Cuestionario sobre manejo de cromatógrafo gaseoso

TEMA

Manejo de cromatógrafo gaseoso

En lo posible, responder en forma breve y concisa.

Preguntas:

1. ¿Qué es un cromatograma y que información puedo obtener de él?

El cromatograma es la curva de elución que se obtiene en una cromatografía y representa la señal recogida por el detector en respuesta a la concentración de analito en función del tiempo o del volumen de fase móvil añadido. En general, el cromatograma se muestra como una gráfica con "picos" en forma de montañas, en los que cada uno de esos picos corresponde a cada sustancia que fue llegando al detector. Comúnmente, los picos que salen primero (las sustancias que llegan primero al detector), van a ser los de las sustancias más volátiles, y los últimos, los de las sustancias más pesadas, o las que por alguna razón fueron más retenidas por la columna. Por otra parte, mientras mayor sea la altura y el área de cada pico, mayor va a ser la concentración de ese analito en la muestra. La gráfica generada constituye el registro final del proceso cromatográfico y proporciona a modo general la siguiente información:

• Pico: es la porción del cromatograma que registra la respuesta del detector cuando un componente individual eluye de la columna. El pico puede ser definido por su área, altura y ancho a la mitad de la altura, o altura y ancho en la línea de base.
• Tiempo muerto (tM o t0): tiempo requerido para que una especie no retenida alcance el detector.
• Volumen muerto (VM o V0): volumen de fase móvil necesario para eluir una especie no retenida.
• Tiempo de retención (tR): tiempo transcurrido desde la inyección de la muestra hasta que uno de los componentes llega al detector.
• Volumen de retención (VR): volumen necesario para eluir un determinado soluto en la columna.

1. Defina y escriba las características de los componentes de un cromatógrafo de gases: sistema de flujo, inyector, horno para la columna, detector y sistema de registro.

Inyector o puerto de inyección: Es el sitio en donde la muestra  ingresa al sistema, introduciendo una microjeringa calibrada a través de un sello llamado septum. Si la muestra es líquida, esta es volatilizada en la cámara de vaporización, sus componentes llevados a fase gaseosa y mezclados con el gas portador o “carrier” para ser transportados a través de la columna. La mayoría de las separaciones requieren solo una pequeña fracción del volumen inicial que es inyectado y, en este caso, se utiliza un divisor de muestra o “Split” para dividir el flujo de muestra en dos fracciones, una fracción chica que ingresa a la columna y un exceso que ingresa al flujo de descarte. Los sistemas cromatográficos comerciales ofrecen la posibilidad de ambas formas de inyección: “Split” y “Splitless”, con ingreso a la columna de una fracción de volumen inyectado o con ingreso de la totalidad del volumen inyectado, respectivamente. La cámara de vaporización suele estar a 50°C por encima del punto de ebullición del compuesto menos volátil de la muestra que se inyecta.  

Sistema de inyección

Se denomina sistema de inyección al mecanismo mediante el cual se introduce la

muestra dentro del equipo de análisis. Los sistemas de inyección más habituales

para el análisis de gases son válvulas neumáticas o inyectores micro-

electromecánicos. Ambos sistemas permiten la entrada en la columna de un

volumen muy preciso de gas. A nivel de laboratorio existen también jeringas

estancas que pueden utilizarse para la introducción de muestras gaseosas en el

cromatógrafo, si bien su utilización es cada vez menos frecuente.

Sistema de separación

Las columnas constituyen la parte del cromatógrafo dónde se efectúa la

separación de los

componentes (figura 4)

Sistema de inyección

Se denomina sistema de inyección al mecanismo mediante el cual se introduce la

muestra dentro del equipo de análisis. Los sistemas de inyección más habituales

para el análisis de gases son válvulas neumáticas o inyectores micro-

electromecánicos. Ambos sistemas permiten la entrada en la columna de un

volumen muy preciso de gas. A nivel de laboratorio existen también jeringas

estancas que pueden utilizarse para la introducción de muestras gaseosas en el

cromatógrafo, si bien su utilización es cada vez menos frecuente.

Sistema de separación

Las columnas constituyen la parte del cromatógrafo dónde se efectúa la

separación de los

componentes (figura 4)

Sistema de inyección

Se denomina sistema de inyección al mecanismo mediante el cual se introduce la

muestra dentro del equipo de análisis. Los sistemas de inyección más habituales

para el análisis de gases son válvulas neumáticas o inyectores micro-

electromecánicos. Ambos sistemas permiten la entrada en la columna de un

volumen muy preciso de gas. A nivel de laboratorio existen también jeringas

estancas que pueden utilizarse para la introducción de muestras gaseosas en el

cromatógrafo, si bien su utilización es cada vez menos frecuente.

Sistema de separación

Las columnas constituyen la parte del cromatógrafo dónde se efectúa la

separación de los

componentes (figura 4)

Sistema de flujo o gas portador: Se encarga de transportar la muestra a través de la columna, desde el puerto de inyección, a través de la columna, hasta el detector. Un sistema de cañerías lleva este gas carrier desde el cilindro hasta el puerto de inyección, donde un sistema de reguladores controla la presión a la cual ingresa. El gas portador es la fase móvil del sistema cromatográfico, debe ser un gas inerte, estar seco y libre de oxígeno. Generalmente, se utiliza como carrier Helio, Nitrógeno o Hidrógeno. La elección depende fundamentalmente del tipo de detector, de la tolerancia de la columna a las impurezas del gas, de los tiempos de análisis requeridos y, por supuesto, del presupuesto.

Horno: Es el lugar en el cual se encuentra la columna cromatográfica. El horno sirve para controlar la temperatura de la columna de forma precisa. El horno puede operar de dos formas: en modo isotérmico y con programación de temperatura o rampa de temperatura. En el modo isotérmico la temperatura del horno se mantiene constante durante la totalidad de la separación. La temperatura óptima en el modo isotérmico es alrededor del punto medio del rango de puntos de ebullición de la muestra. El modo isotérmico es eficiente cuando el rango de puntos de ebullición en angosto. En el modo de rampa de temperatura, la temperatura de la columna se incrementa continuamente o en escalones a medida que la separación progresa. Este método es eficiente para separar una mezcla cuyos componentes tienen puntos de ebullición que distan mucho entre sí. El análisis inicia a baja temperatura para resolver los componentes con bajo punto de ebullición e incrementa durante la separación para resolver los componentes menos volátiles.

Columnas: El corazón de la cromatografía de gases es la columna capilar, la cual está hecha de metales doblados en forma de U o enrollados en una espiral abierta. Las columnas suelen tener un largo que varía según la aplicación, siendo las más comunes las de 30 metros. Y el diámetro de la columna suele ser menor a medio milímetro. Lo que distingue a una columna de otra es la fase estacionaria, que es el polímero que recubre sus paredes internas. Esta fase va a ser la encargada de interactuar con las sustancias que componen nuestra muestra.

Las columnas capilares suelen ser de dos tipos: columna capilar de pared recubierta y columna capilar recubierta con un soporte. Las primeras son columnas que tienen una capa fina de fase estacionaria que recubre toda la columna; en las segundas las paredes de la columna son recubiertas primero con una fina capa, de alrededor de 30 um, de un sólido adsorbente, como tierra de diatomea, este sólido adsorbente es luego tratado con una fase líquida estacionaria cuya composición y polaridad varía según los requerimientos del análisis. Mientras que estas columnas son capaces de almacenar un gran volumen de fase estacionaria, las primeras siguen teniendo mayor eficiencia.

Sistema de detección: El detector es el dispositivo localizado al final de la columna y provee una medida cuantitativa de los componentes de la mezcla a medida que esta eluye con el gas portador. En teoría, cualquier propiedad de la mezcla gaseosa que sea diferente a la del gas portador puede ser utilizada como método de detección. En general, los detectores toman ventaja de una característica única del analito y usa esta característica para generar una señal eléctrica. Cada detector tiene dos partes principales: un sensor que es colocado lo más cerca posible del final de la columna para optimizar la detección y un equipo electrónico utilizado para digitalizar la señal analógica. Entre más pronto la señal analógica sea convertida en señal digital, más grande será la relación señal ruido, dado que la señal análoga es susceptible a muchos tipos de interferencia.

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