practica 5 - crom.gases - simulación de una separación

7/29/2019 Practica 5 - Crom.Gases - Simulacin de una Separacin

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Laboratorio de Qumica II. Qumica Analtica

PRCTICA 5

CROMATOGRAFA DE GASESA) SIMULACIN DE UNA SEPARACIN

I. INTRODUCCIN

La cromatografa de gases es una tcnica de separacin en la que la fase mviles un gas (denominado gas portador). En cromatografa gas/lquido la fase estacionariaes un lquido retenido o inmovilizado sobre un soporte slido. La separacin de loscomponentes de una muestra se produce debido a sus diferencias de retencin por lafase estacionaria, reflejadas en sus constantes de distribucin, K=Cestacionaria/Cmvil, al serarrastradas por el gas portador a lo largo de la columna. Las interacciones de los analitoscon el gas portador son despreciables debido a la baja densidad de ste; enconsecuencia, para una determinada fase estacionaria, las concentraciones de estos

analitos en ambas fases estn determinadas por la temperatura. Por lo tanto, laoptimizacin de una separacin en cromatografa de gases se centra en optimizar el

programa de temperatura del horno en el que se encuentra la columna que contiene lafase estacionaria.1. Descripcin de un cromatgrafo de gases.El cromatgrafo de gases consta, esencialmente, de los siguientes componentes:

Sistema de suministro del gas portador. Se dispone de botellas cilndricas deacero que suministran el gas portador de elevada pureza. La presin del gas en estas

botellas es tpicamente de 200 atm. Un manmetro de alta presin reduce esta presinhasta unas 5-10 atm, que es ms adecuada para el cromatgrafo.

Inyector. Pequea cmara cerrada con un tapn, o septum, de tipo goma desilicona, que se puede someter a temperatura relativamente alta (200C). En esta cmarase introduce la muestra mediante una microjeringa que tiene un volumen de unos pocosL. La muestra normalmente est disuelta en un disolvente orgnico; a la temperaturadel inyector, se produce una volatilizacin rpida del disolvente y de los analitosdisueltos, que son arrastrados por el gas portador a lo largo de la columna.

Columna. Es el componente ms importante del cromatgrafo; contiene la faseestacionaria. Las ms utilizadas son las capilares, que son tubos de slice de pequeodimetro, tpicamente 0.53 mm. La fase estacionaria lquida, con un espesor del ordende micras, se encuentra inmovilizada recubriendo la pared interior del tubo de slice. Sedispone de fases estacionarias con diferentes polaridades, desde no-polares, como en el

caso de las columnas de dimetilpolisiloxano, hasta relativamente polares, tales como lascolumnas de cianopropilpolisiloxano. Mayor polaridad poseen las fases estacionarias depolietilenglicol. La columna se encuentra en el interior de un horno.

Horno. El horno permite aplicar a la columna una temperatura de hasta unos 300C,limitada por la estabilidad trmica de la fase estacionaria. Se puede trabajar encondiciones isotrmicas, es decir, a temperatura constante a lo largo del tiempo, o bien atemperatura programada, de forma que la temperatura aumenta con el tiempo deacuerdo con diferentes tipos de funciones (T-t), normalmente lineales o rampas detemperatura; en esta modalidad se obtienen picos cromatogrficos ms estrechos.

Detector. Los analitos separados se detectan a la salida de la columna. El detectorms utilizado es el FID (detector de ionizacin de llama). Se trata de un pequeo

mechero con llama de difusin hidrgeno/aire. Todos los compuestos orgnicos quecontienen tomos de carbono en forma no oxidada originan iones CHO+ en esta llama;

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al aplicar una diferencia de potencial entre el propio mechero y un electrodo, se obtieneuna seal elctrica.

II. DESCRIPCIN DEL PROGRAMA DE SIMULACIN

El programa simula las operaciones esenciales propias de un anlisiscromatogrfico. Estas operaciones incluyen, por una parte, las realizadas en ellaboratorio, tales como preparacin de muestra y seleccin de la columna; y por otra

parte, las operaciones realizadas sobre el cromatgrafo de gases, tales como seleccinde la temperatura del horno y de la presin del gas portador, as como la inyeccin de lamuestra. Todas estas operaciones comienzan a partir del men de inicio.

1. MuestrasLa preparacin de la muestra, en este caso, se limita a seleccionar una serie de

compuestos, entre los 60 disponibles.

2. ColumnaSe utilizan columnas capilares y se pueden elegir entre los siguientesparmetros:

Fase estacionaria. Se dispone de tres fases estacionarias:OV-1: DimetilpolisiloxanoCiano: 14% cianopropil-86% dimetilpolisiloxanoFFAP: Polietilenglicol

Espesor de la fase estacionaria. Se pueden elegir valores entre 0.1 y 5 m (losvalores ms usuales oscilan entre 0.1 y 1.5 m)

Longitud de la columna. Pueden escogerse longitudes entre 10 y 100 m (losvalores usuales son 15, 30 y 60 m)

Dimetro interno de la columna. Puede variar entre 0.2 y 1.0 mm ( los valorestpicos son 0.25, 0.32 y 0.53 mm)3.Temperatura del horno

El programa permite trabajar en condiciones isotrmicas o bien a temperaturaprogramada. Se admiten hasta tres rampas de temperatura, es decir, tres relacioneslineales de temperatura en funcin del tiempo (T=kxt).

La temperatura mxima del horno est limitada por la estabilidad trmica de lafase estacionaria y no suele rebasar los 300 C.4. Gas portador y presin en el inyectorEl programa de simulacin permite seleccionar entre tres gases; nitrgeno, helio ehidrgeno, y aplicar diferentes presiones en el inyector y, por tanto, en cabeza de

columna. Esta presin no suele ser superior a 1-2 atmsferas sobre la presinatmosfrica.5. Mtodo actual

La muestra seleccionada y las condiciones cromatogrficas de trabajo aparecenreflejadas en el men del mtodo actual. Mientras no se modifique el mtodo, se esttrabajando en las condiciones del mtodo actual. Dicho mtodo se puede modificarutilizando muestras o columnas actuales adems de otras almacenadas o nuevas.Tambin se pueden modificar las temperaturas y presiones actuales.

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III. PROCEDIMIENTOEn la prctica se va a optimizar la separacin de una mezcla de hidrocarburos.

1. MuestraPara preparar la mezcla de hidrocarburos en la pantalla de inicio (Figura 1) se

hace clic en MUESTRA y aparece en pantalla la figura 2. En esta pantalla se seleccionala opcin NUEVA y se pulsa SEGUIR. Aparece en pantalla la figura 3. Se marcan conel cursor (pulsando simultneamente la tecla de maysculas) los nueve hidrocarburosque aparecen al principio de la lista, desde el decano hasta el octadecano, adems delmetano. El metano no se retiene apenas en las columnas usuales y su tiempo deretencin puede considerarse prcticamente como tiempo muerto.

Se hace clic sucesivamente en AADIR y SEGUIR y se vuelve a la pantalla queaparece en la figura 1.2. Columna

En la pantalla que aparece en la figura 1 se selecciona COLUMNA y en lapantalla aparece la figura 4. Se selecciona la opcin NUEVA y se pulsa SEGUIR.Aparece en pantalla la figura 5.

Se selecciona la fase apolar OV-1, puesto que la muestra contiene compuestosde naturaleza apolar.

Se selecciona la longitud de la columna, para lo cual se escribe la longitudseleccionada en la casilla situada a la derecha de LONGITUD. Escribir 30.

Se selecciona el dimetro interno de la columna, para lo cual se escribe eldimetro interno en la casilla situada a la derecha de DIMETRO INT. Escribir 0.5.

Por ltimo se selecciona el espesor de la pelcula de fase estacionaria, para locual se escribe el espesor en la casilla situada a la derecha de CAPA DE FASE. Escribir

2. Para terminar con la seleccin de los diferentes parmetros que caracterizan lacolumna, se pulsa ACEPTAR y GUARDAR. Se da un nombre al archivo, se pulsaACEPTAR y SALIR y se vuelve al men que aparece en la figura 1.3. Temperatura

En la pantalla de la figura 1 seleccionar temperatura y tendremos en pantalla lafigura 6.a. Modalidad isotrmica

Aplicar una Temperatura inicial de 100C durante un tiempo inicial de 60minutos. Aparece en pantalla el programa de temperatura seleccionado.b. Modalidad temperatura programada

Aplicar una Temperatura inicial de 100C durante un tiempo inicial" de 1minuto.

Seleccionar en rampa 1 un aumento de temperatura de 10C/min hasta 150C,manteniendo esta temperatura 1 min.



Hacer clic en ACEPTAR. Aparece en pantalla la representacin grfica delprograma de temperatura seleccionado. Hacerclic en SEGUIR. Aparece en pantalla elmen de inicio de la figura 1.

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4. Gas portadorEn la pantalla de la figura 1 seleccionar la opcin PRESIN. Aparece en la

pantalla la figura 7.Seleccionar gas NITRGENO y PRESIN en kg/cm2 (unidad tcnica que

equivale prcticamente a atm).

5. Mtodo actualPulsar MTODO en la pantalla de la figura 1. Aparecen en pantalla las

especificaciones del mtodo seleccionado (figura 8). Comprobar el mtodo. Cerrarpantalla.6. Inyeccina. En condiciones isotrmicas

Pulsar INYECCIN en la pantalla de la figura 1. Aparece en pantalla elcromatograma obtenido en las condiciones experimentales seleccionadas (figura 9).Pulsar INFORME, aparece en pantalla INFORME CROMATOGRAMA (figura 10).Seleccionar: tiempo de retencin (tr), anchura de pico cromatgrafico a mitad de altura

(w1/2), altura de plato y resolucin. Pulsar SEGUIR. Aparece en pantalla INFORMECROMATOGRAMA (figura 11). Pulsar IMPRIMIR. Aparece en pantalla IMPRESIN(figura 12). Seleccionar mtodo, cromatograma y resultados. Pulsar IMPRIMIR.

Pulsar SALIR, SEGUIR y CERRAR. Aparece en pantalla el men de la figura 1,en el que se puede modificar el mtodo en cualquiera de sus apartados, siguiendo los

pasos descritos anteriormente.b. En condiciones de temperatura programada

Repetir los pasos especificados en el apartado anterior para condicionesisotrmicas, previa seleccin del programa de temperatura especificado en el apartadoHORNO.

IV. RESULTADOS

1. Determinar la eficacia de la columna, en los casos de condiciones isotrmicas ygradiente de temperatura, utilizando el pico de mayor retencin, y comparar losresultados obtenidos. La eficacia de la columna se determina calculando el nmero de

platos tericos, N=16(tr/wbase)2.

2. Modificar la longitud de la columna (50 m). Determinar su eficacia y comparar elresultado con el obtenido en el apartado 1.3. Modificar el espesor de la fase estacionaria (4 m), determinar su eficacia y compararel resultado con el obtenido en 1 y en 2.4. Predecir tericamente el factor de retencin del undecano, por interpolacin en la

representacin grfica de log tr para el decano y dodecano en funcin del nmero detomos de carbono del hidrocarburo.

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Figura 1

Figura 2

Figura 3

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Figura 4

Figura 5

Figura 6

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Figura 7

Figura 8

Figura 9

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Figura 10

Figura 11

Figura 12

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