FCEN-UBA Dr. F.iÑÓN
Análisis Intrumental2do – 2018
Métodos separativos cromatográficos
Cromatografía de Gases
Dr. Fernando A. Iñón
Análisis Instrumental 2018
Temario
• Instrumentación GCo Gas carriero Métodos de introducción de muestraso Detectores
• Columnas GC• Aplicaciones
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Análisis Intrumental2do – 2018
1 2
3
4
6
51 - Reservorio de Gás y Controles de Presión.2 - Inyector de Muestra.3 - Columna Cromatográfica y Horno de la Columna.4 - Detector.5 - Electrónica de Tratamiento (Amplificación) de la SEÑAL.6 - Registro de la SEÑAL (Registrador o Computadora).
Instrumentación
Flujo volumétrico, velocidad lineal y presión de columna
h: Viscosidad del fluido.L: Largo de la columna.Fc: Flujo volumétrico de la columna (mL/min).u: Velocidad lineal del carrier (cm/seg).rc: radio de la columna
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Análisis Intrumental2do – 2018
Viscosidad vs. temperatura
N2
He
H2
Vis
cosi
dad
, µ P
Temperatura de la columna, ºC
Cambio en la velocidad lineal con la temperatura para diferentes modos de control
20
30
40
50
60
40 90 140 190 240 290 340 390
Temperatura de la columna�ºC�
Vel
ocid
ad li
neal�
cm/s
eg�
0.25mmID x 30m , df=0.25μm
He: 150kPa,2.32mL/min,45.1cm/sec
Flujo constante
Velocidad lineal constante
Presión constante
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Análisis Intrumental2do – 2018
Instrumental - Gases
• Gas portador:o Inerte, de alta pureza (trampas).o Elección según el detector.o Compromiso entre máxima eficiencia y menor tiempo
• Gas make-up:
• Reguladores de los gases:o A) en el cilindro: presión, de dos etapas.o B) en el equipo: de presión y de caudal de análisis.
Pureza de los gases• Los gases empleados en CG deben ser de
alto grado de pureza.• Utilizar gases con mayor contenido de
impurezas que lo recomendado puede causaro Deterioro de las columnas.o Alteraciones en la detección
• Colocar trampas para O2, H2O e hidrocarburos.
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Análisis Intrumental2do – 2018
• Evita ensanchamiento de los picos
• Optimiza la respuesta del detector
• Minimiza los cambios de sensibilidad por variación del flujo de la columna
• El caudal se fija en función del detector utilizado
Gas “MAKE-UP”
Teoría RateVam Deemter: relaciona HEPT (H) en función de la velocidad linea (u).
( HEPT mínimo = u óptima )
n-C17H36 a 175 °C25 m, 0.25 mm, OV-111
HEPT = A + B/u + (Cs + CM) u
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Análisis Intrumental2do – 2018
Comparación de H2, He y N2
Para obtener buenas resoluciones con N2 el tiempo de análisis se incrementa mucho.
+/- 20 min
+/- 24 min
+/- 40 min
N2
He
H2
Seleccionado la velocidad de carrier
• uopt varía con k• A una dada velocidad, sólo
algunos solutos eluyen con eficiencia máxima
15
0.1
k
0.24
0.10
hmin
mm
18
36
uopt
cm/s
40%0.40
33%0.15
Pérdida eficiencia
h2
30 m, 0.25 mm, 0.25 µm, He
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Análisis Intrumental2do – 2018
Ventana de u• La ventana de velocidades se
incrementa en el siguiente orden:o N2 < He < H2
• Obviamente curvas menos empinadas permiten ventana más amplias, menor sacrificio en la eficiencia por desplazamiento de uopt y mayor rango de solutos sujetos a buenas separaciones.
1 => k = 0.52 => k = 1030 m, 0.25 mm, 0.25 µm, He
N2
He
H2
Muestra
Gas Líquido Sólido
* Solvente
Microjeringa
Introducción de muestras
Válvula y loop
* Calentamiento en un vial sellado (HS estático)
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Análisis Intrumental2do – 2018
Jeringas
Micro jeringas
Para gases
Reforzadas
Inyector “Split / Splitless”
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Análisis Intrumental2do – 2018
• De alta calidad y durabilidad
• Mínimo sangrado
• Purga del septum:
• Evita la contaminación del sistema
El septum
• Inyección Calienteo Inyección Split/splitlesso Inyección Directa
• con columnas wide-bore (0,53 um)
• Inyección fría• Inyección Cool-on column • Inyección PTV
Inyección Fría y Caliente
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Análisis Intrumental2do – 2018
Discriminación y descomposición térmica.
• Inyección Caliente (SPL, WBI)o Se observa Discriminación por fenómeno de
destilación y descomposición térmica de la muestra
• Inyección fría (OCI, PTV)o La inyección se ejecuta a baja temperaturao Alta precisión cuantitativa baja influencia de
discriminación y descomposición térmica.
• Discriminación: Fenómeno Destilación (Los componentes pesados condensan en la aguja fría)
• Fraccionamiento en el Aerosol
Relación % de Componentes con punto de ebullición muy distintos
Residuo de pesados
Discriminación
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Análisis Intrumental2do – 2018
Discriminación
• Técnica de Llenado de la Jeringa• Técnica de la Aguja Fría• Técnica Flujo de Solvente• Técnica de la Aguja Caliente
Nota : La discriminación comienza a > nC20 no se elimina a > nC44 por Inyección Caliente.
Manejo de la jeringa
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Análisis Intrumental2do – 2018
Inyector SPLIT/SPLITLESS
• Split
• Splitless
Modo “SPLIT”
• Principio: o La muestra es vaporizada en el inyector y luego se ventea
la mayor parte de la misma. Relación Split 5:1 a 1000:1• Cuándo es necesario:
o La capacidad de las columnas WCOT es pequeña, normalmente 10 a 100 ng. por componente.
• Aplicaciones más utilizadas: o Petroquímicas (gasolinas, naftas, etc.).o Alimentos y Sabores (aceites esenciales).o Análisis de rutina para mezclas orgánicas simples o
complejas.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Modo “SPLIT”• Usos del modo SPLIT
o En general para análisis de compuestos principales. Por ej. compuestos con una concentración entre 0,1 a 10 % .
• Ventajas del modo SPLITo Es adecuado para ser usado con cualquier
muestra.o En forma relativamente fácil se obtienen
buenos resultados.o La volatilidad del solvente no es crucial en
relación a la temperatura de la columna.
Inyección “SPLITLESS”
• Principio o La mayor parte de la muestra llega a la columnao Una vez que buena parte de la muestra ingreso a la
columna, se ventea para prevenir el largo coleado del solvente.
o El “efecto solvente” es crucial para obtener buenos resultados.
• Cuando es necesarioo Para constituyentes a nivel de trazas, cuando necesita
mayor sensibilidad y que no pueden hacerse en modo SPLIT.
• Usoso En general para compuestos a nivel de trazas con
concentraciones de 10 ppb a 100 ppm.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Inyección “SPLITLESS”
• Cierre temporal de la válvula de split• Inserto de cuarzo silizanizado, sin constricción• Efecto solvente• Análisis de trazas• Disminuye vida útil de la columna por sobrecarga• Solventes de PE inferior al de los analitos• No se aplica a compuestos muy volátiles.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Efecto solvente
Inyección “SPLITLESS”
• Aplicacioneso Muestras ambientales, biomédicas y sabores.
• Ventajas o Recomendado para compuestos trazas
que deban ser analizados con columnas capilares.
o Se deben usar bajas temperaturas en el inyector para evitar vaporización prematura de analitos y solventes (causan picos asimétricos).
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Análisis Intrumental2do – 2018
Inyección “SPLITLESS”
• Desventajaso La temperatura inicial de la columna debe ser
compatible con el solvente (20 grados aprox mas baja que el peb).
o El tiempo de vida de la columna puede ser acortado debido a la sobrecarga de la columna.
o El número de solventes que puede usarse es muy reducido. (mas volátiles que la muestras).
o Es dificultoso separar los compuestos volátiles de la muestra del solvente.
Inyector PTV
• Conceptoo Las muestras se introducen en un inyector frio
(levemente por debajo del Punto de ebullición del solvente).
o El solvente se ventea lo mas posible por el flujo de Split.
o La cámara de Vaporización se calienta rápidamente para producir picos de analitos finos
• Inyección en modo PTVo Inyección Split (alta concentración)o Inyección directa (baja concentración)o Inyección de Gran Volumen (análisis de trazas)
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Análisis Intrumental2do – 2018
Inyector PTV
Características del PTV
• El solvente se ventea disminuyendo el frente del solvente
• Más cantidad de muestra puede ser inyectada frente al OCI, split o splitless
• La diferencia de punto de ebullición del solvente debe ser significativa
• Si se inyecta en exceso hay ensanchamiento de los picos
• 10 µl es el volumen de inyección máximo
VENTAJAS DESVENTAJAS
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Análisis Intrumental2do – 2018
Evaporación & splitde solutos alto P Eb
Fin calentamiento inyector
Inyección
Calentamiento rápido
Solvente
Tem
p Inye
ctor
Tiempo
Evaporación solvente a temperatura inicial
Eliminación de onda de presión en el PTV
Mejor precisión en la cuantificación
Menor fluctuación de columna &flujo split
Fluctuación reducida de la relación Split
Comparación de Split-SPL & Split-PTV
(Alta precisión cuantitativa)
Otros modos de introducción• Headspace• Purga y trampa• SPME (Micro Extracción de Fase sólida - Solid Phase
Micro Extraction) • Desorción térmica• Pirolizador
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Análisis Intrumental2do – 2018
Instrumental: Columnas• Horno de columnas:
o Control reproducible de la temperatura de columna (@ 0.01°C)• ANALISIS ISOTERMICO
o Temperatura constanteo Muestras simples (baja dispersión de punto de ebullición de los
compuestos (20-50°C)) • PROGRAMACION DE TEMPERATURAS
o Aumento lineal de la temperatura con el tiempoo Muestras complejas, o Mayor eficiencia, menor tiempo de análisiso Mayor complejidad instrumental
Análisis isotérmico vs. Temperatura programada
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis isotérmico vs. Temperatura programada
Ejemplo de programación de la Temperatura
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Análisis Intrumental2do – 2018
Configuraciones múltiples
UNIVERSALES:Generan una señal para cualquier
sustancia eluida
SELECTIVOS:Detectan algunas sustanciascon determinada propiedad
físico-química
ESPECÍFICOS:Detectan sustancias que
posean determinado elementoO grupo funcional en sus estructuras
DETECTORES: ClasificaciónDispositivos que generan una SEÑAL eléctrica proporcional a la
cantidad eluida de un analito
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Análisis Intrumental2do – 2018
Clasificación de los detectores en CG
• DETECTORES GENERALES
• DETECTORES ESPECIFICOS
Detector de conductividad térmica (TCD)
• Principio de funcionamiento: o Diferencia de conductividad térmica entre el gas portador
y el soluto que eluye de la columnao Gases de mayor conductividad térmica: H2, He.o Filamento de W-Rh: gran variación de la resistencia con la
temperatura.o Celda del TCD: bloque de acero inoxidable. Provee
temperatura de referencia constante.• Características:
o Sensible a la concentracióno Rango lineal : 104 (4 órdenes)o Análisis de gases.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Salida de la Columna analítica
Salida de referencia
A
B
C D
Data Processor
Coriente Continua A-B
El voltaje entre C-D es cte a flujo de carrier ctedebido a que es cte la temperatura de los filamentos
La elución de los analitos produce:
•mayor temperatura en los filamentos(menor conductividad térmica)
•Cambio en la resistencia
•Cambio de voltaje en C-D
TCD
TCD: máxima intensidad de operación
• Posible daño del filamento
• Depende del gas carrier
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Detector de Ionización de llama (FID)
• Principio de funcionamiento:o La conductividad eléctrica de un gas es directamente
proporcional a la concentración de partículas cargadas en el mismo
o Mechero de cuarzo con llama de H2 (d.i. 0,5mm)o Caudales ( H2 : portador : aire ) = ( 1 : 1 : 10 )o Electrodos colectores
• Características:o Sensible al flujo másicoo Rango lineal : 106 (6 órdenes)o Gas portador : N2 , Heo Análisis de compuestos con C e H en sus moléculas.
Esquema del FID
ATENUADOR
PROCESADORDE DATOS
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Análisis Intrumental2do – 2018
Mecanismo Detección del FID
• Estos radicales reaccionesn en la zona rica en oxigéno (capa externa de la llama)o �CH + O = CHO+ + e-
• El CHO+ es inestable y la reacción con moléculas de agua genera iones H3O+ .o CHO+ + H2O =H3O+ + CO
• Las especies (H2O)nH+ producen la corriente medida.
Respuesta del FID en función de caudal de gases
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Análisis Intrumental2do – 2018
Detector FID:
• Compuestos que no dan respuestao Compuestos inorgánicos.o Gases Inorgánicos (CO2, CO, SO2, NOX).o Tetracloruro de Carbono.o Sulfuro de Carbono.o Formaldehído.o Ácido Fórmico.
Detector FID:Características de la respuesta
• 1) Influencia del Grupo y el Peso Molecular.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Esquema del ECD
Salida de la columna
Gas Makeup
Colector
salida
63Ni fuente radioativa
10mCi
Procesamiento de datos
N2 usado como gas de arrastre (gas makeup) es ionizado la emisión de
partículas β por el 63Ni.
Genera corriente eléctrica cuando electrones son capturados por el colector (corriente inicial)
N2 N2+� e-
Rad. β
Si eluyen compuestos eletrofílicos :
PCB-PCB � e-
Como PCB- es un compuesto bien mayor comparando con e-, demanda tiempo para alcanzar al colector à disminuye la corriente
eléctrica
Detector termoiónico de llama (FTD) o de Nitrógeno/fósforo (NPD)
• Muy sensible a nitrogenados (unión C-N) y fosforados
• FID modificado, con resistencia de Pt recubierta con RbSO4
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Análisis Intrumental2do – 2018
Detector fotométrico de llama (FPD)
• Principio de funcionamiento:o La luz emitida por S y P en una llama reductora de H2 es
detectada por un fotomultiplicador.o Se usan filtros de interferencia para cada elemento o S = 394 nm; P = 526 nm
• Características:o Altamente selectivo y sensibleo Análisis de residuos de plaguicidas y contaminantes ambientales.o Gases de alta pureza.
2 RS + aire + O2 = CO2 + 2 SO2
2 SO2 + 4 H2 = 4 H2O + S2
S2 = S2* (quimiluminiscencia)
FPD: Mecanismos
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Análisis Intrumental2do – 2018
Esquema del FPD
FPD: Performance1. Especificidad y Sensibilidad.
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Comparación FID, FTD y FPD
Detector olfativo: snifer
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Análisis Intrumental2do – 2018
Comparación de detectores para GC
¿Por qué GC-MS?• GC : Excelente en la separación y cuantificación de muestras que
contienen múltiples analitos. Sin embargo existen dificultades en la identificación.
• MS : Excelente en identificación. Sin embargo, presenta dificultades en la separación de muestras que contienen múltiples analitos.
• GC-MS : Separación por GC - identificación por MS. La cuantificación es también factible.
• Luego, la combinación de ambos instrumentos es sinérgica. Separación Identificación Cuantificación
GC +++ - +++
MS X +++ ++
GCMS +++ +++ +++
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis Cuali- y Cuantitativo• Información de GC: Tiempo de Retención• Información de MS: Identificación por número
másico y patrón de partición• Cuantificación por curva de calibración
• Diferencias entre GC y GCMSGC : Como la evaluación se realiza por tiempos de retención, la
cuantificación no es posible en picos solapados.GCMS : Aún con tiempos de retención idénticos, la cuantificación
es posible si los números másicos son distintos
• Cuantificación más exactas.
• GCMSMS: Mejor LoD y mayor selectividad en matrices complejas
Técnicas de Ionización en GC/MS• Ionización Impacto Electrónico (EI)
o Ionización Dura, Alta Energíao Información Estructural
• Ionización Químicao Positiva (PCI) o Negativa (NCI) o Ionización Blanda, Baja Energíao Información Peso Molecular
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Análisis Intrumental2do – 2018
Ionización por Impacto Electrónico (EI)
ΔV = 70eV
ie- e- e-
+
+
+
+
Espectro Masas Pesticidas FosforadosEspectro EI de Diazinon
Espectro NCI de Diazinon
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Análisis Intrumental2do – 2018
¿Qué información brinda el MS?
• MS brinda información sobre el peso molecular y de estructura• Por ejemplo, del espectro mostrado se puede saber que:
1) El peso molecular es 1302) El número de átomos de Cl es 3
• Cómo Cl tiene un número másico de 35, el peso restante de la molécula es : 130 - (35 x 3) = 25. Una molécula de masa 25 es C2H. Como resultado se concluye que la molécula es C2HCl3(Tricloroetileno).
¿Qué información brinda el MS?• La elucidación
estructural a partir de espectro de masas es difícil.
• La búsqueda de información se realiza por bibliotecas.
• El analito es identificado como Fenitrotion.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis Cuantitativo• En el siguiente cromatograma se observa a los 14 minutos
una co-elución de 2 componentes.• El cromatograma del GC es el mismo que se obtiene en
modo TIC en GCMS• Normalmente, el área del pico es determinada por una
integración línea de base horizontal. El error es elevado.
Análisis Cuantitativo• Con GC-MS, si los compuestos que coeluyen tienen diferentes iones,pueden analizarse con excelente especificidad. Por ejemplo los m/zdel primer pico son 62 y 64, mientras que para el segundo son 78 y 77.
• Cuando se calcula el área de pico, la cuantificación es posible sinefecto de coelución con otros componentes. De esta forma seobtiene resultados más exactos.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Modo de Medición• Modo Scan • Modo SIM (Monitoreo Ion Seleccionado)
núm
ero
de m
asa
Tiempo Tiempo
[Scan] [SIM]
(Cualitativo) (Cuantitativo)
tiempo
m/z
tiempo
m/z
Modo Scan (Barrido)
m/z
Tiempo Retención
TIC : Modo Scan
72
54
152
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Análisis Intrumental2do – 2018
Modo SIM
Tiempo Retención
m/z=72 m/z=152 m/z=54
Más Alta Sensibilidad que en Modo Scan
Para propósitos de cuantificación
¿Qué es GC-MS/MS ?
CID Gas (Ar)
Primer cuadruplo (Q1)
Segundo cuadrupolo(Celda de colisión)
DetectorFuente de
iones
Bomba de vacío
Tercer cuadrupolo (Q3)
Los iones producto se crean a través de colisiones
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Análisis Intrumental2do – 2018
GC-MS Vs GC-MS/MS (con EI)extracto de espinaca
Fenvalerato 10ppb
GC-MS GC-MS/MS 20.00 20.25
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0(x10,000)
165.00206.00226.00
� � ���� ���� ���� ���� ���
���
���
���
��
��
���
��������
��������� ���������� �����������������
Ciflutrina 1,2,3 y 4 10ppb
GC-MS GC-MS/MS
Fenpropatrin 10ppb
GC-MS GC-MS/MS 22.75 23.00 23.25 23.50
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75(x10,000)
375.00127.00125.00
���� ����� ���� ����
���
���
���
����
���
���
���
����
���
���
��������
������������������������������������
Imibenconazol 10ppb
GC-MS GC-MS/MS
Análisis de metabolitos en orina de rata
Adipic acid-2TMS
Glutaric acid-3TMS
MRM Data• Análisis Target• Cuantificación exacta
Datos Scan• Información cualitativa• Análisis Non-target
100 200 300
14773
26155 158129
97 204 233
MRM 0.1 s
Scan 0.05 s
son posibles a si el espectrómetro es suficientemente rápido lo que genera una gran información cuantitativa y cualitativa
���� ����� ���� ����
���
���
���
� �������
�����������������������
Mediciones en modo Scan/MRM
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis de perfume
© 2009 SHIMADZU77
Total Ion Chromatogram (TIC)
Cromatograma FID
C
BA
AB
C
Resultado Peak A: 0.13%Peak B: 0.37%Peak C: 1.65%
Análisis cuantitativo con FID, con amplio rango de respuesta
Análisis cualitativo con MS
Análisis simultáneo MS y FID
Peak A mass spectrum
Library search resultD-Limonene
A
Total ion chromatogram (TIC)
Información cualitativa obtenida simultáneamente
Target
-> Mejora la exactitud de la identifiación
Análisis de perfumeAnálisis simultáneo MS y FID
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis simultáneo con 3 detectoresFID, FTD, and FPD
• Análisis de aceite de uva
Phosphorus compound
Sulfur compound Sulfur
compoundC
BA
B
Cromatograma FID
Cromatograma FTD
Cromatograma FPD
La selección de la columna• Se basa en 5 parámetros
fundamentaleso Propiedades de la muestrao Tipo de fase estacionariao Diámetro interno de la columna o Espesor del film de fase
estacionariao Largo de la columna
• Veamos entonces, cada uno de estos parámetros
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Análisis Intrumental2do – 2018
Cromatografía GaseosaCGS:o Fase estacionaria: sólido adsorbente, por ej: gel de sílice,
alúmina, tamiz molecular, polímeros porosos.
o Análisis de compuestos de bajo PM (Gases por lo general)
CGL:Fase estacionaria: líquido orgánico de alto PE:
Polímeros del tipo:• Metil-siliconas : SE-30, OV-1• Poliglicoles : Carbowax 20 M• Poliésteres : DEGS
• Separación por disolución diferencial
Porous Layer Open Tubular
Wall Coated Open Tubular
Empacada / microempacada
Principales tipos de columnas para GC
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Análisis Intrumental2do – 2018
Tubos para columnas capilares• Sílice Fundida - cuarzo sintético de alta
purezao El exterior esta usualmente recubierto de
poliimidao El interior esta químicamente tratadoo Son las mas habituales
• Acero Inoxidableo Para aplicaciones a alta temperatura de
columna o Minimiza la posibilidad de rotura
Fase estacionaria
• En columnas capilares (WCOT) normalmente se usao Polisiloxanos (siliconas)o Polietilen glicol (PEG)
• La mayoría de las fases estacionarias son poliméricas:o Non-Bondedo Estabilizadaso Cross-linked (pueden lavarse con solvente)
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Análisis Intrumental2do – 2018
Composición a fase J&W SGE Restek
100% dimethilpolisiloxano DB-1 BP-1 Rtx-1
95% dimetil-5% difenilpolysiloxano
DB-5 BP-5 Rtx-5
Polietilenglycol (PEG) DB-Wax BP-20 Stabilwax
65% dimetil-35% difenilpolisiloxano
DB-35 BP-35 Rtx-5
6% cianopropifhenil-94% dimetilpolysiloxano
DB-624 BP-624 Rtx-624
Fases estacionarias más comunes
cadenasiloxano
Fase estacionaria: Polisiloxanos
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Análisis Intrumental2do – 2018
5% difenil 95% dimetil polisiloxano
5% 95%
5% fenil 95% metil polisiloxano
Fase estacionaria:Nomenclatura & Estructuras
• Usualmente tienen un grupo Fenilo o derivados de fenilo que son incorporados dentro de la cadena del polímero siloxano
DB-5ms
Rtx-5ms
BPX-5
e.g.
Mejor estabilidad a la temperaturaSe puede ajustar la cantidad de grupos fenilo
Fase Estacionaria: “ms”, versión “bajo sangrado”
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Análisis Intrumental2do – 2018
• Tipo de fases “WAX” o “FFAP”o Ej: Rtx-WAX, DB-WAX
• Menor estabilidad térmica que los tipos polisiloxano- límites de temperatura más bajos
Fase Estacionaria:Polietilenglicoles (PEG)
Fase estacionaria: Polaridad
• La polaridad de la fase estacionaria esta determinada por la polaridad de los grupos funcionales y sus cantidades relativas.
• La polaridad tiene un efecto pronunciado sobre la retención del compuesto y por ende sobre la separación
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Análisis Intrumental2do – 2018
• capacidad de la fase estacionaria para diferenciar (retener selectivamente)solutos por medio de las diferencias en las propiedades físicas y químicas, tales como:o la composición química,o la estructura química,o los puntos de ebullición,o la polaridad
Selectividad de la Fase Estacionaria
Grupos
Funcionales
Fuerte
Fuerte
Fuerte
Muy fuerte
Fuerte
Muy fuerte
Moderado
Moderada
Débil
NoNo
No
PEG
Cianopropil
Fenil
Metil
Puente - HDipoloDispersión
Interacciones
Fase Estacionaria: Interacciones principales
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Análisis Intrumental2do – 2018
En fases estacionarias NO POLARES• Los compuestos eluyen en orden creciente a sus
puntos de ebullición.• Pero, los puntos de ebullición pueden ser usados
para estimar el orden de elución, solo si los compuestos tienen estructuras o grupos funcionales similares.
• En general, los compuestos con P.eb. que difieren en ³ 30 °C pueden ser separados por la mayoría de las fases estacionarias.
Interacciones entre dispersión y puntos de ebullición
• Algunas fases estacionarias pueden tener interacciones dipolo con los solutoso Esto depende de los grupos funcionales de la
cadena del polímero
o Los grupos cyanopropil, trifluoropropil polisiloxanossustituidos y los PEG tiene interacciones dipolo
o Los polisiloxanos sustituidos con grupos metil o fenilno presentan interacciones dipolo con los solutos.
Fase estacionaria:Interacciones Dipolo
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Análisis Intrumental2do – 2018
1. p-Xileno2. m-Xileno3. o-Xileno
7. o-Cresol8. p-Cresol9. m-Cresol
4. 1,3-Diclorobenceno5. 1,4-Diclorobenceno6. 1,2-Diclorobenceno
100% metil polysiloxano Trifluoropropil-metil polysiloxano
Ej: Separación de cresoles Efecto de las interacciones dipolo-dipolo
Relación Polaridad-Retenciónalcoholes vs hidrocarburos
Columna: DB-1
30 m x 0.25 mm i.d., 0.25 µm1-Undecanol
n-Tetradecane
1-Dodecanol
n-Tridecane
4.6 5.0 5.85.4 6.66.2 7.0 7.4
100% metil polysiloxano
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Análisis Intrumental2do – 2018
Relación Polaridad-Retenciónalcoholes vs hidrocarburos
Columna: DB-35MS
30 m x 0.25 mm i.d.0.25 µm n-Tridecane
n-Tetradecane
1-Undecanol
1-Dodecanol
4.4 4.8 5.65.2 6.46.0 6.8 7.2 7.6 8.0
Equivalente a35% fenil65% metil polisiloxano
Parámetros y propiedades de la Columna a considerar
• Parámetros: o Fase Estacionariao Diam. Int.
Columna.o Espesor de film de
la fase Estacionaria (df)
o Largo de la Columna
• Propiedades:o Separacióno Estabilidad Térmica/
Temperatura de operación
o Capacidad de la Columna
o Tiempo Vida/durabilidad
o Actividad/reactividad con la muestra
o Estabilidad Químicadf
di.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Índice de retención• Número obtenido por interpolación, que relaciona el tiempo
de retención de un soluto con el de dos estándares.• El índice de Kováts es definido en cromatografía de gases
utilizando n-alcanos como estándares y realizando una interpolación logarítmica.
Constantes de Mc Reynolds• Miden la interacción de solutos estándar con todas las fases líquidas.
Valores tabulados en bibliografía.
• Fase no polar : ESCUALANO : X’ = Y’ = Z’ = U’ = S’= 0• Ordena las fases por polaridad creciente
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Análisis Intrumental2do – 2018
Diámetro Interno de la Columna (ID)
• El ID, de la columna afecta la:
o Eficiencia columna (resolución)o Retención de los analitoso Capacidad de carga de la columnao Presión interna de la columnao Flujo de gas Carrier
ID
0.32 mm i.d.15 m, 0. 25 µm
0.25 mm i.d.15 m, 0. 25 µm
Efecto del ID de la columna sobre la resolución
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Análisis Intrumental2do – 2018
Diámetro Interno de la Columna (ID)
60-meter SPB-1 capillary columns, 2-meter SE-30 packed column.0.25mm & 0.32mm ID columns: 0.25µm film0.53mm & 0.75mm columns: 1.0µm filmCarrier Gas: helium (except as noted)Column Temperature: optimized for approx. equal k' values (145°C-165°C)isothermal test mix (straight chain hydrocarbons and active compounds)
InternalDiameter
0.10mm
0.20mm0.25mm0.32mm0.53mm0.75mm2mm (packed)
SampleCapacity (ng)(each component)
5-10
5-3050-100400-5001000-200010.000-15.00020.000
Efficiency(theoreticalPlates/meter)
7000*
500041703330167011702000
Optimum FlowRate (cc/min)+
0.18 (He)/0.37(H2)0.40.61.02.85.620
Espesor del Film (df)
• El espesor de Film afecta la:o retención del soluto,o resolución del picoo sangrado de la columnao Reactividad de la columnao capacidad de la columna
df
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Análisis Intrumental2do – 2018
Efectos del espesor de film
1. butanol2. benceno3. 2-pentanona4. C75. 1-nitropropano6. piridina7. C88. C99. C10
30 m, 0.32 mm i.d., Rtx-1, 70º C isotérmico
Espesor del film: Capacidad de carga
Espesor Film (µm)
Diámetro de la columna (mm)
0.25 0.32
0.250.501.00
100~25050~100 75~125250~500100~200 125~250500~1000200~300 250~500
0.53
Rangos Típicos de (en ng)
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Análisis Intrumental2do – 2018
Relación de fases (β)
< 100• Características
• Mayor sangrado• Alta retención• Alta capacidad de
carga
• Aplicaciones• Compuestos
altamente volátiles o de bajo PM
100 - 400 • Características• Buen compromiso de retención
• Buena capacidad de carga
• Aplicaciones• Lo mas habitual, amplio rango de aplicaciones
> 400• Características• Bajo sangrado• Baja retención• Menor capacidad de carga
• Aplicaciones• Compuestos de alto PM
! ≈ #$%&'
Incremento de la relación de fases
Selección por b• A igual b, similar patrón de elución
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Efecto del largo de la columnaAnálisis Isotérmico
1. fenol
2. o-cresol
3. 2,6-xilenol
4. p-cresol
5. m-cresol
6. o-etilfenol
7. 2,4-xylenol
8. 2,5-xylenol
9. 2,3-xylenol
10. p-etilfenol
11. m-etilfenol
12. 3,5-xylenol
13. 3,4-xylenol
4 8 12 16 20 24 28 32 36
1
2
3
4
5
6 7 89
10 1211
13
60 metros
4 8 12 16
30 metros1 2
3
4
5
678
9
10
111213
Efecto del largo de la columnaAnálisis Isotérmico
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Análisis Intrumental2do – 2018
Efecto del largo de la columnaAnálisis Isotérmico
Columnas rellenas• Material del tubo:
o No debe interactuar con la muestra ni catalizar descomposición. Vidrio, acero inox., cobre, Teflón®.
o Retenedores de relleno:o Lana de vidrio o sílice tratada
• Conectores:o Tuercas de acero inoxidable o bronceo Conos y arandelas para evitar fugas (grafito, Teflón®, aluminio,
goma de siliconas)o Elección según material y diámetro del tubo
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Análisis Intrumental2do – 2018
Columnas Empacadas
Fases estacionarias para CGS• Separación por adsorción y exclusión por tamaño.• Tamiz molecular: gases permanentes, HC de bajo
PM• Tamiz molecular de carbón : no adsorbe agua;
elución a mayores temperaturas.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Fases estacionarias para CGS• Polímeros porosos:
o PORAPAK o HAYSEP: de distintos tipos (Q, S, R, T, etc.), separan gases, HC, alcoholes, cetonas, NH3, H2O, CO2, freones, etc.
o TENAX : separa compuestos polares de alto P.E.
o CHROMOSORB CENTURY Series (101 - 108)
Análisis CualitativoIdentificación por uso de soluciones patrón
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Análisis Intrumental2do – 2018
Análisis Cualitativo
Identificación de series homólogas
Análisis Cualitativo
1. Características de la Retención:
• La desviación estándar del tiempo de retención (tR) o el volumen de retención es altamente reproducible. Están en el orden del 0.2-2% dependiendo del instrumento, la columna y el solvente.
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Análisis Intrumental2do – 2018
Comparación de tR entre diferentes columnas• La identificación correcta de un componente
desconocido debe realizarse bajo distintas condiciones (i.e., distintas fases estacionarias)
• Como una regla empírica, puede considerarse que una identificación es correcta: o en un 90% de los casos, si los tiempos de retención de los
picos son idénticos corridos en una misma condición.o en un 99% de los casos, si los tiempos de retención de los
picos son idénticos corridos en condiciones diferentes.
IS α
-Cho
lest
ane
Cho
lest
erol
1
2
3
4
5
RRT1 = RT1/RTIS
RRT2 = RT2/RTIS
RRT3 = RT3/RTIS
Aumenta la exactitud
Tiempo de retención relativo
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Análisis Intrumental2do – 2018
• 1) Normalización interna.
• 2) Estándar externo.
• 3) Estándar agregado
1. 2 o 3 con Estándar interno.
Cálculo de la concentración del analito
Normalización InternaÁrea total
Área del componente i
% i = Área Área total
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Análisis Intrumental2do – 2018
Normalización Interna
: % del componente i en la muestra
: área del pico del componente i
: factor de respuesta del detector para el componente i