Resonancia MN

Efecto del campo magnético estático Cualquier tipo de materia o sustancia que se quiera analizar está formada por moléculas y estas a su vez por átomos. Los átomos contienen electrones, protones y neutrones. Todos los núcleos que tienen un número impar de neutrones y/o de protones, poseen una propiedad llamada espín que provoca que éstos giren sobre sí mismos. Este movimiento de rotación crea un campo eléctrico que a su vez crea un momento magnético, y los hace susceptibles a la Resonancia Magnética. El núcleo del hidrógeno está formado sólo por un protón, crea un momento magnético bastante grande, y es muy abundante en la naturaleza, por lo que es uno de los átomos más utilizados para la extracción de las características de las moléculas de las que forma parte. Este proyecto se centrará en la RMN basada en el núcleo de hidrógeno. Los momentos magnéticos que crean los núcleos con espín pueden verse como pequeños dipolos que, en condiciones normales (sin aplicar ningún campo), tienen direcciones aleatorias.Estas partes son: − Un imán capaz de crear un campo intenso, homogéneo y estable. − Una sonda que contiene las bobinas utilizadas para excitar y detectar la señal. − Un transmisor de alta potencia capaz de operar con pulsos de muy corta duración. − Un receptor de alta sensibilidad para amplificar la señal detectada antes de la digitalización. − Todo ello supervisado y sincronizado por el sistema de control, que interactúa con el usuario a través de la estación de trabajo.Funcionamiento del espectrómetro Para entender el funcionamiento del espectrómetro se describen los pasos esenciales que se dan en un experimento, y que están representados en el diagrama de la Ilustración III-1 por la dirección de las flechas. Antes de empezar el experimento es preciso llevar a cabo una calibración, emplazando la muestra que se quiere analizar dentro de la sonda. De esta calibración se extraen dos parámetros importantes:La frecuencia central del pulso de RF (frecuencia de Larmor) que es proporcional al campo que crean los imanes, cuya intensidad puede variar ligeramente por varios motivos: temperatura, efecto de introducir la muestra en la sonda, deriva temporal de los imanes… − La correspondencia entre el ángulo de rotación del vector de magnetización total y la duración del pulso de RF, en la que intervienen factores como la intensidad exacta del campo de RF que radia la bobina transmisora.Los imanes Los imanes son los encargados de someter a la muestra al campo magnético permanente B0 responsable de la alineación de los núcleos. Las propiedades de dicho campo definen en gran medida las prestaciones del espectrómetro. Como se ha comentado en la Introducción, un cambio en el tipo de imanes que se utilizan, es una de las innovaciones que introduce el nuevo espectrómetro que se va a fabricar, donde se han sustituido los imanes superconductores por imanes de tierras raras. A continuación se describen las principales ventajas y desventajas de cada uno de ellos.La sonda La sonda contiene una de las partes más importantes del espectrómetro: las antenas. (Apartado 2.2.1) Pero además, la sonda está formada por un conjunto de elementos mecánicos, que mantienen las

antenas en su sitio, y que hacen posible que la muestra que se va a analizar se introduzca en el campo magnético que crean los imanes. Las antenas A diferencia de lo que sucede en la mayoría de sistemas de comunicaciones, las antenas del espectrómetro trabajaran bajo las condiciones de campo próximo. En consecuencia, se puede prescindir de la teoría de las ondas electromagnéticas y de su propagación, y pensar únicamente en campos magnéticos. Es necesario emitir y detectar un campo magnético en la banda de RF.La forma de antena que se utiliza es la bobina, por su simplicidad, por la fácil disposición teniendo en cuenta la geometría del resto de elementos, y por la sencilla relación con los campos magnéticos dada por la ley de Faraday. Como ya se ha comentado anteriormente, primero hace falta excitar la muestra con un campo magnético variable, y más tarde captar el campo magnético variable que crean los núcleos durante la relajación. Esto es posible gracias a la ley de Faraday, que relaciona la electricidad con el magnetismo.Mecanización de la sonda Para que, tanto los imanes, como el tubo que contiene la muestra y las antenas, queden en su sitio, es necesario construir una serie de piezas que cumplen esta función. La pieza de aluminio que puede verse en la Ilustración III-6 mantiene la separación necesaria entre los imanes, que van encajados en dos fresados que hay a cada lado de la pieza, para trabajar bajo el campo magnético que se crea entre ellos.El transmisor El transmisor es la parte del espectrómetro encargada de generar los pulsos de radiofrecuencia que excitan el sistema. El transmisor consta básicamente de una fuente de radiofrecuencias y un amplificador de potencia. Como fuente de RF se utiliza un DDS (Digital Direct Sintetizer), de frecuencia y fase programables, y que es habilitado y deshabilitado desde el sistema de control para conformar los pulsos. La secuencia de pulsos generada por el DDS es recogida por un amplificador de alta potencia que aporta la energía necesaria y la transfiere a la muestra. El receptor El receptor de un espectrómetro de RMN es muy parecido a un receptor de radio doméstico en el cual la señal de RF es detectada por una antena, y demodulada utilizando un proceso de conversión de frecuencias. Como se verá en posteriores capítulos, el buen diseño del receptor es fundamental para la obtención de una señal de RMN limpia de ruido e interferencias.El sistema de control El sistema de control se encarga de controlar y sincronizar todo el sistema. El núcleo del sistema de control es una FPGA (Field Programmable Gate Array). La FPGA genera las señales de control de los DDS y del CAD, y procesa los datos que le entrega este último. El sistema de control es también la parte que interacciona con la estación de trabajo que maneja el usuario. En la siguiente ilustración pueden verse con detalle las líneas de control que intervienen en la configuración y sincronización de todo el sistema

Un espectrómetro de absorción atómica de llama consta de la siguiente instrumentación básica necesaria para poder realizar medidas de absorción:a) Fuente de radiaciónb) Sistema nebulizador-atomizadorc) Monocromadord) Detectora) Las fuentes de radiación empleadas en el espectrofotómetro de absorción atómica deben originar una banda estrecha, de intensidad adecuada y estabilidad suficiente, durante períodos de tiempo prolongados. Las más comúnmente utilizadas son las lámparas de cátodo hueco. Estas lámparas están constituidas por un cátodo metálico capaz de emitir radiaciones de las mismas longitudes de onda que son capaces de absorber los átomos del elemento que se desea analizar. En algunas ocasiones los cátodos están formados por más de un elemento, de manera que se pueden utilizar para su determinación sin necesidad de cambiar la lámpara. También puede disponerse de las llamadas lámparas de descarga gaseosa, en las cuales se produce laemisión por el paso de corriente a través de un vapor de átomos metálicos, y que se emplean tan solo para algunos elementos como el Hg.b) Sistema nebulizador-atomizador.-El nebulizador y el sistema atomizador suelen estar integrados en uno, especialmente en los equipos de absorción atómica. En este sistema, la disolución de la muestra (o parte de ella) es inicialmente aspirada y dirigida como una fina niebla hacia la llama (atomizador), lugar donde se forman los átomos en estado fundamental. Para obtener la llama se requiereun combustible (por ejemplo, acetileno) y un oxidante (por ejemplo, aire):La óptica de un espectrofotómetro de absorción atómica es similar a la de cualquier otro espectrofotómetro.c) Monocromador.- El monocromador (prismas, redes de difracción…)En general, dispone de una rendija o ranura de entrada que limita la radiación lumínica producida por la fuente y la confina en un área determinada, un conjunto de espejos para pasar la luz a través del sistema óptico, un elemento para separar las longitudes de onda de la radiación lumínica, que puede ser un prisma o una rejilla de difracción, y una rendija

de salida para seleccionar la longitud de onda con la cual se desea iluminar la muestra. Parte de la radiación no absorbida es dirigida hacia el detector.d) Detector.- (por ejemplo, un fotomultiplicador),El sistema de detección puede estar diseñado con fotoceldas, fototubos, fotodiodos o fotomultiplicadores. Esto depende de los rangos de longitud de onda, de la sensibilidad y de la velocidad de respuesta requeridas. El sistema de detección recibe la energía lumínica proveniente de la muestra y la convierte en una señal eléctrica proporcional a la energía recibida. La señal eléctrica puede ser procesada y amplificada, para que pueda interpretarse a través del sistema de lectura que una vez procesada es presentada al analista de diferentes maneras (por ejemplo, unidades de absorbancia).

Función y condiciones de las llamasLa llama tiene tres funciones básicas: permite pasar la muestra a analizar del estado líquido a estado gaseoso;

descompone los compuestos moleculares del elemento de interés en átomos individuales o en moléculas sencillas y excita estos átomos o moléculas. Las condiciones que debe cumplir una llama para considerarla satisfactoria es que tenga la temperatura adecuada y que en ella se forme un ambiente gaseoso que permita las funciones mencionadas. Además, el ruido de fondo de la llama no debe interferir las observaciones a efectuar. El cono interno es la zona en que tiene lugar, generalmente, una combustión parcial, es decir sin equilibrio térmico. Esta zona se calienta por conducción y radiación a partir de la región más caliente que se encuentra sobre ella. En ella se forman los productos de oxidación intermedios, se produce una gran emisión de luz (a partir del combustible y no de la muestra), una elevada ionización y una gran concentración de radicales libres. Es muy poco utilizada para trabajo analítico. Inmediatamente encima de la región del cono interno se encuentra la zona interconal Es la llamada parte caliente de la llama y en ella tiene lugar una combustión completa y se alcanza casi un equilibrio termodinámico. Esta llama es la que se utiliza prácticamente en análisis por fotometría de llama y espectroscopía de absorción atómica. La altura de esta zona sobre el quemador varía considerablemente con el tipo de quemador, la naturaleza de los gases utilizados y su velocidad de flujo. La región del cono externo es una zona de combustión secundaria en la que los productos parcialmente oxidados como el monóxido de carbono pueden completar su combustión. Esta región se enfría por el aire circundante y es, en general, una región poco útil.

La muestra a analizar debe ser previamente tratada para asegurar que todos los iones a determinar se encuentren libres en solución, en el caso de muestras acuosas este no es el problema pero en el caso de alimentos u otras matrices sólidas debe realizarse un tratamiento previo de mineralización.

La solución a analizar se hace pasar a través del mechero, por medio de aspiración en forma de niebla gracias al sistema de nebulizador. Los iones y átomos son excitados por la energía recibida en la llama y al ser atravesados por el haz de luz proveniente de la lámpara absorben parte de la energía necesaria para volver a su estado electrónico fundamental.Un monocromador compuesto por una red de difracción selecciona la longitud de onda específica del elemento.La diferencia entre la cantidad de energía proveniente de la lámpara que llega al detector inicialmente y mientras la muestra lo atraviesa es una medida cuantificable al alcanzar el amplificador y registrador del equipo.La señal se traduce en unidades de concentración del analito mediante una lectura previa de una curva de calibración del analito deseado e interpolando los valores obtenidos

Espectrometría infrarroja

La espectrometría de infrarrojos (espectroscopia IV) es un tipo de espectrometría de absorción que utiliza la región infrarroja del espectro electromagnético. Como las demás técnicas espectroscópicas, puede ser utilizada para identificar un compuesto o investigar la composición de una muestra La espectrometría infrarroja se basa en el hecho de que los enlaces químicos de las sustancias tienen frecuencias de vibración específicas, que corresponden a los niveles de energía de la molécula. Estas frecuencias dependen de la forma de la superficie de energía potencial de la molécula, la geometría molecular, las masas atómicas y, posiblemente, el acoplamiento vibracional. Si la molécula recibe luz con la misma energía de esa vibración, entonces la luz será absorbida si se dan ciertas condiciones. Para que una vibración aparezca en el espectro infrarrojo, la molécula debe someterse a un cambio en su momento dipolar durante la vibración. En particular, una aproximación de Born-Oppenheimer y aproximaciones armónicas; es decir, cuando el hamiltoniano molecular correspondiente al estado electrónico estándar puede ser aproximado por un oscilador armónico cuántico en las cercanías de la geometría molecular de equilibrio, las frecuencias vibracionales de resonancia son determinadas por los modos normales correspondientes a la superficie de energía potencial del estado electrónico estándar. No obstante, las frecuencias de resonancia pueden estar, en una primera aproximación, en relación con la longitud del enlace y las masas de los átomos en cada extremo del mismo. Los enlaces pueden vibrar de seis maneras: estiramiento simétrico, estiramiento asimétrico, tijeras, rotación, giro y wag. Con el fin de hacer medidas en una muestra, se transmite un rayo monocromo de luz infrarroja a través de la muestra, y se registra la cantidad de energía absorbida. Repitiendo esta operación en un rango de longitudes de onda de interés (por lo general, 4000-400 cm-1) se puede construir un gráfico. Al examinar el gráfico de una sustancia, un usuario experimentado puede obtener información sobre la misma. Esta técnica funciona casi exclusivamente en enlaces covalentes, y se usa mucho en química, en especial en química orgánica. Se pueden generar gráficos bien resueltos con muestras de una sola sustancia de gran pureza. Sin embargo, la técnica se utiliza habitualmente para la identificación de mezclas complejas.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Las muestras líquidas pueden ser prensadas entre dos planchas de una sal de alta pureza (como el cloruro de sodio). Estas placas deben ser transparentes a la luz infrarroja para no introducir ninguna línea en el espectro de la muestra. Las placas obviamente son solubles en agua, por lo que la muestra, los reactivos de lavado y el medio deben ser anhidros (es decir, sin agua). Las muestras sólidas se preparan mezclando una cierta cantidad de muestra con una sal altamente purificada (por lo general bromuro de potasio). Esta mezcla se tritura y se prensa con el fin de formar una pastilla por la que pueda pasar la luz. La pastilla necesita ser prensada a altas presiones para asegurar que sea translúcida, pero esto no puede lograrse sin un equipo adecuado (por ejemplo, una prensa hidráulica). Al igual que el cloruro de sodio, el bromuro de potasio no absorbe la radiación infrarroja, por lo que las únicas líneas espectrales provendrán del analito.

MÉTODO TÍPICO

Un haz de luz infrarroja es generado y dividido en dos rayos. Uno pasa por la muestra, y el otro por una referencia que suele ser la sustancia en la que está disuelta o mezclada la muestra. Ambos haces se reflejan de vuelta al detector, pero primero pasan a través del separador, que alterna rápidamente cuál de los dos rayos entra en el detector. Las dos señales se comparan y, a continuación, se registran los datos.Hay dos razones por las que se utiliza una referencia:* Evita que las fluctuaciones de energía eléctrica de la fuente afecten a los resultados finales, ya que tanto la muestra como la referencia se ven afectadas del mismo modo. Por esa misma razón, también impide la influencia de variaciones sobre el resultado final, debido al hecho de que la fuente no necesariamente emite la misma intensidad de luz para todas las longitudes de onda* Permite que los efectos del disolvente se anulen, porque la referencia es normalmente la forma pura del disolvente en el que se encuentra. USOS Y APLICACIONESLa espectrometría infrarroja se utiliza ampliamente tanto en la industria como en la investigación científica, porque es una técnica rápida y fiable para medidas, control de calidad y análisis dinámicos. Los instrumentos actuales son pequeños y pueden ser transportados, incluso para tomar medidas de campo. Con los avances en tecnología de filtrado computacional y la manipulación de los resultados, se pueden medir con precisión las muestras en una solución (el agua

produce una banda larga de absorbancia en el rango de interés, lo que daría un espectro ilegible sin dicho tratamiento computacional). Algunas máquinas incluso dicen automáticamente qué sustancia está siendo analizada a través de miles de espectros de referencia almacenados en la memoria.Haciendo medidas a una frecuencia específica a través del tiempo, se pueden seguir los cambios en la naturaleza o la cantidad de un enlace en particular, lo que es especialmente útil para medir el grado de polimerización en la fabricación de polímeros. Las máquinas modernas pueden medir en el rango de interés con gran frecuencia, como 32 veces por segundo. Esto se puede hacer mientras se toman medidas simultáneas con otras técnicas. Así las observaciones de reacciones químicas son procesadas con mayor rapidez, y de forma más precisa y exacta.

Tipos de vibraciónen compuestos orgánicos pueden vibrar de seis formas distintas, estiramientos simétricos y asimétricos, flexiones simétricas y asimétricas en el plano (scissoring o tijereteo y rocking o balanceo, respectivamente), y flexiones simétricas y asimétricas fuera del plano (wagging o aleteo y twisting o torsión, respectivamente)

Cromatografía de gases

La cromatografía de gases es una técnica cromatográfica en la que la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica. La elución se produce por el flujo de una fase móvil de gas inerte. A diferencia de los otros tipos de cromatografía, la fase móvil no interactúa con las moléculas del analito; su única función es la de transportar el analito a través de la columna.

Existen dos tipos de cromatografía de gases (GC): la cromatografía gas-sólido (GSC) y la cromatografía gas-líquido (GLC), siendo esta última la que se utiliza más ampliamente, y que se puede llamar simplemente cromatografía de gases (GC). En la GSC la fase estacionaria es sólida y la retención de los analitos en ella se produce mediante el proceso de adsorción. Precisamente este proceso de adsorción, que no es lineal, es el que ha provocado que este tipo de cromatografía tenga aplicación limitada, ya que la retención del analito sobre la superficie es semipermanente y se obtienen picos de elución con colas. Su única aplicación es la separación de especies gaseosas de bajo peso molecular. La GLC utiliza como fase estacionaria moléculas de líquido inmovilizadas sobre la superficie de un sólido inerte.

La GC se lleva a cabo en un cromatógrafo de liquidos. Éste consta de diversos componentes como el gas portador, el sistema de inyección de muestra, la columna (generalmente dentro de un horno), y el detector.

Gas portador[editar]

El gas portador cumple básicamente dos propósitos: Transportar los componentes de la muestra, y crear

una matriz adecuada para el detector. Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:

-Debe ser inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra como con la fase estacionaria)

-Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa

-Fácilmente disponible y puro

-Económico

-Adecuado al detector a utilizar...

El gas portador debe ser un gas inerte, para prevenir su reacción con el analito o la columna.

Generalmente se emplean gases como el helio, argón, nitrógeno,hidrógeno o dióxido de carbono, y la

elección de este gas en ocasiones depende del tipo de detector empleado. El almacenaje del gas puede

ser en balas normales o empleando un generador, especialmente en el caso del nitrógeno y del hidrógeno.

Luego tenemos un sistema de manómetros y reguladores de flujo para garantizar un flujo estable y un

sistema de deshidratación del gas, como puede ser un tamiz molecular.

Generalmente la regulación de la presión se hace a dos niveles: un primer manómetro se sitúa a la salida

de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatógrafo, donde se regula el flujo. Las

presiones de entrada varían entre 10 y 25 psi, lo que da lugar a caudales de 25 a 150 mL/min en columnas

de relleno y de 1 a 25 mL/min en columnas capilares. Para comprobar el caudal se puede utilizar un

rotámetro o un simple medidor de pompas de jabón, el cual da una medida muy exacta del caudal

volumétrico que entra a la columna.

La pureza de los gases es sumamente importante, se requieren niveles 4.5 o mayores es decir 99.995 %

de pureza. Sin embargo, debido al cuidado que se debe tener con la fase activa de la columna, se hace

completamente necesario la instalación de trampas a la entrada del Gas carrier, estas trampas

obviamente tienen una capacidad limitada, pero son importantísimas al momento de usar el

Cromatografo. Estas trampas evitan el ingreso de Hidrocarburos, agua, CO entre otro

Sistema de inyección de muestra[editar]

La inyección de muestra es un apartado crítico, ya que se debe inyectar una cantidad adecuada, y debe

introducirse de tal forma (como un "tapón de vapor") que sea rápida para evitar el ensanchamiento de las

bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas de analito. El método más utilizado emplea

una microjeringa (de capacidades de varios microlitros) para introducir el analito en una cámara de

vaporización instantánea. Esta cámara está a 50 °C por encima del punto de ebullición del componente

menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona septa o septum.

Inyector de muestra para un GC

Si es necesaria una reproducibilidad del tamaño de muestra inyectado se puede usar una válvula de seis

vías o válvula de inyección, donde la cantidad a inyectar es constante y determinada por el tamaño del

bucle de dicha válvula.

Si la columna empleada es rellena, el volumen a inyectar será de unos 20 μL, y en el caso de las columnas

capilares dicha cantidad es menor, de 1 μL, y dependiendo del tipo de columna capilar (ya que existen

columnas con distinto diámetro interno) es que si se utiliza todo el volumen de muestra inyectado. Para

obtener menor cantidad de volumen, se utiliza un divisor de flujo (la inyección se conoce como modo

"Split") a la entrada de la columna que desecha parte del analito introducido. Si se utiliza todo el volumen

de muestra la inyección es de tipo "Splitless". El modo Splitless, se empleó más para determinar pequeñas

cantidades o trazas (determinaciones ambientales).

Si se inyecta 1 microlitro de solvente, por ejemplo agua al pasar a la fase vapor su volumen se multiplicará

por mil. Es decir, un microlitro de agua pasaría a ser 1 mL de agua en gas, como el volumen del puerto de

inyección es limitado, se emplean split pulsado u otras configuraciones para garantizar el ingreso

adecuado de las muestras.

En caso de muestras sólidas, simplemente se introducen en forma de disolución, ya que en la cámara de

vaporización instantánea el disolvente se pierde en la corriente de purga y no interfiere en la elución.

Según las curvas de Van Demter (HEPT vs. Velocidad Lineal), el mejor gas a usar en la columna

cromatográfica como portador de los analitos es el hidrógeno, sin embargo dada su peligrosidad, es más

usado como gas de encendido en el detector FID, junto con el aire. Luego vienen,

respectivamente, helio y nitrógeno.

El gas hidrógeno es el mejor carrier y los flujos que manejan los cromatógrafos no son peligrosos, además

a la salida de estos generalmente existen restrictores de llama que evitan la propagación de un posible

incendio. Se puede recomendar el uso de hidrógeno debido a, primero por su bajo precio respecto a los

otros gases y por la resolución de los picos que se muestran en los cromatogramas. La relación para la

ignición entre hidrógeno y aire es de 4,1% para el límite inferior y del 74,8% para el superior a 101,3Kpa y

298K (Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems, NASA), y se tiene que estar en presencia de

una chispa o zona de calentamiento alta (desde 520°C).

Columnas y sistemas de control de temperatura

En GC se emplean dos tipos de columnas: las empaquetadas o de relleno y las tubulares

abiertas o capilares. Estas últimas son más comunes en la actualidad (2005) debido a su mayor rapidez y

eficiencia. La longitud de estas columnas es variable, de 2 a 60 metros, y están construidas en acero

inoxidable, vidrio, sílicefundida o teflón. Debido a su longitud y a la necesidad de ser introducidas en un

horno, las columnas suelen enrollarse en una forma helicolidal con longitudes de 10 a 30 cm, dependiendo

del tamaño del horno. La temperatura es una variable importante, ya que de ella va a depender el grado

de separación de los diferentes analitos. Para ello, debe ajustarse con una precisión de décimas de grado.

Dicha temperatura depende del punto de ebullición del analito o analitos, como también la máxima

temperatura de funcionamiento de la columna (fase estacionaria), y por lo general se ajusta a un valor

igual o ligeramente superior a él. Para estos valores, el tiempo de elución va a oscilar entre 2 y 30-40

minutos. Si tenemos varios componentes con diferentes puntos de ebullición, se ajusta la llamada rampa

de temperatura con lo cual ésta va aumentando ya sea de forma continua o por etapas. En muchas

ocasiones, el ajustar correctamente la rampa puede significar separar bien o no los diferentes analitos. Es

recomendable utilizar temperaturas bajas para la elución ya que aunque a mayor temperatura la elución

es más rápida, se corre el riesgo de descomponer el analito. Se puede progamar la rampa tanto para

aumentar como para disminuir la temperatura del horno para que no haya solapamiento de los picos.

Columnas y tipos de fases estacionarias

Columnas de relleno

Las columnas de relleno o empacadas consisten en unos tubos de vidrio, metal (inerte a ser posible como

el acero inoxidable, níquel, cobre o aluminio) o teflón, de longitud de 2 a 3 metros y un diámetro interno

de unos pocos milímetros, típicamente de 2 a 4. El interior se rellena con un material sólido, finamente

dividido para tener una máxima superficie de interacción y recubierto con una capa de espesores entre 50

nm y 1 μm. Para que puedan introducirse en el horno, se enrollan convenientemente.

El material de relleno ideal consiste en pequeñas partículas, esféricas y uniformes, con una buena

resistencia mecánica, para tener una máxima superficie donde interaccionar la fase estacionaria y el

analito. La superficie específica mínima ha de ser de 1 m²/g. Como todos los componentes de columnas

para GC, debe ser inerte a altas temperaturas (~400 °C) y humectarse uniformemente con la fase líquida

estacionaria durante el proceso de fabricación. El material preferido actualmente (2005) es la tierra

de diatomeas natural, debido a su tamaño de poro natural. Estas especies, ya extinguidas, utilizaban un

sistema de difusiónmolecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus residuos. Por tanto, debido a

que el sistema de absorción superficial del analito y la fase estacionaria es parecido, son materiales

especialmente útiles. El tamaño es crítico a la hora de darse el proceso de interacción del analito, y a

menores tamaños la eficacia de la columna es mejor. Pero existe el problema de la presión necesaria para

hacer circular un caudal estable de gas portador por la columna, ya que dicha presión es inversamente

proporcional al cuadrado del diámetro de dichas partículas. Así, el tamaño mínimo para usar presiones

máximas de 50 psi es de 250 a 149 μm.

Columnas capilares

Las columnas capilares son de dos tipos básicos: las de pared recubierta (WCOT) y las de soporte

recubierto (SCOT). Las WCOT son simplemente tubos capilares donde la pared interna se ha recubierto con

una finísima capa de fase estacionaria. Las columnas SCOT tienen en su parte interna una fina capa de

material absorbente como el empleado en las columnas de relleno (tierra de diatomeas) donde se ha

adherido la fase estacionaria. Las ventajas de las WCOT frente a las SCOT es la mayor capacidad de carga,

ya que en su fabricación se emplean mayores cantidades de fase estacionaria, al ser la superficie de

intercambio mayor. Por orden de eficacia, en primer lugar están las WCOT, luego las SCOT y por último las

columnas de relleno. Las columnas WCOT se fabrican a partir de sílice fundida, conocidas como columnas

tubulares abiertas de sílice fundida o FSOT. Estas columnas se fabrican a partir de sílice especialmente

pura, sin apenas contenido de óxidos metálicos. Debido a la fragilidad inherente a este material, en el

mismo proceso de obtención del tubo se recubre con una capa de poliimida, de esta forma la columna

puede enrollarse con un diámetro de unos pocos centímetros. Estas columnas, con propiedades como baja

reactividad, resistencia física y flexibilidad, han sustituido a las WCOT clásicas. Las columnas FSOT tienen

diámetros internos variables, entre 250 y 320 μm (para columnas normales) y 150-200 μm para columnas

de alta resolución. Estas últimas requieren menor cantidad de analito y un detector más sensible, al eluir

menor cantidad de gas. Existen asimismo columnas macrocapilares con diámetros de hasta 530 μm, que

admiten cantidades de analito comparables a las de relleno pero con mejores prestaciones. En estas

columnas existe un problema debido a la absorción del analito sobre la superficie de la sílice fundida,

adsorción debida a la presencia de grupos silanol (Si-OH), los cuales interaccionan fuertemente

con moléculas polares orgánicas. Este inconveniente se suele solventar inactivando la superficie por

sililación con dimetilclorosilano (DMCS). La absorción debida a los óxidos metálicos se ve paliada en gran

parte por la elevada pureza de la sílice empleada.

La fase estacionaria

Las propiedades necesarias para una fase estacionaria líquida inmovilizada son:

1. Características de reparto (factor de capacidad κ' y factor de selectividad α) adecuados al analito.

2. Baja volatilidad, el punto de ebullición de la fase estacionaria debe ser al menos 100 °C mayor que

la máxima temperatura alcanzada en el horno.

3. Baja reactividad.

4. Estabilidad térmica, para evitar su descomposición durante la elución.

Aplicaciones

La GC tiene dos importantes campos de aplicación. Por una parte su capacidad para separar mezclas

orgánicas complejas, compuestos organometálicos y sistemas bioquímicos. Su otra aplicación es como

método para determinar cuantitativa y cualitativamente los componentes de la muestra. Para el análisis

cualitativo se suele emplear el tiempo de retención, que es único para cada compuesto dadas unas

determinadas condiciones (mismo gas portador, rampa de temperatura y flujo), o el volumen de retención.

En aplicaciones cuantitativas, integrando las áreas de cada compuesto o midiendo su altura, con los

calibrados adecuados, se obtiene la concentración o cantidad presente de cada analito.