El Sistema Cromatográfico
Configuración de un Cromatógrafo de gases.
1- Suministro de gas: gas portador y, si es necesario, gases del detector, por
ejemplo, para el detector FID
2- Inyector de muestra: durante la inyección directa, la muestra se aplica a la
columna sin tocar ninguna otra parte hecha de vidrio o metal (inyección en la
columna). Durante la inyección indirecta, la muestra se lleva a un evaporador
y luego se transfiere a la columna, ya sea completa o parcialmente (técnica de
división). Ambas técnicas permiten trabajar a bajas temperaturas, altas
temperaturas y el uso de programación de temperatura.
3- columna capilar: el corazón del sistema GC
4- horno a temperatura controlada
5- Detector: indica una sustancia generando una señal eléctrica (respuesta).
Algunos detectores son específicos para ciertas clases de sustancias o para
ciertos elementos (por ejemplo, P, N).
6- Estación de datos para la configuración de un Cromatógrafo de gases.
El proceso de separación
La separación cromatográfica se logra mediante la distribución continua de
cada componente de la muestra entre la fase móvil y la estacionaria:
En GC, la fase móvil siempre es un gas, principalmente He, N2 o H2.
La fase estacionaria es a menudo un líquido viscoso, parecido a una goma,
adherido a la pared interna de una columna capilar (WCOT = Tubular abierto
de pared recubierta).
El transporte de los componentes se produce exclusivamente en la fase móvil,
mientras que la separación solo tiene lugar en la fase estacionaria. La calidad
de una separación (resolución) depende del tiempo de residencia de los
componentes dentro de la fase estacionaria y de la tasa de interacciones. El
tipo de interacción entre componente y fase (selectividad) está determinado
por los grupos funcionales de la fase estacionaria. La polaridad de la fase es
una función de sus sustituyentes.
El cromatográma
Un cromatográma consta de una línea base y varios picos. El área de un pico
permite determinaciones cuantitativas:
A: punto de partida de un cromatograma = tiempo de inyección de un
soluto disuelto
Un componente puede identificarse por su tiempo de retención
(determinación cualitativa):
t0: tiempo muerto = tiempo de residencia de un soluto en la fase móvil (tiempo
requerido por un componente para migrar a través del sistema cromatográfico
sin ninguna interacción con la fase estacionaria)
tRi: tiempo de retención = intervalo de tiempo entre el pico i y el punto de
inyección
t’Ri: tiempo de retención neto = diferencia entre el tiempo de retención total y
el tiempo muerto t0. Indica cuánto tiempo permanece una sustancia en la fase
estacionaria.
Otros términos que caracterizan una separación:
k ': factor de retención: una medida para la posición de un pico de muestra en
el cromatográma. El factor de retención es específico para un compuesto dado
y constante en condiciones constantes.
α: la retención relativa, también llamada factor de separación o coeficiente de
selectividad, es la relación de dos factores de capacidad. La sustancia de
referencia siempre está en el denominador.
La retención relativa no proporciona ninguna información sobre la calidad de
una separación. Para valores iguales de α, dos picos muy amplios pueden
solaparse (como se muestra en a), o pueden resolverse por completo (como en
b), si son consecuentemente estrechos.
R: resolución: una medida para la calidad de una separación, teniendo en
cuenta (w1 / 2) de acuerdo con:
N: número de placas teóricas: caracteriza la calidad de una columna
(debe determinarse para k '> 5). La altura equivalente a una placa
teórica (h, HETP) se calcula dividiendo la longitud L de la columna por
el número de placas teóricas Nth. Cuanto menor es este valor, más
eficiente es la columna.
La ecuación de Golay muestra cómo la altura de la placa h depende de la baja
velocidad u:
B: difusión axial molecular;
B es una función del coeficiente de difusión del componente en el gas
portador respectivo
C: resistencia a la transferencia de masa
En la práctica, a menudo velocidades más altas que uopt. Se eligen, si la
eficiencia de la separación es suficiente. Mayores velocidades del gas portador
significan tiempos de retención más cortos.
Parámetros característicos de una columna capilar
A. fase estacionaria
Las diferentes estructuras químicas de las fases estacionarias son responsables
del tipo de interacción (selectividad) entre la fase y los analitos. La fase
estacionaria también limita el rango de temperatura para la cromatografía.
Para obtener un resumen detallado de las fases para GC, consulte los catálogos
de proveedores.
B. espesor de la película
Se ofrecen rangos de 0.1 a 5.0 μm. El grosor estándar de la película es de 0.25
μm. Las películas delgadas (0.1–0.2 μm) son muy adecuadas para sustancias
de alto punto de ebullición, sensibles a la temperatura ó que se eluyen casi
temporalmente.
Aumentar el grosor de la película aumentará la capacidad, la retención de
sustancias de bajo punto de ebullición y la inercia de la columna. Esto es
especialmente útil para muestras con un amplio rango de concentraciones, o la
separación de sustancias polares volátiles.
Una mejor cobertura de la pared de la columna por una película más gruesa y
una superficie reducida de la columna debido a una columna más corta tienen
un impacto positivo en la separación de sustratos muy activos, lo que puede
causar una cola notable cuando entran en contacto con puntos no recubiertos
de la pared de la columna.
Sin embargo, las ilusiones gruesas siempre significan más fase estacionaria en
la columna, por lo tanto, aumento de la hemorragia de la columna. Por lo
tanto, se reducen las temperaturas máximas de funcionamiento para columnas
de espesor grueso. Además, las columnas de gran espesor pueden tener una
capacidad de separación menor.
C. longitud de la columna
La eficiencia de separación (mejor el número de placas N) de una columna es
directamente proporcional a su longitud. La mayoría de las separaciones de
rutina se realizan en columnas de 25 o 30 m, mientras que las muestras más
complejas pueden requerir 50 o 60 m. Las columnas de 10 m son comunes
para GC rápido.
D. Diámetro interno (ID)
Cuanto menor es la ID, mayor es el número teóricamente posible de placas por
metro.
ID de 0.1–0.2 mm:
Para alta resolución y tiempos de retención cortos a bajo nivel de gas portador
ID de 0.25 mm:
Para el análisis de mezclas complejas
ID de 0,32 mm:
Para análisis de rutina con tiempos de retención cortos, pero mayor capacidad
ID de 0,53 mm:
Para separaciones rápidas con superficie inerte y mayor capacidad