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Cromatografía de Gases

• El desarrollo de GC como técnica analítica fue iniciado por Martin y Synge 1941; sugirieron el uso de cromatogramas de partición gas-líquido para fines analíticos.
• Al tratar con la cromatografía de partición líquido-líquido, predijeron que la fase móvil no necesita ser un líquido sino un vapor. Las separaciones muy refinadas de sustancias volátiles en una columna en la que se hace que fluya un gas permanente sobre un gel impregnado con un disolvente no volátil sería mucho más rápido y, por lo tanto, las columnas serían mucho más eficientes y los tiempos de separación mucho más cortos. El concepto de cromatografía de gases se imaginó a principios de los años cuarenta, pero desafortunadamente se prestó poca atención a la sugerencia.
• La importancia de GC fue reconocida casi de inmediato por los laboratorios petroquímicos, que enfrentaron el desafío de analizar mezclas complejas de hidrocarburos.

3. ¿Por qué elegir la cromatografía de gases?

• Las dos técnicas cromatográficas principales utilizadas en la química analítica moderna son la cromatografía de gases (GC) y la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). La HPLC utiliza una fase móvil líquida para transportar los componentes de la muestra (analitos) a través de la columna, que está empaquetada con un material sólido de fase estacionaria. La HPLC fue propuesta por primera vez por el botánico ruso Mikhail Tswett, quien usó por primera vez el término 'Cromatografía' en 1906, para describir la separación que ocurrió cuando las soluciones de pigmentos vegetales se hicieron pasar a través de columnas de carbonato de calcio o alúmina. utilizando éter de petróleo.
• Por el contrario, la cromatografía de gases utiliza una fase móvil gaseosa para transportar los componentes de la muestra a través de columnas compactas o columnas capilares huecas que contienen una fase estacionaria líquida polimérica. En la mayoría de los casos, las columnas GC tienen un diámetro interno más pequeño y son más largas que las columnas HPLC. GC se ha convertido en una técnica sofisticada desde el trabajo pionero de Martin y James en 1951, y es capaz de separar mezclas muy complejas de analitos volátiles.

Entradas de gas

• El gas se alimenta desde los cilindros a través de la tubería de suministro al instrumento. Es habitual filtrar gases para garantizar una alta pureza del gas y el suministro de gas puede regularse en el banco para garantizar una presión de suministro adecuada
• Los gases requeridos pueden incluir:
• Portador - (H2, He, N2)
• Gas de reposición - (H2, He, N2)
• Detector de gas combustible - (H2 y aire, Ar o Ar y CH4, N2) dependiendo del tipo de detector

Controles neumáticos

• El suministro de gas se regula a la presión (o flujo) correcta y luego se alimenta a la parte requerida del instrumento. Generalmente se requiere control para regular el gas que ingresa al instrumento y luego suministrar las diversas partes del instrumento. Un GC equipado con una entrada Split / Splitless, una columna capilar GC y un detector de ionización de llama puede tener las siguientes especificaciones de gas diferentes: presión de suministro de gas portador, presión de entrada de columna (flujo de gas portador de columna), flujo dividido de entrada, flujo de purga del tabique de entrada, detector flujo de aire, detector de flujo de hidrógeno, detector de flujo de gas de reposición. Los instrumentos GC modernos tienen controladores electrónicos de presión neumática; los instrumentos más antiguos pueden tener control manual de presión a través de reguladores.

Inyector

• Aquí la muestra se volatiliza y el gas resultante se arrastra a la corriente portadora que ingresa al GC

Columna

• Existen muchos tipos de entrada que incluyen:
• -Split / Splitless
• -Vaporización térmica programada (PTV)
• -Cool-on-column (COC) etc.
• El inyector de COC introduce la muestra en la columna como un líquido para evitar la descomposición térmica o mejorar la precisión cuantitativa.
• En GC, la retención de moléculas de analito ocurre debido a interacciones más fuertes con la fase estacionaria que la fase móvil. Esto es único en GC y, por lo tanto, las interacciones entre la fase estacionaria y el analito son de gran importancia. Los tipos de interacción se pueden dividir en tres grandes categorías:
• -Dispersivo
• -Dipolo
• -Enlace de hidrógeno

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• La muestra se separa en sus componentes constituyentes en la columna. Las columnas varían en longitud y diámetro interno según el tipo de aplicación y pueden ser empaquetadas o capilares. Las columnas empaquetadas (dimensión típica de 1,5 mx 4 mm) se empaquetan con un soporte sólido recubierto con material de fase estacionaria líquida inmovilizada (GLC). Las columnas capilares (dimensión típica de 30 mx 0,32 mm x 0,1 mm de espesor de película) son tubos de sílice huecos largos con la pared interior de la columna recubierta con material inmovilizado de fase líquida estacionaria de varios espesores de película. Hay muchas químicas de fase estacionarias diferentes disponibles para adaptarse a una gran cantidad de aplicaciones. Las columnas también pueden contener partículas sólidas de fase estacionaria (GSC) para tipos de aplicaciones

Horno de columna

• La temperatura en GC se controla mediante un horno calentado. El horno se calienta rápidamente para proporcionar un excelente control térmico. El horno se enfría usando un ventilador y una disposición de ventilación generalmente en la parte trasera del horno. Por lo general, se incluye una percha o una jaula para sostener la columna del GC y evitar que toque las paredes del horno, ya que esto puede dañar la columna.
• Las conexiones del inyector y el detector también están contenidas en el horno GC. Para la operación isotérmica, el GC se mantiene a una temperatura constante durante el análisis. En la temperatura programada GC (pTGC), la temperatura del horno aumenta según el programa de temperatura durante el análisis.

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.
• Existen muchos tipos de detectores diferentes y la elección se basa principalmente en la aplicación, la química del analito y la sensibilidad requerida, también en si se requieren datos cuantitativos o cualitativos.
• Las opciones de detectores incluyen:
• Ionización de llama (FID)
• Captura de electrones (ECD)
• Llama Fotométrica (FPD)
• Nitrógeno Fósforo (NPD)
• Conductividad térmica (TCD)
• y espectrómetro de masas (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 "cromatograma" . El sistema de datos también se puede utilizar para realizar varias operaciones cuantitativas y cualitativas en el cromatograma, lo que ayuda a la identificación y cuantificación de muestras
• La siguiente información da una indicación del tipo de muestra (analito) analizada por GC y HPLC y las fortalezas y limitaciones relativas de cada técnica.

Cromatografía de gases

• -Las muestras analizadas por GC deben ser volátiles (tener una presión de vapor significativa por debajo de 250 ° C)
• -La derivación para aumentar la volatilidad es posible pero puede ser engorrosa e introduce posibles errores cuantitativos.
• -La mayoría de los analitos GC tienen un peso molecular inferior a 500 Da para fines de volatilidad.
• -Los analitos altamente polares pueden ser menos volátiles de lo que se sospecha cuando se disuelven en un solvente polar o en presencia de otras especies polares debido a fuerzas intermoleculares como el enlace de hidrógeno.

Mecanismo de separación de CG

• En la cromatografía de gases (GC), la fase móvil es un gas y la fase estacionaria es un sólido - cromatografía sólida de gas (GSC) o un líquido polimérico inmovilizado - cromatografía de gas líquido (GLC). De los dos tipos de GC, GLC es, con mucho, el más común como se verá. La siguiente película muestra un proceso de separación típico en GC. Cada componente de la muestra se "divide" entre la fase móvil gaseosa y la fase estacionaria líquida (a menudo recubierta en la pared interna de un tubo capilar largo y delgado). La velocidad y el grado de partición dependen de la afinidad química del analito por la fase estacionaria y la presión de vapor del analito, que se rige por la temperatura de la columna.
• De la película se puede ver que el componente A tiene una menor afinidad por la fase estacionaria y, por lo tanto, se mueve a través de la columna más rápidamente que el componente B, que pasa más tiempo en la fase estacionaria, de esta manera se logra la separación. En GC, la separación de analitos se logra optimizando las diferencias en la afinidad de fase estacionaria y las presiones de vapor relativas de los analitos. En la práctica, estos parámetros se manipulan cambiando la naturaleza química de la fase estacionaria y la temperatura de la columna.