principios básicos y manejo del...

CURSO DE CROMATOGRAFÍA DE GASES-2013

Principios Básicos y Manejo del Equipo

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA

METROPOLITANA

JOSÉ RAMÓN VERDE CALVO

GLORIA MARIBEL TREJO

AGUILAR

OBJETIVO

El participante aprenderá y aplicará los conceptos teórico prácticos básicos sobre cromatografía de gases

PROGRAMA

1.0 Historia y clasificación

2.0 FISICOQUÍMICA DE LA

CROMATOGRAFÍA

2.1 Fundamentos de separación

3.0 EL SISTEMA CROMATOGRÁFICO

3.1 Gas transportador

3.2 Inyector

3.3 Horno

3.4 Columnas empacadas

3.5 Columnas capilares

3.6. DETECTORES

3.6.1 Conductividad térmica

3.6.2 Ionización de flama

3.6.3 Captura de electrones

3.6.4 Otros detectores

3.7 SISTEMA CROMATOGRÁFICO

3.7.0 Sistema de Cómputo

3.7.1 Obtención del cromatograma

3.7.2 Parámetros de integración

3.7.3 Obtención del reporte

4.0. CONCEPTOS Y TÉRMINOS

4.1 Tiempo de retención

4.2 Tiempo de retención corregido

4.3 Ancho de base

4.4 Número de platos teóricos

4.0 CONCEPTOS Y TÉRMINOS

4.5 Altura Equivalente de un Plato Teórico

4.6 Coeficiente de Partición

4.7 Resolución

4.8 Selectividad

5.0 ANÁLISIS CUALITATIVO

5.1 Identificación de compuestos – Tiempos de retención

– Series Homólogas

6.0 ANÁLISIS CUANTITATIVO

6.1 % de áreas

6.2 Patrón Externo

6.3 Patrón Interno

7.0 MANTENIMIENTO DEL EQUIPO

8.0 PRÁCTICAS (5 sesiones)

DEFINICIÓN

La cromatografía de gases es una técnica analítica usada para separar mezclas simples o complejas, basada en la diferente distribución de dos fases, una estacionaria y otra móvil

Ventajas

Mejor técnica de separación que otros sistemas físicos o químicos

Tiempos cortos de análisis Actualmente muchas de las

técnicas de control de calidad son por CG.

Desventajas

Costo

Mantenimiento

Consumibles

Capacitación de personal

Aplicaciones

Contaminación

Aceites esenciales

Petroquímica

Productos farmacéuticos

Perfumes y cosméticos

Bebidas

Historia 1850

1900

1950

F.F. Runge, separa cationes metálicos

D. T. Day reporta el uso de la CC 1er Congreso del petróleo

Tswett

•Cafeína

•Azul de

anilina

CROMATOGRAFIA

M. TSWEET (1903): Separación de mezclas de pigmentos vegetales en columnas llenas con

adsorbentes sólidos y solventes variados

éter de petróleo

CaCO3

mezcla de pigmentos

pigmentos separados

Cromatografia = kroma [color] + graph [escritura] (griego)

Historia

CROMATOGRAFIA

Primer equipo comercial

1940

1950

1960

“CGS” rudimentario

propuesta Martin e Synge

Separación de ácidos orgánicos por CGL: primer cromatógrafo (Martin e James)

Detector por Densidad de Gas (Martin e James)

Detector por Ionización de flama

Detector por Captura de Eletrones

Columnas Capilares (Golay)

Historia

Clasificación Analítica

Cromatografía cualitativa o preparativa

Cromatografía cuantitativa o analítica

CROMATOGRAFÍA

soluto FASE

MOVIL

FASE

ESTACIONARIA

Sistema: 2 Fases

Clasificación Práctica

Cromatografía de Adsorción

Cromatografía de Reparto

Cromatografía de Adsorción

Cromatografía Gas Sólido (CGS), la fase estacionaria es un sólido con gran número de sítios activos (hidroxilos, pares de electrones)

Sílice granular, la alúmina o el carbón

El soluto se adsorbe en la superficie de las partículas sólidas

La fase móvil es un gas

Fases Estacionarias

El fenómemo físicoquímico responsable de la interacción analito + FE sólida es la

ADSORCIÓN

La adsorción ocurre en la interface entre el gas de arraste y la FE sólida

FE Sólidas: Adsorción

Fases Estacionarias FE Sólidas

Principales Aplicaciones:

- Separación de gases - Compuestos volátiles - Séries homólogas

GASES DE REFINARIA Columna:Carboxen-1000 60-80 mallas; 15’ x 1/8” TCOL: 35

oC a 225oC / 20oC. min-1 Gas de Arraste: He, 30 ml.min-1

Detector: TCD

Columnas de Adsorción

Columna

Temp max

Aplicación

HP S o M

200° c

Hidrocarburos, gas natural

Poraplot Q

250° C

Alcoholes volátiles en agua, gases

Poraplot U

190° C

comp. volátiles polares, aldehídos

Cromatografía de Reparto

LÍQUIDOS Depositados sobre a superfície de: sólidos porosos inertes (columnas empacadas) o de

tubos finos de materiales inertes (columnas capilares)

FE líquida

SOPORTE Sólido inerte

poroso

Tubo capilar de material inerte

Conceptos Generales

Fases Estacionarias Familias De FE Líquidas

Mayor parte de las aplicaciones en CG moderna

PARAFINAS Apolares; Principales: esqualeno (C30H62), Apiezon

POLIÉSTERES Ésteres de dialcoholes con diácidos. Polares; altamente sensibles a la humedad y oxidación; Principales: DEGS, EGA

ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRASOS

Columna:5%DEGS-PS s/ Supel-coport 100/120 mallas; 6’ x 1/8” TCOL: 200

oC (isotérmico) Gas de Arraste: N2 20 ml.min-1

Detector: FID Muestra: 0,5 mL de solución en

cloroformo contenido 0,5 mg de cada éster

Columnas de Reparto

Columna

Temp max

Aplicación

HP-5

325° C

Aminas, Hidrocarburos

HP-50 280° C

Drogas glicoles pesticidas

HP-Wax

250° C

Alcoholes, disolventes

FASES ESTACIONARIAS LÍQUIDAS

COLUMNAS EMPACADAS

NOMBRE

COMERCIAL

DESCRIPCIÓN POLARIDAD TEMPERATURA ºC

min/max

Escualeno Escualeno I 20/100

Apienzon L Apienzon L I 50/300

SE-30 100% goma de silicona I 50/300

OV-1 100% goma de silicona I 50/300

UCW-982 goma del 99% metil, 1% vinil II 0/300

DC-200 100% de metil silicona líquida II 0/250

OV-101 100% de metil silicona líquida II 0/350

SP-2100 100% de metil silicona líquida II 0/350

SE-52 o SE-54 fenilo al 5% II 50/300

Dexsil 300 Metil carbonato de silicona II 50/450

OV-17 Metil fenil silicona al 50% II 0/375

OV-25 Metil fenil silicona al 75% III 0/350

OV-210 3,3,3-trifluoropropilo al 50% III 0/275

Carbowax 20M polietilen glicol IV 60/225

Carbowax 20M TPA polietilen glicol modificado con

ácido tereftálico

IV 60/250

Carbowax 1500 polietilen glicol IV 40/200

Silar 10C Cianopropil silicona al 100% IV 0/250

FASES ESTACIONARIAS LÍQUIDAS DE USO COMÚN EN CROMATOGRAFÍA DE GASES

COLUMNAS CAPILARES

NOMBRE COMERCIAL

DESCRIPCIÓN POLARIDAD TEMPERATURA ºC min/max

APLICACIONES GENERALES

HP-1, DB-1 100% dimetil polisiloxano

I -60 a 325 Aminas, hidrocarburos, pesticidas, aromas y

fragancias

HP-5, DB-5 5% fenil 95% dimetil polisiloxano

I -60 a 325 Alcaloides, FAMEs, compuestos halogenados

DB-1301 6% cianopropil-fenil, 94% dimetil polisiloxan

II -20 a 280 Alcoholes, pesticidas

DB-35, HP-35 35 % fenil 65% dimetil polisiloxano

II 40 a 300 Pesticidas, fármacos, drogas

DB-1701, DB-1701p

14% cianopropil-fenil, 86% dimetil polisiloxan

II -20 a 280 Pesticidas, herbicidas, azúcares

HP+50, DB-17 50 % fenil 90% dimetil polisiloxano

II 40ª 280 Drogas, glicoles, pesticidas, esteroides

DB-200 35% trifluoropropil 65% dimetil polisiloxano

III 30 a 300 Disolventes, pesticidas, herbicidas

DB-225 50 % cianopropil-fenil, 50 % dimetil polisiloxan

Iii 40 a 220 FAMEs alditol, esteroles neutros

HP-INNOWax Polietilenglicol III 40 a 260 Alcoholes, ácidos orgánicos, aceites esenciales, aromas y

fragancias

DB-23 50 % cianopropil-fenil, 50 % dimetil polisiloxan

III 40 a 250 FAMEs que requieran resolución cis/trans

CycloSil-B 30% heptakis III 35 a 260 Compuestos quirales

Factores que afectan la separación

Fase estacionaria C. A.: polaridad C. R.: solubilidad

Temperatura

INTERACCIONES LIQUIDO-COMPONENTE

¿Por qué se separan los compuestos?

Vander W

INTERACCIONES DIPOLARES

Se producen entre moléculas de

compuestos polares.

Keesom ecuación para potencial de

dos dipolos (permanentes)

LAS FUERZAS DE

INDUCCIÓN

Se dan cuando una molécula polar

se aproxima a otra no polar.

Ecuación de Debye

Dipolo inducido

FUERZAS DE DISPERSION

Se deben a la formación de dipolos

(inducidos, moléculas no polares)

instantáneos núcleos-electrónes. Ecuación

de London

PUENTE DE HIDRÓGENO

Estas fuerzas son superiores a las anteriores,

pero inferiores a las del enlace químico,

provocando, que el componente se vea

excesivamente retenido en la fase estacionaria

líquida, perjudicando la separación.

PUENTE DE HIDRÓGENO

El Cromatógrafo De Gases

El Cromatógrafo De Gases

1 – Depósito de Gás y Reguladores de Presión.

2 - Injector vaporiza la Muestra.

3 - Columna Cromatográfica y Horno de la Columna.

4 – Detector.

5 - Electrómetro (amplificador) de Señal.

6 - Registro de Señal (Registrador o Computadora).

Gas De Arrastre Características:

INERTE No dede reaccionar con la muestra, fase estacionária o superfícies de la columna.

PURO Debe ser excento de impurezas que puedan degradar la fase estacionaria.

Impurezas típicas en gases y sus efectos:

oxida / hidroliza algunas FE

incompatíbles con DCE H2O, O2

hidrocarburos Señal de ruído DIC

Gas De Arrastre

Desventajas:

COSTO Los gases de alta pureza son caros. COSTO

PUREZA

A B

C A = 99,995 %

B = 99,999 %

C = 99,9999 %

COMPATÍBLE CON EL DETECTOR Cada detector demanda un gas de arraste específico para mejor funcionamento.

Selección de Gases de Arraste en Función del Detector:

He , H2 , N2 DCT

DIF N2 , H2 , O2

DCE N2 , Ar + 5% CH4

Alimentación Del Gas De Arrastre

Componentes necesarios a la línea de gas:

controladores de vacío / presión de gas

dispositivos para purificación de gas (“trampas”)

Nota: Tubos y Conexiones: Acero Inox o Cobre

Helio

Uso general

Caro

No utilizado en DCE

Nitrógeno

Uso general en columnas empacadas y capilares

Bajo costo

Hidrógeno

Columnas capilares

Combustible DIF

Barato

Explosivo

Aire

Comburente con el DIF

Barato

Fácil acceso

Trampas o filtros

Garantizan la calidad del análisis

Prolongan la vida útil de la columna

Minimiza el ruido

Trampa de Oxígeno

Bulbo de óxido de cobre

Indicador de óxido de manganeso

El O2, provoca oxidación irreversible en las fases estacionarias

Daños causados por O2

Alto nivel de sangrado y coleo de los picos

Trampas de humedad

Tamiz molecular

Indicador de sulfato de calcio

Retienen: H2O, HCl, CO2,SO2, Cl2

Instalación

Trampa para hidrocarburos

Tamiz molecular

Empaque C activado

Retiene compuestos mayores que el CH4

El tamaño y el PM de los contaminantes afectan la vida media del filtro

Regulador de gas

Gases recomendados

Detector Gas

Conductividad térmica

He, N2, H2

Ionización de flama

H2, N2, Aire

Captura de electrones

N2 , Ar + 5% CH4

Selección del gas acarreador

C17 a 175ºC

K’ = 4.95

WCOT

Ov-101 0.4 m

25 m x 0.25 mm

Resolución del gas acarreador

Efecto del gas acarreador en la resolución de n-heptadecano y

pristano

Mantenimiento de los gases