UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA FACULTAD DE CIENCIAN NATURALES, MATEMATICAS Y MEDIO

AMBIENTE DEPARTAMENTO DE QUIMICA

ANLISIS CROMATOGRFICOS CROMATOGRAFIA GASEOSA (CG)

CARRERA: QUIMICOS LABORATORISTAS

PROFESORES: GUADALUPE PIZARRO

OSCAR MARAMBIO P.

2011

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Cromatografa de gases (CG)

La cromatografa de gases es una tcnica cromatogrfica en la que la muestra se volatiliza

y se inyecta en la cabeza de una columna cromatogrfica. La elusin se produce por el flujo

de una fase mvil de gas inerte. A diferencia de los otros tipos de cromatografa, la fase

mvil no interacciona con las molculas del analito; su nica funcin es la de transportar el

analito a travs de la columna.

Existen dos tipos de cromatografa de gases (GC): la cromatografa gas-slido (GSC) y la

cromatografa gas-lquido (GLC), siendo esta ltima la que se utiliza ms ampliamente, y

que se puede llamar simplemente cromatografa de gases (GC). En la GSC la fase

estacionaria es slida y la retencin de los analitos en ella se produce mediante el proceso

de adsorcin. Precisamente este proceso de adsorcin, que no es lineal, es el que ha

provocado que este tipo de cromatografa tenga aplicacin limitada, ya que la retencin del

analito sobre la superficie es semipermanente y se obtienen picos de elusin con colas. Su

nica aplicacin es la separacin de especies gaseosas de bajo peso molecular. La GLC

utiliza como fase estacionaria molculas de lquido inmovilizadas sobre la superficie de un

slido inerte.

Instrumentacin Gas Portador Sistema de Inyeccin de muestras Columnas y sistemas de control de temperaturas Detectores Columnas y Tipos de Fases estacionarias Aplicaciones Referencias

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Gas aportador

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

columna. Generalmente se emplean gases como el helio, argn, nitrgeno, hidrgeno o

dixido de carbono, y la eleccin 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 nitrgeno y del hidrgeno. Luego tenemos un sistema de

manmetros y reguladores de flujo para garantizar un flujo estable y un sistema de

deshidratacin del gas, como puede ser un tamiz molecular.

Generalmente la regulacin de la presin se hace a dos niveles: un primer manmetro se

sita a la salida de la bala o generador del gas y el otro a la entrada del cromatgrafo, donde

se regula el flujo. Las presiones de entrada varan 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 rotmetro o un simple medidor de

pompas de jabn, el cual da una medida muy exacta del caudal volumtrico que entra a la

columna.

Sistema de Inyeccin de muestras

La inyeccin de muestra es un apartado crtico, ya que se debe inyectar una cantidad

adecuada, y debe introducirse de tal forma (como un "tapn de vapor") que sea rpida para

evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas

de analito.

El mtodo ms utilizado emplea una microjeringa (de capacidades de varios microlitros)

para introducir el analito en una cmara de vaporizacin instantnea. Esta cmara est a

50C por encima del punto de ebullicin del componente menos voltil, y est sellada por

una junta de goma de silicona septa o septum.

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Si es necesaria una reproducibilidad del tamao de muestra inyectado se puede usar una

vlvula de seis vas o vlvula de inyeccin, donde la cantidad a inyectar es constante y

determinada por el tamao del bucle de dicha vlvula.

Si la columna empleada es ordinaria, el volumen a inyectar ser de unos 20 L, y en el caso

de las columnas capilares dicha cantidad es menor, de 10-3 L. Para obtener estas

cantidades, se utiliza un divisor de flujo a la entrada de la columna que desecha parte del

analito introducido.

En caso de muestras slidas, simplemente se introducen en forma de disolucin, ya que en

la cmara de vaporizacin instantnea el disolvente se pierde en la corriente de purga y no

interfiere en la elucin.

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

columna cromatogrfica como portador de los analitos es el hidrgeno, sin embargo dada

su peligrosidad, es ms usado como gas de encendido en el detector FID, junto con el aire.

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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 ltimas son ms comunes en la actualidad (2005) debido a su

mayor rapidez y eficiencia. La longitud de estas columnas es variable, de 2 a 50 metros, y

estn construidas en acero inoxidable, vidrio, slice fundida o tefln. Debido a su longitud y

a la necesidad de ser introducidas en un horno, las columnas suelen enrollarse en una forma

helicolidal con dimetros de 10 a 30 cm, dependiendo del tamao del horno.

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

separacin de los diferentes analitos. Para ello, debe ajustarse con una precisin de dcimas

de grado. Dicha temperatura depende del punto de ebullicin del analito o analitos, y por lo

general se ajusta a un valor igual o ligeramente superior a l. Para estos valores, el tiempo

de elusin va a oscilar entre 2 y 30-40 minutos. Si tenemos varios componentes con

diferentes puntos de ebullicin, se ajusta la llamada rampa de temperatura con lo cual

sta 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 elusin, pero conforme la temperatura es

mayor la elusin es ms rpida, pero corriendo el riesgo de descomponer el analito.

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Detectores

El detector es la parte del cromatgrafo que se encarga de determinar cundo ha salido el

analito por el final de la columna. Las caractersticas de un detector ideal son:

Sensibilidad: Es necesario que pueda determinar con precisin cundo sale analito y cuando sale slo el gas portador. Tienen sensibilidades entre 10-8 y 10-15 g/s de

analito.

Respuesta lineal al analito con un rango de varios rdenes de magnitud.

Tiempo de respuesta corto, independiente del caudal de salida.

Intervalo de temperatura de trabajo amplio, por ejemplo desde temperatura ambiente hasta unos 350-400C, temperaturas tpicas trabajo.

No debe destruir la muestra.

Estabilidad y reproducibilidad, es decir, a cantidades iguales de analito debe dar salidas de seal iguales.

Alta fiabilidad y manejo sencillo, o a prueba de operadores inexpertos.

Respuesta semejante para todos los analitos, o

Respuesta selectiva y altamente predecible para un reducido nmero de analitos.

Algunos tipos de detectores:

Detector de ionizacin de llama (FID, Flame Ionization Detector).

Detector de conductividad trmica (TCD, Thermical Conductivity Detector).

Detector termoinico (TID, ThermoIonic Detector).

Detector de captura de electrones (ECD, Electron-Capture Detector).

Detector de emisin atmica (AED, Atomic Emission Detector).

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Otros detectores minoritarios son el detector fotomtrico de llama (PFD), empleado en

compuestos como pesticidas e hidrocarburos que contengan fsforo o azufre. En este

detector se hace pasar el gas eluido por una llama hidrgeno/oxgeno donde parte del

fsforo se convierte en una especie HPO, la cual emite a = 510 y 526 nm, y

simultneamente el azufre se convierte en S2, con emisin a = 394 nm. Dicha radiacin

emitida se detecta con un fotmetro adecuado. Se han podido detectar otros elementos,

como algunos halgenos, nitrgeno, estao, germanio y otros.

En el detector de fotoionizacin (PID), el gas eluido al final de la columna se somete a una

radiacin ultravioleta con energas entre 8,3 y 11,7 eV, correspondiente a una = 106-149

nm. Mediante la aplicacin de un potencial a la celda de ionizacin se genera una corriente

de iones, la cual es amplificada y registrada.

Detector de ionizacin de llama

El detector de ionizacin de llama es un detector utilizado en cromatografa de gases. Es

uno de los detectores ms usados y verstiles. Bsicamente es un quemador de

hidrgeno/oxgeno, donde se mezcla el efluente de la columna (gas portador y analito) con

hidrgeno. Inmediatamente, este gas mezclado se enciende mediante una chispa elctrica,

producindose una llama de alta temperatura. La mayora de compuestos orgnicos al

someterse a altas temperaturas pirolizan y se producen iones y electrones, que son

conductores elctricos. Este hecho se aprovecha estableciendo una diferencia de potencial

de unos centenares de voltios entre la parte inferior del quemador y un electrodo colector

situado por encima de la llama. La corriente generada es baja (del orden de los 10-12 A), por

lo tanto debe ser amplificada mediante un amplificador de alta impedancia.

El proceso de ionizacin que se da en la llama es complejo, pero se puede aproximar el

nmero de iones producidos al nmero de tomos de carbono transformados en la llama.

Esto produce que sea un detector sensible a la masa (al nmero de tomos de carbono que

salen de la columna) ms que a la concentracin, por lo tanto no le afectan demasiado los

cambios en el flujo de salida.

Existen algunos grupos funcionales que no dan respuesta en este detector, como el

carbonilo, alcohol, halgeno o amina, y tampoco responden gases no inflamables como el

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CO2, SO2, agua y xidos de nitrgeno. Este hecho, ms que limitar el mbito de aplicacin

de este detector, permite el anlisis de muestras contaminadas con alguno de los

compuestos mencionados.

Ventajas:

Alta sensibilidad, del orden de 10-13 g/s. Amplio intervalo lineal de respuesta, 107 unidades. Bajo ruido de fondo (elevada relacin seal/ruido). Bajo mantenimiento, fcil de fabricar. Desventajas:

Destruye la muestra (la piroliza).

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Detector de Conductividad Trmica (TCD)

El detector de conductividad trmica se utiliza en cromatografa de gases y es uno de los

primeros utilizados. Tiene una amplia aplicacin y su uso se basa en la diferencia de

conductividad trmica del gas portador cuando circula tambin analito. Este tipo de

detector se denomina tambin catarmetro. El sensor de un catarmetro consiste en un

elemento calentado elctricamente (resistencia), Figura a). Esta resistencia, para una

potencia elctrica constante, tiene una temperatura que depende del gas circundante. La

resistencia puede ser un hilo fino de platino, oro o tungsteno, o un termistor semiconductor.

La diferencia bsica entre los detectores de metal y el termistor semiconductor es que el

segundo tiene un coeficiente de temperatura negativo, en otras palabras, que su resistencia

disminuye conforme la temperatura aumenta.

Funcionamiento

Se emplean dos pares de elementos o sensores, uno de ellos en el flujo de efluente de la

columna y el otro en la corriente de gas previa a la cmara de inyeccin de la muestra (gas

limpio). En el esquema elctrico Figura b) se muestran como muestra y referencia,

respectivamente. Mediante este montaje elctrico, se consigue compensar el efecto de los

cambios de presin, caudal y potencia elctrica, midindose nicamente los cambios en la

conductividad del gas.

En la actualidad se utilizan tambin los sensores de filamento nico, los cuales carecen de

deriva en la lnea base, se equilibran rpidamente y son muy sensibles. El funcionamiento

de este sensor consiste en una cmara de 5 l que contiene un pequeo filamento. Sobre l

se hacen pasar alternativamente el gas de referencia y el de salida de la columna, con una

frecuencia de 10 Hz, obtenindose una seal elctrica de 10 Hz cuya amplitud depende de

la diferencia entre la conductividad trmica del gas de referencia y del gas de salida. Otra

ventaja de usar una seal de 10 Hz es que de esta forma se elimina el ruido trmico del

sistema.

Los gases empleados como portadores permiten distinguir con facilidad cundo el gas lleva

analito, debido a que las conductividades del hidrgeno y helio son de 6 a 10 veces

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mayores que la mayora de compuestos orgnicos. Este efecto no se da en otros gases

portadores como el nitrgeno, por lo cual el uso de este detector est limitado a la

utilizacin de hidrgeno o helio como gas portador.

Ventajas de este detector:

Simplicidad. Amplio rango dinmico lineal, 105 unidades. Respuesta universal a compuestos orgnicos e inorgnicos. Detector no destructivo.

Desventajas:

Sensibilidad relativamente baja, 10-8 g de soluto/ml de gas portador. Imposibilidad de utilizarlo en columnas capilares (caudal de salida pequeo).

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Figura: Esquema de a) celda de un detector de conductividad trmica y b) configuracin de

las dos celdas de muestra y referencia de un detector (Ref. Skoog )

Detector de captura de electrones

El detector de captura de electrones es un tipo de detector utilizado en cromatografa de

gases. Fue inventado por James Lovelock. Su funcionamiento bsico se basa en la emisin

de una partcula (electrn) por parte de tomos como el 63Ni o tritio adsorbido sobre una

placa de platino o titanio.

Tpicamente, un ECD (electron capture detector) contiene unos 5 milicurios de emisor .

Dicho electrn ioniza el gas portador y se produce una rfaga de electrones. Si se aplica un

campo elctrico constante, mediante un par de electrodos, por ejemplo, se tendr una

corriente constante entre ambos, del orden de un nanoamperio. Sin embargo, si se tienen

especies orgnicas en el gas, stas capturarn parte de los electrones, disminuyendo por

tanto la intensidad de la corriente. Normalmente es necesario aplicar el potencial en forma

de impulsos para lograr una respuesta lineal del detector.

Este detector es muy selectivo, y es sensible a la presencia de molculas con grupos

electronegativos como halgenos, perxidos, quinonas y grupos nitro, grupos que contienen

tomos de halgeno (cloro, bromo, yodo), oxgeno y nitrgeno. Otros grupos como el

alcohol, amina e hidrocarburos no dan seal.

Se aplica en la deteccin de molculas que contienen halgenos, principalmente cloro,

como algunos insecticidas o bifenilos policlorados.

Ventajas:

Simple y robusto.

Bajo mantenimiento.

No destructivo.

Muy sensible, del orden de 10-12g/ml de gas portador.

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Desventajas:

Bajo rango dinmico lineal, 10 unidades.

Precauciones de uso debido a la presencia de material radiactivo (63Ni o tritio). Dicho material se encuentra

en un cilindro sellado de acero y debe ser revisado

peridicamente.

El curio (Unidad)

El curio (abreviacin Ci) es una antigua unidad de radiactividad, igual a 3,71010

becquereles (desintegraciones nucleares por segundo), que es ms o menos la actividad de

1g de 226Ra.

Fue nombrado en honor de Pierre y Marie Curie.

Ha sido reemplazado por una unidad derivada del SI, el becquerel (Bq): 1 Bq = 2,710-11

Ci)(Aunque el curio sigue emplendose, especialmente en EEUU)

Figura: Diagrama esquemtico de un detector de captura electrnica (ref. Skoog)

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Detector de emisin atmica

Un detector de emisin atmica (AED) se utiliza en cromatografa de gases. Es uno de los

tipos de detectores ms recientes, y como su nombre indica se basa en la emisin atmica.

El primer AED para la cromatografa de gases fue introducido en 1989 por Hewlett-

Packard (luego Agilent Technologies) y en 2002 Agilent Technologies a travs de una

licencia exclusiva traspas esta tecnologa a la empresa Joint Analytical Systems GmbH en

Moers (Alemania) que de all en adelante produce y desarrolla el AED en Alemania.

En este dispositivo el gas de salida de la columna se introduce en un plasma de He

mantenido por induccin de microondas, el cual se acopla a un espectrmetro de emisin

de series de diodos. La alta temperatura alcanzada en el interior del plasma (varios miles de

grados) es suficiente para ionizar totalmente todos los tomos de la muestra, y obtener de

esta forma sus espectros de emisin. La radiacin emitida se colima y se refleja en una red

de difraccin, descomponindose en sus longitudes de onda individuales, y se recoge en

una fila de diodos, capaz de detectar en el rango de 170 a 837 nm. En los equipos actuales

(2005), dicho espectrofotmetro permite detectar ms que 26 elementos, indicados en el

diagrama.

Definiciones:

Plasma (estado de la materia)

En fsica y qumica, un plasma es un sistema que contiene un nmero significativo de

partculas cargadas (iones) libres y cuya dinmica presenta efectos colectivos dominados

por las interacciones electromagnticas de largo alcance entre las mismas. Con frecuencia

se habla del plasma como un estado de agregacin de la materia con caractersticas propias,

diferencindolo de este modo del estado gaseoso, en el que no existen efectos colectivos

importantes.

Microondas:

Con el trmino microondas se identifica a las ondas electromagnticas en el espectro de

frecuencias comprendido entre 300 MHz y 300 GHz.

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Colimador:

Un colimador es un sistema que a partir de un haz (de luz, de electrones,...) divergente

obtiene un "haz" paralelo. Sirve para homogeneizar las trayectorias o rayos que emitidos

por una fuente salen en todas direcciones y obtiene un chorro de partculas o conjunto de

rayos con las mismas propiedades. Los colimadores pticos suelen estar formados

fundamentalmente por un espejo parablico, unas lentes y algunos diafragmas. En el caso

de los colimadores para chorros de partculas elementales cargadas se emplean campos

elctricos y magnticos y diafragmas. Para el caso de partculas neutras se emplean

diafragmas para impedir el paso de partculas que se separan de la direccin elegida y

algunos filtros absorbentes para eliminar ciertos rangos de energa.

Figura : Detector de emisin atmica (ref. Skoog)

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Detector termoinico

El detector termoinico (TID, de thermoionic detector) es un detector usado en

cromatografa de gases. Es selectivo para compuestos orgnicos fosforados y nitrogenados,

aunque su respuesta no es igual para ambos elementos, siendo para el fsforo 10 veces

mayor que para el nitrgeno. Es unas 500 veces ms sensible que el detector de ionizacin

de llama para compuestos fosforados y unas 50 veces ms sensible para compuestos

nitrogenados (tpicamente aminas, nitratos y otras especies). Debido a esta sensibilidad

obtenida con compuestos fosforados, su uso es amplio en la determinacin de pesticidas

fosforados.

Este detector tiene un principio de funcionamiento parecido al detector de ionizacin de

llama: el gas de salida de la columna se mezcla con hidrgeno y se quema. Este gas pasa

alrededor de una esfera de rubidio calentada elctricamente hasta unos 600-800C, y

mantenida a un potencial de 180 V respecto al colector, alrededor de la cual se forma un

plasma. Mediante un mecanismo no muy bien establecido, se forma una gran cantidad de

iones a partir de las molculas fosforadas y nitrogenadas, y al tener un medio conductor

dicha diferencia de potencial permite la aparicin de una pequea corriente elctrica

amplificable y medible. Por lo general, la intensidad de la corriente ser proporcional al

nmero de iones formados, y por tanto a la cantidad de analito.

Columnas y tipos de fases estacionarias

Columnas de relleno

Las columnas de relleno o empacadas consisten en unos tubos de vidrio, metal (inerte de

ser posible como el acero inoxidable, Niquel, Cobre o Aluminio) o tefln, de longitud de 2

a 3 metros y un dimetro interno de unos pocos milmetros, tpicamente de 2 a 4. El interior

se rellena con un material slido, finamente dividido para tener una mxima superficie de

interaccin y recubierto con una capa de espesores entre 50 nm y 1 m. Para que puedan

introducirse en el horno, se enrollan convenientemente.

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El material de relleno ideal consiste en pequeas partculas, esfricas y uniformes, con una

buena resistencia mecnica, para tener una mxima superficie donde interaccionar la fase

estacionaria y el analito. La superficie especfica mnima ha de ser de 1 m/g. Como todos

los componentes de columnas para GC, debe ser inerte a altas temperaturas (~400C) y

humectarse uniformemente con la fase lquida estacionaria durante el proceso de

fabricacin. El material preferido actualmente (2005) es la tierra de diatomeas natural,

debido a su tamao de poro natural. Estas especies, ya extinguidas, utilizaban un sistema de

difusin molecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus residuos. Por tanto,

debido a que el sistema de adsorcin superficial del analito y la fase estacionaria es

parecido, son materiales especialmente tiles.

El tamao es crtico a la hora de darse el proceso de interaccin del analito, y a menores

tamaos la eficacia de la columna es mejor. Pero existe el problema de la presin necesaria

para hacer circular un caudal estable de gas portador por la columna, ya que dicha presin

es inversamente proporcional al cuadrado del dimetro de dichas partculas. As, el tamao

mnimo para usar presiones mximas de 50 psi es de 250 a 149 m.

Columnas capilares

Las columnas capilares son de dos tipos bsicos: 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 finsima capa de fase estacionaria. Las columnas SCOT

tienen en su parte interna una fina capa de material adsorbente como el empleado en las

columnas de relleno (tierra de diatomeas) donde se ha adherido la fase estacionaria. Las

ventajas de las SCOT frente a las WCOT es la mayor capacidad de carga de esta ltima, ya

que en su fabricacin se emplean mayores cantidades de fase estacionaria, al ser la

superficie de intercambio mayor. Por orden de eficacia, en primer lugar estn las WCOT,

luego las SCOT y por ltimo las columnas de relleno.

Las columnas WCOT se fabrican a partir de slice fundida, conocidas como columnas

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

especialmente pura, sin apenas contenido de xidos metlicos. Debido a la fragilidad

inherente a este material, en el mismo proceso de obtencin del tubo se recubre con una

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capa de poliimida, de esta forma la columna puede enrollarse con un dimetro de unos

pocos centmetros. Estas columnas, con propiedades como baja reactividad, resistencia

fsica y flexibilidad, han sustituido a las WCOT clsicas.

Las columnas FSOT tienen dimetros internos variables, entre 250 y 320 m (para

columnas normales) y 150-200 m para columnas de alta resolucin. Estas ltimas

requieren menor cantidad de analito y un detector ms sensible, al eluir menor cantidad de

gas. Existen asimismo columnas macrocapilares con dimetros de hasta 530 m, que

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

En estas columnas existe un problema debido a la adsorcin del analito sobre la superficie

de la slice fundida, adsorcin debida a la presencia de grupos silanol (Si-OH), los cuales

interaccionan fuertemente con molculas polares orgnicas. Este inconveniente se suele

solventar inactivando la superficie por sililacin con dimetilclorosilano (DMCS). La

adsorcin debida a los xidos metlicos se ve paliada en gran parte por la elevada pureza de

la slice empleada.

La fase estacionaria

Las propiedades necesarias para una fase estacionaria lquida inmovilizada son:

1. Caractersticas de reparto (factor de capacidad ' y factor de selectividad )

adecuados al analito.

2. Baja volatilidad, el punto de ebullicin de la fase estacionaria debe ser al menos

100C mayor que la mxima temperatura alcanzada en el horno.

3. Baja reactividad.

4. Estabilidad trmica, para evitar su descomposicin durante la elucin.

Existen como mucho una docena de disolventes con estas caractersticas. Para elegir uno,

debe tenerse en cuenta la polaridad del analito, ya que a mayor polaridad del analito, mayor

polaridad deber tener la fase estacionaria. Algunas fases estacionarias utilizadas

actualmente (2005) son:

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Polidimetilsiloxano, fase no polar de uso general para hidrocarburos, aromticos, polinucleares, drogas, esteroides y PCBs.

Poli(fenilmetildifenil)siloxano (10% fenilo), para steres metlicos de cidos grasos, alcaloides, drogas y compuestos halogenados.

Poli(fenilmetil)siloxano (50% fenilo), para drogas, esteroides, pesticidas y glicoles.

Poli(trifluoropropildimetil)siloxano, para aromticos clorados, nitroaromticos, bencenos alquilsustituidos.

Polietilenglicol,sirve para compuestos polares, tambin para compuestos como glicoles, alcoholes, teres, aceites esenciales.

Poli(dicianoalildimetil)siloxano, para cidos grasos poliinsaturados, cidos libres y alcoholes.

Generalmente, en columnas comerciales, la fase estacionaria se presenta enlazada y

entrecruzada para impedir su prdida durante las operaciones de elucin o lavado. De esta

forma se obtiene una monocapa adherida qumicamente a la superficie de la columna. La

reaccin implicada suele ser la adicin de un perxido al lquido a fijar, inicindose una

reaccin por radicales libres que tiene como resultado la formacin de un enlace carbono-

carbono que adems incrementa su estabilidad trmica. Otra forma es la irradiacin con

rayos gamma.

Otro tipo de fase estacionaria son las quirales, lo cual permite resolver mezclas

enantiomricas. Este tipo de fases suelen ser aminocidos quirales o algn derivado

adaptado al trabajo en columna.

El grosor de la pelcula vara entre 0,1 y 5 m; el grosor depende de la volatilidad del

analito. As, un analito muy voltil requerir una capa gruesa para aumentar el tiempo de

interaccin y separar ms efectivamente los diferentes componentes de la mezcla. Para

columnas tpicas (dimetros internos de 0,25 o 0,32 mm) se emplean grosores de 0,25 m,

y en las columnas macrocapilares el grosor sube hasta 1 m. El grosor mximo suele ser de

8 m

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Aplicaciones

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

mezclas orgnicas complejas, compuestos organometlicos y sistemas bioqumicos. Su otra

aplicacin es como mtodo para determinar cuantitativa y cualitativamente los

componentes de la muestra. Para el anlisis cualitativo se suele emplear el tiempo de

retencin, que es nico para cada compuesto dadas unas determinadas condiciones (mismo

gas portador, rampa de temperatura y flujo), o el volumen de retencin. En aplicaciones

cuantitativas, integrando las reas de cada compuesto o midiendo su altura, con los

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

Cromatografa de fluidos supercrticos

La cromatografa de fluidos supercrticos (SFC) es una tcnica hbrida entre la

cromatografa de gases (GC) y la HPLC, que combina lo mejor de ambas tcnicas. Esta

tcnica es importante porque permite la separacin de mezclas en las que no es adecuada la

aplicacin de la GC ni de la HPLC. En concreto, se aplica a compuestos no voltiles o

trmicamente inestables que no pueden ser separados mediante GC, o aquellos que

contienen grupos funcionales que imposibilitan su deteccin en HPLC.

Instrumentacin

Debido a las caractersticas de la fase mvil (alta presin y temperatura) se emplean

equipos parecidos a los de HPLC, con varias diferencias:

El empleo de un horno termosttico para poder controlar con precisin la temperatura de la fase mvil.

El uso de un restrictor, empleado para poder mantener por una parte la presin en el interior de la columna y por otra parte permitir la bajada de la presin a la salida

para que el fluido supercrtico (SF en adelante) pase al estado gaseoso y pueda ser

detectado adecuadamente el analito disuelto.

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Bsicamente, un restrictor es un tubo capilar de unos 2 a 10 cm de longitud y un dimetro

interno menor al de la columna (tpicamente 1/10 del dimetro), donde a la salida el SF

expande y pasa al estado gaseoso y se puede mantener simultneamente la presin en el

interior de la columna.

A diferencia de la cromatografa de gases, en la SFC no se aumenta la velocidad de elusin

modificando la temperatura, sino la presin del SF. El aumento de presin, al aumentar la

densidad, permite una mayor interaccin analito-fase mvil y disminuye los tiempos de

elusin. Se suele emplear en las elusiones una primera etapa isobrica para luego aumentar

la presin lineal o asintticamente hasta el final de la elusin.

Fases estacionarias

Se pueden emplear, al igual que en la GC, las columnas capilares o de relleno, prefirindose

las primeras. Las dimensiones son parecidas en longitud, de 10 a 20 m, y el dimetro

interno es bastante menor, de 0,05 a 0,10 mm. La pelcula interna es de siloxano

entrelazado y polimerizado. Si se emplean columnas de relleno, su dimetro interno vara

entre 0,5 y 4,6 mm, y el grosor de la partcula de relleno es de 3 a 10 m. En este caso, el

recubrimiento es parecido al empleando en HPLC de reparto.

Fases mviles

La fase mvil estrella en la SFC es el dixido de carbono, por sus excelentes propiedades:

Apolar, disuelve una gran variedad de molculas orgnicas.

Transparente a la radiacin ultravioleta

Inodoro

No txico

Fcil de obtener

Barato

No inflamable

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El CO2 tiene la ventaja de que se puede obtener fcilmente como fluido supercrtico. Su

temperatura crtica es de 31C y la presin crtica de 72,9 atm, condiciones realmente

asequibles y por debajo del rango de condiciones usuales en la HPLC.Otras fases mviles

tambin probadas y empleadas son el etano, pentano, dietilter, amonaco, tetrahidrofurano,

diclorofluorometano y xido nitroso.

Detectores

Se puede emplear el detector de ionizacin de llama (tambin usado en GC), por sus

caractersticas de universalidad (permite detectar casi cualquier compuesto orgnico), alta

sensibilidad y bajo mantenimiento. El espectrmetro de masas tambin tiene utilidad, al

tener una salida en fase gas, y detectores espectrofotomtricos como el de infrarrojos,

ultravioleta, el de emisin por fluorescencia, el termoinico y el fotomtrico de llama.

Aplicaciones

La SFC se aplica a una gran variedad de compuestos, entre los que podemos citar drogas,

alimentos, herbicidas, tensioactivos, polmeros y aditivos, explosivos o combustibles

fsiles.

Acoplamiento de la cromatografa de gases con mtodos espectroscpicos

La cromatografa de gases a menudo se combina con otras tcnicas selectivas como la

espectroscopia y la electroqumica. Los mtodos que resultan se llaman mtodos acoplados,

y proporcionan al qumico una potente herramienta para la identificacin de componentes

de una mezcla compleja.

En los primeros mtodos acoplados, los gases efluentes de una columna cromatogrfica,

despus de ser detectados por un detector no destructivo y no selectivo, se recogan como

fracciones separadas en una trampa fra. La composicin de cada una de las fracciones se

investigaba por resonancia magntica nuclear, infrarrojo, o espectroscopia de masas, o por

medidas electroanalticas. Una importante limitacin en esta metodologa era que las

cantidades de soluto que contenan las fracciones eran muy pequeas (normalmente

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micromoles); a pesar de ello, el procedimiento general resultaba til para el anlisis

cualitativo de muchas mezclas multicomponentes.

Un segundo mtodo general, que tiene actualmente un uso muy extendido, consiste en la

aplicacin de un detector selectivo para controlar continuamente el efluente de la columna.

Por lo general, estos procedimientos requieren un control de los instrumentos mediante u

ordenador, y el uso de la memoria de un ordenador para almacenar los datos espectrales y

su posterior presentacin como espectros y cromatogramas.

Cromatografa de Gases/espectrometra de masas (GC/MS)

Algunos frabicantes de instrumentos ofrecen equipos de cromatografa de gases que pueden

acoplarse directamente con distintos tipos de espectrmetros de masas de barrido rpido. El

caudal de las columnas capilares en general es suficientemente bajo como para que la salida

de la columna pueda introducirse directamente en la cmara de ionizacin de un

espectrmetro de masas. Sin embargo, en el caso de las columnas rellenas as como en las

columnas megacapilares ha de emplearse un separador de chorro, como el que se muestra

en la figura, para eliminar la mayor parte del gas portador que acompaa al analito. En este

dispositivo, la salida de gases fluye a travs de la boquilla de un separador de chorro (de

vidrio), el cual aumenta el momento lineal de las molculas ms pesadas del analito, de tal

forma que el 50 por 100 o ms de stas se desplazan aproximadamente en lnea recta hacia

el conducto colector de salida. Por el contrario los tomos del gas (helio) ligeros se desvan

por el vaco y son succionados hacia el exterior.

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Referencias

Skoog D.A, Holler F.J, Nieman TA. Principios de Anlisis Instrumental.5ta Edicin, Editorial McGRAW-HILL interamericana de Espaa, 1992

Robinson Kenneth, Robinson Judith, Anlisis Instrumental, 1era Edicin, Editorial Prentice Hall, 2001.

Guadalupe Pizarro, Apuntes sobre Mtodos Cromatogrficos de Anlisis, 2007.

Yost R.W, Ettre L.S, Conlon, R.D. Introduccin a la Cromatografa Lquida Prctica, Perkin Elmer 1980, ubicacin LECTUQUIM

Quattrocchi OA, Abelaira de Andrizzi S., Laba R.F. Introduccin a la HPLC; Aplicacin y Prctica, Impreso en la Argentina, en Artes Grficas Farro SA, California, Buenos Aires, 1992, Ubicacin UTEM, LECTUQUIM.

Skoog, Douglas A. y Leary, James J. (1994), Anlisis Instrumental, Madrid: McGraw-Hill. 84-481-0191-X.