PRINCIPIOS BÁSICOS DE CROMATOGRAFÍA DE GASES

CURSO – TALLER DETERMINACION DE PCB EN ACEITES DIELECTRICOS POR CROMATOGRAFÍA DE.

Quím. Cristina Toro Vilchez

CONCEPTOS

BÁSICOS

CROMATOGRAFÍA DE GASES

CROMATOGRAFIALa Cromatografía es una técnica mediante la cual los componentes de una mezcla, se separan según las distintas velocidades con que se desplazan

a través de una FASE ESTACIONARIA (líquida osólida) cuando son transportados por una FASE MOVIL (líquida o gaseosa).

CROMATOGRAFIAModalidades y Clasificación

Fase Móvil = Líquido

Fase Móvil = Gás

CromatografiaLíquida

CromatografiaGaseosa (CG)

En CG la FaseEstacionariapuede ser:

Sólida

Líquida

CromatografiaGás-Sólido (CGS)

CromatografiaGás-Líquido (CGL)

CROMATOGRAFIA GASEOSAAplicaciones

¿Que muestras pueden ser separadas por CG ?

Muestras cuyos constituyentes seanVOLATILES

(para que una sustancia cualquiera pueda ser“arrastada” por un flujo de gas, ella debe ser disuelta - por

lo menos parcialmente en ese gas)

DE FORMA GENERAL:CG es aplicable para separación y análisis de muestras

cuyos constituyentes tengan PUNTOS DE EBULLICION de hasta 300oC y que sean termicamente estables.

Compuestos que se pueden volatizar mediante incremento de temperatura

(10 - 20 % en el mundo)

Volátiles / Semi-volátiles

(peso molecular < 500)

Termo-estables

No reactivos

CROMATOGRAFIA GASEOSAAplicaciones

CROMATOGRAFO DE GASES1

2

3

4

6

5

1 - Cilindro de Gas y Controles de Vacío / Presión.2 - Inyector (Vaporizador) de Muestra.3 - Columna Cromatográfica y Horno de Columna.4 - Detector.5 - Electrónica de Tratamiento (Amplificación) de Señal.6 - Registro de Señal (Registrador analógico o Computador digital).

IMPUREZAS TÍPICAS EN GASES COMERCIALES

Gas Pureza H2O O2 hidrocarbono He 99.999 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm He 99.996 < 1 ppm 2 ppm < 1 ppm He 99.993 < 3 ppm 5 ppm < 1 ppm N2 99.999 < 2 ppm < 2 ppm < 1 ppm N2 99.99 < 2 ppm < 2 ppm < 1 ppm H2 99.999 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm H2 99.99 < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm

PUERTO DE INYECCION

Se inyecta a través delSeptum.

La Temperatura suele sersuperior a 50°C al puntode ebullición delcomponente menosvolátil.

Para GC capilar elinyector más popular essplit/splitless.

COLUMNAS

EMPACADA∅ = 3 a 6 mmL = 1 m a 3 m

Rellenada con sólido pulverizado, finamente dividido inerte y cubierto

con una FE sólida ó líquida depositada sobre las partículas de

relleno.

CAPILAR∅ = 0,1 a 0,5 mmL = 10 m a 60 m

Tubo fino de material inerte. Consisten en sílica fundida cuyas paredes internas están recubiertas con una película fina (fracción de µ

m) de FE sólida ó líquida. Más usadas son 0.25 mm y 0.32 mm DI

T de la columnadebe controlarse con precisión.

COMPARACION ENTRE COLUMNA EMPACADA Y CAPILAR

COLUMNAS CAPILARES

MATERIALDEL

TUBO

ø = 0,1 mma 0,5 mm

L = 10 ma 60 m

sílica fundidavidrIo pyrex

Ac. inoxNylon

Silicoacerado

Columnas de sílica son revestidas externamente con camada de polímero (poliamida) para aumentar resistencia mecánica química

Familias de Columnas Capilares :

PLOT (Porous layer open tube) Capa de FE sólida depositada en las paredes internas

SCOT (Support coated open tube) Paredes internas revestidas con material de relleno similar a las columnas empacadas

WCOT (Wall coated open tube) FE liquida deposida (ligada // entrecruzada) sobre las paredes internas.

COLUMNASProgramación Lineal de Temperatura

Muestras complejas (constituyentes con volatilidades muy diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:

TCOL BAJA:- Componentes mas volátiles son

separados- Componentes menos volátiles

demoran en eluir, saliendo como picos mal definidos

TCOL ALTA:- Componentes mas volátiles no son

separados- Componentes menos volátiles eluyen

mas rapidamente

Dispositivos que registran el arribo de los componentesseparados a medida que salen de la columna, generando unaseñal eléctrica.

CROMATOGRAMA: Representación de alguna función de la conc. delsoluto en función del tiempo de elución y del volumen de elución. Cadasustancia separada aparece como un PICO en el cromatograma.

DETECTORES

•Hay mas de 60 detector en aplicaciones para GC •15 son los más Comerciales

•4 son los más comunmente usados • TCD, FID, uECD, MSD.

•Para aplicaciones de análisis de COPs •ITC, triple Q, TOF, HMS.

DETECTORES

1

2

3

DETECTORES

4 responden a la mayor parte de las aplicaciones

DCT TCDDetector de

CondutividadTérmica (Variación de

condutividad térmica del gas de arrastre).

DIC FIDDetector de

Ionización dellama (Íones generados

durante la combustión de los eluatos en una llama

de H2 + ar.)

DCE ECDDetector deCaptura de

Eletrones (Supresión de corriente causada por la absorción de electrones por eluatos altamente

eletrofílicos).

EM MSDetector Es-

pectrométrico de Masas (Generan señal

para cualquiersustancia eluida.)

1. Alta sensibilidad2. Respuesta rápida3. Respuesta lineal4. Buena estabilidad5. Fácil funcionamiento6. Respuesta uniforme, predecible y selectiva

a una o más clases de analitos

CARACTERISTICAS DE UN DETECTOR

DETECTORES

CANTIDAD MINIMA DETECTABLE Masa de un analito que genera un pico con altura igual a tres veces el nivel de ruido

SEÑ

AL

(S)

RUIDO (N)

= 3SN

RUÍDO: Cualquier componente de señal generado por el detector que no se origina en la muestra

Fuentesde

Ruido

Contaminantes en los gases

Impurezas acumuladas en el detector

Sistema eléctrico deficiente: tierra, amplif.

DETECTORESLIMITE DE DETECCION Cantidad de analito que genera un pico con S/N = 3 y wb = 1 unidad de tiempo

El mismo detector, nível de ruído y masa de analito pueden generar diferentes anchos de base

wbQMD = f Detector (señal generado, ruído)

Ancho de pico cromatográfico

Definiendo limite de detección como:

LD es independiente de la eficiencia del sistema cromatográfico !

[QMD] =masa

(ng, pg ...)

[LD] = masa / tiempo

(ng.s-1, pg.s-1 ...)

DETECTOR DDT/DDE HCB Dieldrin TOXAFENO

GC/ECD 1 pg 0.5 pg

GC/MS-EI 1 – 10 pg 1 – 10 pg 25 pg 500 pg

GC/MS-NCI 0.1 pg 0.1 pg 1 pg 10 pg

GC-HRMS 0.05 pg 0.05 pg 0.1 – 0.5 pg 10 pg

LIMITE DE DETECCION

DETECTORESSENSIBILIDAD Relación entre el incremento de área de pico y el incremento de masa del analito

MASA

ÁR

EA

Factor de Respuesta, S

El incremento de masa causa incremento de áreaSensibilidadS

En ausencia de errores determinados:

A = área de pico cromatográficom = masa de analito

TCD

FID

ECD

AED

NPD (N)

FPD (S)

SCD (S)

PFPD (S)

10 -15 10 -12 10 -9 10 -6 10

fg pg ng µg mg

-3

MSD (SIM) (SCAN)

µECD

FPD (P)

ppt ppb ppm 0.1%

COMPARACION DE DETECTORES GC

HID

NPD (P)

DETECTORESRANGO LINEAL Intervalo de masas dentro del cual la respuesta del detector es lineal

MASA

AREA

A partir de cierto punto la señal no

aumenta mas linealmente

El fin de la zona de linealidad puede ser detectado cuando la razón (Area / Masa) diverge en mas de 5 % de la inclinación de la recta en la región lineal:

MASA

ÁR

EA /

M

ASA

0,95 S

1,05 S

DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES( ECD )

1. 63Ni libera partículas ß que colisionan conmoléculas del gas portador

2. Generación de electrones de baja energía queproduce corriente de referencia

3. Compuesto electronegativo captura electrón libre

4. Cambio de corriente Detección

Es muy sensible y selectivo

REACCIONES EN CAPTURA DE ELECTRONES

63Ni (radioactivo) → β β + N2 (gás de arraste) → N2* + e-Genera una corriente constante (lina base) M-Cl + e- → Diminuye la corriente

Los compuestos que absorben electrones reaccionan con los electrones térmicos disminuyendo la corriente del detector

CROMATOGRAMA MEZCLA SE COMPUESTOS CLORADOS

CROMATOGRAMA AROCLOR 1254

TIEMPO DE RETENCIÓN

Tiempo total que un componente

necesita para pasar por todo el sistema

cromatográfico después de su introducción.

Iny.

0 T0 TR

0' TTT RR −=

T’R: Tiempo de retencióncorrejido

TR= tiempo de retención

To = tiempo de eluciónde un compuesto noretenido

k’2 de un componentecon mayor retención

relativo al de k’1

FACTOR DE SELECTIVIDAD

(α)

Para lograr una separación entre

dos componentes, es necesario que exista diferencia

en retención.

1'12

'

>=kkα

1=α

No hay selectividad, cuando:

01

02

tttt

R

R

−−

=α

Una columna es eficiente cuando:

N >

H <

EFICIENCIA DE COLUMNA

Capacidad de una columna para

minimizar ensanchamiento de picos, o sea:

Capacidad de separación de

bandas.

22/1 )/(545.5 WtN R×=

HLN =

N: N° de platos teóricosH: Altura de platoW: Ancho de pico L: Long de la columna (cm)

2

2

16 RtLWH =

EFICIENCIA DEL INSTRUMENTO

Partes del instrumento pueden aportar al ensanchamiento de los picos:

Sistema de inyección

Detector

Conexiones / Uniones

GC ideal: la dispersión de un componente es determinada solamente por el proceso de

separación en la columna

Existe separación a la línea de base,

cuando:

FACTOR DE RESOLUCIÓN

Es una medida cuantitativa para

expresar el resultado de la

separación entre dos componentes.

Nk

kRs ×+

×−

×=1'

'141

αα

)]2()1([85.0)1()2(

2/12/1 WWttR rr

s +×−

=

5.1≥sR

RESOLUCION

Pico simétrico:

FACTOR DE ASIMETRÍA

Es una medida arbitraria para

expresar el grado de asimetría de un

pico.

baA s =

1=sA

h

b a10%

h

CONCEPTOS BÁSICOS

Resumiendo: Para que componentes puedan ser separados por cromatografía,

los factores determinantes son:

•Retención k ’

•Selección Diferencia en retención

•Eficiencia Ancho del pico