión. 5. Excelente para limpiar la columna. 147

148 VENTAJAS DE LA CG 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 148

149 Análisis con TP Abundance TIC: MEZ15PE4.D\data.ms Mismo ancho de pico Time-->

150 Abundance Análisis con TP TIC: PARA1.D\data.ms Ruido electrónico Time-->

151 INTEGRADOR Y PRINTER/PLOTTER Detector CG A/D Pulsos Micro - Procesador CROMATOGRAMA PK TIEMPO A% CONC REPORTE ESCRITO 151

152 Sistema de Datos PRINTER / PLOTTER Fácil de Usar Precio Moderado COMPUTADORA Flexible, Poderosa Más Cara 152