Cromatografía de gases

Inicio de la cromatografía

La cromatografía de gases, com tecnica analitica fue implementada por Archer J. P. Martin y Richard L. M. Synge en 1941. Lo que ellos propusieron fue, en vez de utilizar un liquido como fase movil, utilizar un gas, dando como resultados separaciones muy refinadas de sustancias volátiles en una columna en la que un gas se hace fluir permanentemente sobre un gel impregnado con un disolvente no volátil obteniento tiempos menores de separación y por lo tanto, las columnas mucho más eficientes.

Diferencias entre HPLC y GC

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HPLC Utiliza una fase móvil líquida para transportar los componentes de la muestra (analitos) a través de la columna, que está embalada con un material de fase estacionaria sólida   Cromatografía de gases Utiliza una fase móvil gaseosa para transportar componentes de muestra a través de columnas capilares huecas que contienen una fase estacionaria de líquido polimérico.

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Caption: : Esquema de un cromatógrafo de gases

Partes de un cromatógrafo de gases

Un cromatógrafo de gases está compuesto por: Entrada de gases :El gas se alimenta desde los cilindros a través de tuberías de suministro al instrumento. Es habitual filtrar gases para garantizar una alta pureza del gas Controles neumáticos: El suministro de gas se regula a la presión (o flujo) correcto y luego se alimenta a la parte requerida del instrumento. Por lo general, se requiere un control para regular el gas que entra en el instrumento y luego para suministrar las distintas partes del instrumento.

Partes de un cromatógrafo de gases

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Caption: : Cromatografo de gases

Injector: La muestra se volatiliza y el gas resultante se enrreda en el flujo portador que entra en la columna. Existen varios tipos de entrada, entre ellos: Split / Splitless - Vaporización Térmica Programada (PTV) - Refrigeración en columna (COC) etc. Columna: La retención de moléculas de analito se produce debido a interacciones más fuertes con la fase estacionaria que la fase móvil.  Estas interacciones pueden ser de dispersión dipolo o enlaces de hidrógeno

Partes de un cromatógrafo de gases

Horno en columnas: La temperatura se controla a través de un horno caliente. El horno se calienta rápidamente para dar un excelente control térmico y éste se enfría con un ventilador y una disposición de ventilación generalmente en la parte posterior del horno. Se incluye una jaula para apoyar la columna GC y evitar que toque las paredes del horno, ya que esto puede dañar la columna. Detector: El detector responde a una propiedad fisicoquímica del analito, amplifica esta respuesta y genera una señal electrónica para que el sistema de datos produzca un cromatograma. Hay varios tipos de detectores, los más comunes son: Ionización de llama (FID) Captura de electrones (ECD) Llama fotométrica (FPD) Fósforo de nitrógeno (NPD) Conductividad térmica (TCD) y espectrómetro de masa (MS)

Sistema de datos

El sistema de datos recibe la señal analógica del detector y la digitaliza para formar el registro de la separación cromatográfica conocida como el 'Cromatograma'. Los componentes (como el disolvente de inyección) que no se conservan dentro de la columna eluen en el 'tiempo muerto' o 'tiempo de espera' t0. Hay varias maneras de medir este parámetro utilizando compuestos no retenidos como el metano o el hexano.          

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Caption: : Ejemplo de un cromatograma

Caracteristicas de las muestras

Las muestras a analizadar deben ser volátiles (tener una presión de vapor significativa por debajo de 250 ªC)  La mayoría de los analitos deben están por debajo de 500 Da Peso Molecular para propósitos de volatilidad. Los analitos altamente polares pueden ser menos volátiles de lo estimado cuando se disuelven en un disolvente polar o en presencia de otras especies polares debido a fuerzas intermoleculares como la unión de hidrógeno.

Cromatografía de partición de gases

Este tipo de cromatografía no solo se refiere no sólo al acoplamiento de una cromatografía de gases a detectores ricos en información, sino también al acoplamiento de cromatógrafo de gases a sistemas automatizados de preparación de muestras   El término "partición" fue acuñado por primera vez por Hirschfeld en 1980. Ejemplos de detectores incluyen espectrómetros de masa e infrarrojos, mientras que los sistemas automatizados de preparación de muestras incluyen espacio estático de la cabeza (HS), espacio dinámico de la cabeza (PT), gran volumen inyección (LVI) y microextracción de fase sólida (SPME)  

Cromatografía de headspace

Muchas muestras para cromatografía de gases (GC) contienen cantidades de compuestos no volátiles en la matriz de la muestra. La inyección directa causa que solutos fuertemente retenidos o materiales no volátiles residuales se mantengan en el sistema cromatográfico y puedan acumularse hasta causar interferencias con los analitos de interés.      

El muestreo por headspace evita que los residuos no volátiles de la muestra entren en el Cromatógrafo de Gases manteniéndolos en un vial y transfiriendo los componentes volátiles al inyector y columna. Las muestras complejas como muestras biológicas, extractos de productos naturales, etc. para estas muestras, el muestreo del espacio de cabeza es el método más rápido para analizar compuestos orgánicos volátiles.

Cromatografía de headspace

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Caption: : Cromatogrfía de headspace

Headspace Dinámico

En HS Dinámico la muestra se mantiene en un recipiente por el que se hace pasar un gas inerte, generalmente gas portador, durante el período de muestreo.   El HS Dinámico es la base de los análisis por Purga y Trampa. Con un buen sistema dinámico, esta técnica se obtiene una mayor sensibilidad y con un adecuado sistema de temperatura y naturaleza del adsorbente, se consigue la concentración eficiente de analitos a nivel de trazas en un amplio rango de volatilidad.  

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Caption: : Headspace dinámico

Headspace estático

En este caso la muestra se mantienen sellada en un vial hermético cerrado mediante cápsula o tapón y una membrana adecuada que, generalmente, es de silicona El vial y la muestra se mantienen en condiciones de temperatura controlada para permitir que los compuestos volátiles pasen de la fase sólida a la fase gas del vial. Una vez que una parte de la fracción volátil pasa a la fase gas, se transfiere una parte de la misma a la columna cromatográfica.

En HS Estático hay que permitir una combinación de tiempo de incubación y temperatura para que la concentración de los analitos volátiles se mantenga estable y alcance un equilibrio antes de la extracción y transferencia.

Headspace estático

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Caption: : Equilibrio que se alcanza en la cromatografía por headspace estático

Microextracción en fase sólida

La microextracción en fase sólida (SPME) es una técnica para la extracción y concentración de VOCs. ampliamente usada en combinación con la GC/MS. La SPME ha demostrado ser una técnica de monitoreo muy útil en las industrias alimentaria, de aromatizantes y bebidas, así como en el sector ambiental.   Una fase de extracción de película relativamente delgada de volumen muy pequeño,, está firmemente recubierta y unida a una fibra de sílice fusionada (Figura 4) que a su vez puede ser expuesta a una matriz de muestra. El aire de la habitación, la solución acuosa o los disolventes orgánicos actúan como una matriz de muestras. La fase de extracción unida a la fibra es muy similar a las fases utilizadas en GC capilar.  

Microextracción en fase sólida

La microextracción en fase sólida puede acoplarse tanto a GC como a HPLC.  

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Caption: : Sistema SPMS

Cromatografía de gran volumen de inyección

Los sistemas de inyección que se utilizan en la técnica cromatográfica de gases son de diferentes tipos, como el sistema de inyección en columna dividida, sin divisiones y en frío. El propósito principal de los sistemas de inyección Una diferencia funcional entre la entrada de PTV y la entrada dividida o sin división reside en el control de temperatura.s sólo entregar la muestra en la columna sin degradar la máxima eficiencia de separación de la columna.  Una diferencia funcional entre la entrada de PTV y la entrada dividida o sin división reside en el control de temperatura. La entrada dividida y sin divisiones normalmente funciona a temperaturas elevadas (más de 2000C) donde la muestra se vaporiza inicialmente y luego entra en la columna.  

Cromatografía de gran volumen de inyección

Aunque LVI puede operar bajo estas temperaturas isotérmicas elevadas, pero en este rápido calentamiento o enfriamiento el revestimiento.  Las tasas de calefacción son cercanas a 10ªC s-1 y la refrigeración subambiental es común. En el momento que la muestra se introduce en el revestimiento de entrada por lo general a una temperatura por debajo del punto de ebullición del disolvente seguido de calentamiento rápido para la muestra de transferencia del revestimiento.