Cromatografía de gases

A cromatografía de gases ou CG (GC na literatura inglesa) é un tipo común de cromatografía usada en química analítica para separar e analizar compostos que poden ser vaporizados sen que se descompoñan. Usos típicos desta cromatografía son comprobar a pureza dunha determinada substancia ou separar os diferentes compoñentes dunha mestura (poden determinarse tamén as cantidades relativas deses compoñentes). Nalgunhas situacións, a cromatografía de gases pode axudar a identificar un composto. Na cromatografía preparativa, a cromatografía de gases pode utilizarse para preparar compostos puros a partir dunha mestura.[1][2]

Unha cromatografía de gases cun mostreador na parte superior

Na cromatografía de gases, a fase móbil é un gas transportador, xeralmente un gas inerte como o helio ou un gas non reactivo como o nitróxeno. O helio é o máis usado en aproximadamente o 90% dos instrumentos aínda que o hidróxeno é o preferido para conseguir separacións melloradas.[3] A fase estacionaria é unha capa microscópica de líquido ou polímero sobre un soporte sólido inerte, dentro dunha peza de vidro ou tubo metálico chamado columna (un homenaxe á columna de fraccionamento usada en destilacións). O instrumento usado para realizar a cromatografía de gases denomínase cromatógrafo de gases (ou "aerógrafo" ou "separador de gases").

Os compostos gasosos que van ser analizados interaccionan coas paredes da columna, que están cubertas cunha fase estacionaria. Isto causa que cada composto elúa nun diferente momento, coñecido como tempo de retención do composto. A comparación dos tempos de retención é o que lle dá á cromatografía de gas a súa utilidade.

A cromatografía de gas é en canto aos seus principios similar á cromatografía en columna (e a outras formas de cromatografía, como a cromatografía líquida de alto rendemento ou HPLC, e a cromatografía en capa fina), pero ten varias diferenzas notables. Primeiro, o proceso de separación dos compostos dunha mestura lévase a cabo entre unha fase estacionaria liíquida e unha fase móbil gasosa, mentres que na cromatografía en columna a fase estacionaria é un sólido e a fase móbil un líquido. (Por tanto, o nome completo do proceso é "cromatografía gas-líquido", referíndose ás fases móbil e estacionaria, respectivamente.) Segundo, a columna a través da que pasa a fase de gas está situada nun forno onde a temperatura do gas pode ser controlada, mentres que a cromatografía en columna (normalmente) non ten control de temperatura. Finalmente, a concentración dun composto na fase de gas está só en función da presión de vapor do gas.[1]

A cromatografía de gases coñécese tamén como cromatografía en fase de vapor (VPC), ou cromatografía de partición gas–líquido (GLPC). Estes nomes alternativos ou as súas abreviacións, aparecen usadas frecuentemente na literatura científica. Falando estritamente, GLPC é a terminoloxía máis correcta e a preferida por moitos autores.[1]

HistoriaEditar

A cromatografía data de 1903, xa que foi utilizada nos traballos do científico ruso Mikhail Semenovich Tswett,[4] que separou pigmentos de plantas por cromatografía en columna líquida. A química alemá Erika Cremer en 1947 xunto co estudante graduado austríaco Fritz Prior desenvolveron os fundamentos teóricos da cromatografía de gases e construíron o primeiro cromatógrafo líquido-gas, pero o seu traballo foi considerado irrelevante e foi ignorado durante longo tempo.[5] Archer John Porter Martin, que recibiu o premio Nobel polo seu traballo do desenvolvemento da cromatografía líquido–líquido (1941) e en papel (1944), acabou por ser considerado o fundador da cromatografía de gases. A popularidade da cromatografía de gases aumentou rapidamente despois do desenvolvemento do detector de ionización de chama.[6]

Análise de cromatografía de gasesEditar

Un cromatógrafo de gases é un instrumento de análise química para separar compostos químicos nunha mostra complexa. Unha cromatografía de gas usa un tubo estreito de fluxo chamado columna, pola cal pasan os distintos constituíntes químicos dunha mostra nunha corrente de gas (gas portador, fase móbil) a diferentes velocidades dependendo das súas propiedades químicas e físicas e as súas interaccións cun recheo específico na columna, chamado fase estacionaria. A medida que os compostos químicos sae polo extremo final da columna, son detectados e identificados electronicamente. A función da fase estacionaria na columna é a de separar os diferentes compoñentes, causando que cada un saia da columna nun diferente momento (tempo de retención). Outros parámetros que se poden usar para alterar a orde ou o tempo de retención son a velocidade do fluxo do gas portador, a lonxitude da columna e a temperatura.

 
Diagrama dunha cromatografía de gas.

Nunha análise de cromatografía de gas, inxéctase un volume coñecido dun analito gasoso ou líquido na "entrada" (cabeza) da columna, usualmente usando unha microxiringa (ou, fibras de microextracción en fase sólida ou un sistema interruptor dunha fonte de gas). Como o gas portador arrastra as moléculas do analito a través da columna, este movemento é inhibido pola adsorción das moléculas do analito sobre as paredes da colmna ou sobre materiais de empaquetado na columna. A velocidade á cal a molécula avanza ao longo da columna depende da forza de adsorción, que á súa vez depende do tipo de molécula e dos materiais da fase esacionaria. Como cada tipo de molécula ten unha diferente velocidade de progresión, os diversos compoñentes da mestura do analito sepáranse a medida que avanzan pola columna e alcanzan o final da columna en diferentes momentos (tempo de retención). Utilízase un detector para monitorizar a corrente de saída da columna; así, poden determinarse o tempo ao que cada compoñente chega á saída e a cantidade dese compoñente. Xeralmente, as substancias identifícanse (cualitativamente) pola orde na cal saen (elúen) da columna e polo tempo de retención do analito na columna.

Compoeñtes físicosEditar

AutomostreadoresEditar

O automostreador ou mostreador automático serve para introducir a mostra automaticamente nas entradas do aparato. A inserción manual da mostra é posible mais xa non é moi común. A inserción automática permite unha mellor reproducibilidade e optimización de tempo.

 
Un automostreador para mostras gasosas e líquidas que usa unha microxiringa

Existen diferentes tipos de automostreadores. Os automostreadores poden clasificarse segundo a capacidade de mostrear (autoinxectores fronte a automostreadores, entre que os autoinxectores poden traballar cun pequeno número de mostras), ou as tecnoloxías robóticas (robot XYZ[7] fronte robot rotador, que é o máis común), ou segundo a análise, en:

  • Líquido.
  • De espazo de cabeza (head-space) estático por tecnoloxía de xiringa.
  • De espazo de cabeza dinámico por tecnoloxía de liña de transferencia.
  • De microextracción en fase sólida (SPME).

EntradaEditar

 
Entrada dividida/non dividida.

A columna de entrada (inlet ou inxector) proporciona o medio para introducir a mostra nun fluxo continuo de gas portador. A entrada é unha peza de hardware unida á cabeza da colmna.

Tipos de entradas comúns son:

  • Inxector S/SL (split/splitless ou dividido/non dividido).- A mostra introdúcese nunha pequena cámara quentada por medio dunha xiringa a través dun septo (a calor facilita a volatilización da motra e da matriz da mostra. O gas portador arrastra despois a totalidade da mostra (modo splitless ou non dividido) ou só unha porción (modo dividido) á columna. No modo dividido, unha parte da mostra/gas portador da mestura na cámara de inxección é expulsada pola abertura de división. A inxección con división é a preferida cando se traballa con mostras con altas concentracións de analito (>0,1%) mentres que a inxección non dividida é máis axeitada para análises de trazas con baixas cantidades de analitos (<0,01%). No modo splitless ou non dividido, a válvula de división abre despois dunha certa cantidade de tempo preestablecido para purgar os elementos máis pesados que doutro modo contaminarían o sistema. Este tempo preestablecido (no modo sen división) debe optimizarse, os tempos máis curtos (por exemplo, 0,2 min) aseguran menos eliminación de elementos pesados pero con perdas na resposta; os tempos máis longos (2 min) incrementan ditos elementos pero tamén o sinal.[8]
  • Entradas sobre columna.- A mostra aquí introdúcese directamente na columna na súa totalidade sen quentar ou a unha temperatura por debaixo do punto de ebulición do solvente. A baixa temperatura fai que se condense a mostra nunha zona estreita. A columna e a entrada poden despois ser quentadas, liberando a mostra na fase gasosa. Isto asegura a temperatura máis baixa posible para realizar a cromatografía e mantén as mostras sen descompoñer sen superar o seu punto de ebulición.
  • Inxector PTV.- a introdución da mostra programada a unha temperatura foi descrita por W. Vogt en 1979.[9] Orixinalmente Vogt desenvolveu a técnica como un método para a introdución de grandes volumes de mostra (ata 250 µL) en cromatografía de gas capilar. Vogt introduciu a mostra no liner a unha velocidade de inxección controlada. A temperatura do tubiño chamado liner elixiuse que estivese lixeiramente por debaixo do punto de ebulición do solvente. O solvente de baixa ebulición era evaporado continuamente e vertido pola liña de división. Baseándose nesta técnica, Poy desenvolveu o inxector de vaporización a temperatura programada ou PTV (do inglés programmed-temperature vaporising). Introducindo a mostra a unha temperatura de liner inicial baixa podían evitarse moitas das desvantaxes das técnicas clásicas de inxección en quente.[10]
  • Entrada da fonte de gas ou válvula interruptora do gas.- As mostras gaseosas en botellas colectoras conéctanse normalmente a unha válvula interruptora de seis portos. O gas portador non é interrompido mentres que a mostra pode ser expandida nun bucle de mostra previamente evacuada. Ao facer o cambio na válvula, o contido do bucle da mostra é inserido na corrente de gas portador.
  • Sistema P/T (Purge-and-Trap ou purga e tampa).- Un gas inerte vértese en burbullas nunha mostra acuosa causando que os compostos químicos insolubles voláticles se purguen da matriz. Os volátiles son 'atrapados' nunha columna absorbente (coñecida como trampa ou concentrador) a temperatura ambiente. A trampa quéntase despois e os volátiles son dirixidos á corrente de gas portador. As mostras que requiren unha preconcentración ou purificación poden introducirse por medio deste sistema, xeralmente enganchado ao porto S/SL.

A elección do gas portador (fase móbil) é importante. O hidróxeno ten un rango de velocidades de fluxo que son comparables en eficiencia ás do helio. Porén, o helio pode ser máis eficiente e proporcionar unha mellor separación se se optimizan as velocidades de fluxo. O helio non é inflamable e funciona cun maior número de detectores e instrumetos vellos. Por tanto, o helio é o gas portador utilizado máis común. Non obstante, o prezo do helio subiu considerablemente nos últimos anos, facendo que máis cromatógrafos pasasen a usar o hidróxeno. O uso histórico ou tradicional, máis que consideracións racionais, pode contribuír tamén a que se continúe preferindo o helio.

DetectoresEditar

Os detectores máis usados son o detector de ionización de chama (FID) e o detector de condutividade térmica (TCD). Ambos os dous son sensibles a unha ampla gama de compoñentes e ambos funcionan nun amplo rango de concentracións. Aínda que os TCDs son practivcamente universais e poden usarse para detectar calquera compoñente distinto do gas portador (con tal de que as súas condutividades térmicas sexan diferentes das do gas portador, a temperatura do detector), os FIDs son sensibles principalmente a hidrocarburos e máis sensibles a eles que os TCDs. Porén, os FID non poden detectar auga. Ambos os detectores son tamén bastante robustos. Como o TCD non é destrutivo, pode poñerse a funcionar en serie antes que o FID (destrutivo), o que proporciona a detección complementaria dos mesmos analitos.[11] Outros detectores son sensibles só a tipos específicos de substancias ou funcionan ben só en rangos máis estreitos de concentracións.

O funcionamento do detector de condutividade térmica (TCD) depende da condutividade térmica da materia que pasa por un filamento de volframio-renio polo que pasa unha corrente eléctrica.[12] Neste dispositivo o helio ou o nitróxeno serven de gas portador debido á súa condutividade térmica relativamente alta, que mantén o filamento frío e mantén a resistividade uniforme e a eficiencia eléctrica do filamento.[12][13] Porén, cando elúen da columna as moléculas do analito, mesturadas co gas portador, a condutividade eléctrica diminúe e isto causa a resposta do detector.[13] A resposta débese a que o descenso da condutividade térmica orixina un incremento na temperatura do filamento e na resistividade, que ten como resultado flutuacións en voltaxe.[12] A sensibilidade do detector é proporcional á corrente que pasa polo filamento, mentres que é inversamente proporcional á temperatura do ambiente inmediato dese detector, así como a taxa de fluxo do gas portador.[12]

Nun detector de ionización de chama (FID), os eléctrodos están situados a carón dunha chama alimentada con hidróxeno/aire preto da saída da columna, e cando os compostos que conteñen carbono saen da columna son pirolizados pola chama.[12][13] Este detector funciona só para compostos orgánicos/que conteñen hidrocarburos debido á capacidade dos carbonos de formar catións e electróns na pirólise, que xeran unha corrente entre os eléctrodos.[12][13] O incremento da corrente eléctrica é traducido e aparece un pico no cromatograma. Os FIDs teñen uns límites de detección baixos (uns poucos picogramos por segundo) pero son incapaces de xerar ións a partir dos carbonos que conteñen carbonilos.[12] Entre os gases portadores compatibles cos FIDs están: helio, hidróxeno, nitróxeno e argon.[12][13]

Os detectores de chama de álcalis (AFD) ou detectores de ionización de chama de álcalis (AFID) teñen unha alta sensibilidade ao nitróxeno e fósforo, similar aos NPD. Porén, os ións do metal alcalino son subministrados xunto co gas hidróxeno, en vez de cunha boliña sobre a chama. Por esta razón o AFD non sofre a "fatiga" dos NPD, senón que proporciona unha sensibilidade constante durante un longo período de tempo. Ademais, cando non se engaden ións de álcalis á chama, o AFD opera como un FID estándar. Un detector de combustión catalítica (CCD) mide os hidrocarburos e o hidróxeno combustibles. O detector de ionización de descarga (DID) usa unha descarga eléctrica de alta voltaxe para producir ións.

O reactor poliarco é un accesorio que se engade a un instrumento GC-FID novo ou existente que converte todos os compostos orgánicos en moléculas de metano antes da súa detección polo FID. Esta técnica pode utilizarse para mellorar a resposta do FID e permitir a detección de moitos máis compostos que conteñen carbono.[14] A conversión completa de compostos a metano e a agora resposta equivalente no detector tamén elimina a necesidade de calibracións e estándares porque os factores de resposta son todos equivalentes aos do metano. Isto permite unha análise rápida de mesturas completas que conteñan moléculas nas que non se dispón de estándares.

O detector fotométrico de chama (FPD) usa un tubo fotomultiplicador para detectar as liñas espectrais dos compostos a medida que se queiman na chama. Os compostos que elúen fóra da columna son transportados nunha chama alimentada por hidróxeno, que excita elementos específicos das moléculas, e os elementos excitados (fósforo, xofre, halóxenos, algúns metais) emiten luz de lonxitude de onda característica específica.[13] A luz emitida é filtrada e detectada por un tubo fotomultiplicador.[12][13] En concreto, a emisión de fósforo é de arredor de 510–536 nm e a de xofre de 394 nm.[12][13] Cun detector de emisión atómica (AED), unha mostra que elúa da columna entra nunha cámara que está enerxizada por microondas que inducen un plasma.[13] O plasma causa que a mostra do analito se descompoña e certos elementos xeran un espectro de emisión atómica.[13] O espectro de emisión atómica é difractado por unha grella de difracción e detectado por unha serie de tubos fotomultiplicadores ou fotodíodos.[13]

O detector de captura de electróns (ECD) usa unha fonte radioactiva de partículas beta (electróns) para medir o grao de captura de electróns. Os ECDs utilízanse para a detección de moléculas que conteñen elementos electronegativos / captadores de electróns e grupos funcionais como os halóxenos, carbonilos, nitrilos, grupos nitro e organometálicos.[12][13] Neste tipo de detector utilízase nitróxeno ou metano ao 5% en argon como gas portador da fase móbil.[12][13] O gas portador pasa entre dous eléctrodos situados ao final da columna, e adxacente ao cátodo (eléctrodo negativo) hai unha lámina radioactiva de, por exemplo, 63Ni.[12][13] A lámina radioactiva emite partículas beta (electróns) que colisionan con e ionizan o gas portador para xeraren máis ións, que crean unha corrente.[12][13] Cando se capturan moléculas do analito con elementos electronegativos / captadores de electróns ou electróns de grupos funcionais, iso ten como resultado unha diminución da corrente que xera unha resposta do detector.[12][13]

O detector de nitróxeno-fósforo (NPD), unha forma de detector termiónico, na que o nitróxeno e o fósforo alteran a función de traballo sobre unha bóla cun recubrimento especial e mídese a corrente resultante.

O detector de condutividade electolítica seca (DELCD) usa unha fase de aire e altas temperaturas (v. Coulsen) para medir compostos clorados. O espectómetro de gases (MS), tamén chamado GC-MS é altamente efectivo e sensible, incluso con pequenas cantidades dunha mostra. Este detector pode usarse para identificar os analitos en cromatogramas polo seu espectro de masas.[15]

O ultravioleta ao baleiro (VUV) é o desenvolvemento máis recente en detectores de cromatografía de gas. A maioría das especies químicas absorben e teñen seccións transversais de absorción de fase de gas únicas no rango monitorizado de lonxitudes de onda VUV de aproximadamente 120–240 nm. Cando as seccións transversais de absorción dos analitos son coñecidas, o detector VUV pode facer unha determinación absoluta (sen calibración) do número de moléculas presentes na célula de fluxo en ausencia de interferencias químicas.[16]

Outros detectores son o detector de condutividade electrolítico de Hall (ElCD), o detector de ionización de helio (HID), o detector de infravermello (IRD), o detector de fotoionización (PID), o detector de ionización de descarga pulsada (PDD), e o detector de ionización termiónica (TID).[17]

MétodosEditar

 
Velaquí o interior dun cromatógrafo de gas Eclipse de GeoStrata Technologies que funciona continuamente en ciclos de tres minutos. Utilízanse dúas válvulas para cambiar o paso do gas testado ao bucle da mostra. Despois de encher o bucle da mostra con gas, a válvula actúa ourtra vez aplicando presión de gas portador ao bucle da mostra e forzando a esta a pasar pola columna para a separación.

O método é o conxunto de condicións nas cales funciona a cromatografía de gases para realizar unha análise. O desenvolvemento do método é o proceso de determinar que condicións son as axeitadas e/ou ideais para a análise a realizar.

As condicións que poden variarse para acomodarse á análise requirida son as temperaturas da entrada ou inxector, do detector, da columna e do programa, as velocidades de fluxo do gas portador e o tipo de gas portador, a fase estacionaria da columna, o diámetro e lonxitude, o tipo de entrada e velocidades de fluxo, o tamaño da mostra e a técnica de inxección. Dependendo dos detectores (ver máis abaixo) instalados no cromatógrafo de gases, pode haber certo número de condicións do detector que se poden tamén variar. Algúns cromatógrafos de gases tamén inclúen válvulas que poden cambiar a ruta da mostra e o fluxo do portador. Os momentos de apertura e peche destas válvulas poden ser importantes para o desenvolvemento do método.

Selección do gas transportador e velocidades de fluxoEditar

Os gases portadores típicos son o helio, nitróxeno, argon, hidróxeno e aire. O gas qe se use está normalmene determinado polo detector que se vai usar; por exeamplo, un DID requirirá o helio. Porén, cando se analizan mostras de gases o gas portador selecciónase ás veces baseándose na matriz da mostra; por exemplo, cando se analizou unha mestura en argon, prefírese un portador argon, porque o argon da mostra non aparecerá no cromatograma. A seguridade e dispoñibilidade poden tamén influír na selección do gas portador; por exemplo, o hidróxeno é inflamable, e o helio de alta pureza pode ser difícil de obter nalgunhas partes do mundo. Como resultado de que o helio é cada vez máis escaso, o hidróxeno é o susbtituto do helio como gas portador en diversas aplicacións.

A pureza do gas portador tamén é frecuentemente determinada polo detector, aínda que o nivel de sensibilidade necesario pode ser tamén importante. Tipicamente, utilízanse purezas de 99,995% ou maiores. O grao de pureza requirido máis común polos instrumentos modernos para a maioría das sensibilidaddes é de grao 5.0 ou pureza do 99,999%, o que significa que hai un total de 10 ppm de impurezas no gas portador, que podería afectar aos resultados. O maior grao de pureza nos usos comúns é o grao 6.0, pero a necesidade de detección a niveis moi baixos nalgunhas aplicacións forenses e ambientais fixo necesario gases portadores de grao de pureza 7.0, que agora están dispoñibles comercialmente. As denominacións comerciais das purezas máis típicas inclúen "Zero Grade," "Ultra-High Purity (UHP) Grade", "4.5 Grade" e "5.0 Grade."

A velocidade liñal do gas portador afecta a análise igual que a temperatura (ver máis arriba). Canto maior é a velocidade liñal máis rápida é a análise, pero menor é a separación entre analitos. Seleccionar a velocidade liñal é, por tanto, un compromiso entre o nivel de separación e a duración da análise igual que cando se selecciona a temperatura da columna. A velocidade liñal aplícase por medio da velocidade de fluxo do gas portador con respecto ao diámetro interno da columna.

Nas cromatografías de gases feitas antes da década de 1990, a velocidade do fluxo do portador controlábase modulando a presión de entrada do protador ou "presión de cabeza da columna". A velocidade do fluxo era medida na saída da columna ou no detector cun fluxómetro electrónico ou un fluxómetro de burbulla e podía ser un proceso complicado, de longa duración e frustrante. Non era posible variar os valores de presión durante o funcionamento, e así o fluxo era esencialmente constante durante a análise. A relación entre a velocidade de fluxo e a presión de entrada calcúlase coa ecuación de Poiseuille para fluídos compresibles.

Porén, moitas cromatografías de gases modernas miden electronicamente a velocidade de fluxo e controlan electronicamente a presión do gas portador para estableceren a velocidade de fluxo. En consecuencia, as presións portadoras e velocidades de fluxo poden axustarse durante o funcionamento, creando programas de presión/fluxo similares a programas de temperatura.

Selección do composto estacionarioEditar

A polaridade do soluto é crucial para facer a elección do composto estacionario, que no caso óptimo tería unha polaridade similar á do soluto. As fases estacionarias comúns en columnas tubulares abertas son o cianopropilfenil dimetil polisiloxano, o polietileneglicol Carbowax, o biscianopropil cianopropilfenil polisiloxano e o difenil dimetil polisiloxano. Para columnas empacadas disponse de máis opcións.[12]

Tipos de válvula de entrada e velocidade de fluxoEditar

A elección do tipo de entrada e a técnica de inxección depende de se a mostra está en forma líquida, gasosa, adsorbida ou sólida, e de se hai que vaporizar unha matriz solvente. As mostras disoltas poden introducirse directamente na columna por medio dun inxector COC, se as condicións son ben coñecidas; se unha matriz solvente ten que ser vaporizada e parcialemtne retirada, úsase un inxector S/SL (a técnica de inxección máis común); as mostras gasosas (por exemplo, cilindros de gas) son inxectadas xeralmente usando un sistema de válvula interruptora de gas; as mostras asorbidas (por exemplo, tubos adsorbentes) son introducidas usando un aparato de desorción externo (on line ou off line) como un sistema de purga e trampa, ou ben son desorbidas no inxector (aplicacións SPME).

Tamaño de mostra e técnica de inxecciónEditar

Inxección da mostraEditar

 
A regra do dez na cromatografía de gases

A análise cromatográfica real empeza coa introdución da mostra na columna. O desenvolvemento da cromatografía de gases capilar presentou diversos problemas técnicos coa técnica de inxección. A técnica de inxección na columna, que se adoita usar con columnas empacadas, xeralmente non é posible coas columnas capilares. No sistema de inxección no cromatógrafo de gases capilar a cantidade inxectada non debería sobrecargar a columna e a anchura do tapón inxectado debería ser pequena comparado coa extensión debido ao proceso cromatográfico. O fracaso á hora de cumprir con este último requisito reduce a capacidade de separación da columna. Como regra xeral, o volume inxectado, Vinj, e o volume da célula detectora, Vdet, deberían ser de aproximadamente 1/10 do volume ocupado pola porción da mostra que contén as moléculas de interese (analitos) cando estes saen da columna (regra do dez).

Algúns requisitos xerais que debería cumprir unha boa técnica de inxección son que ten que ser posible obter a eficiencia de separación óptima da columna, debería permitir inxeccións exactas e reproducibles de pequenas cantidades de mostras representativas, non debería inducir cambios na composición da mostra, non debería exhibir unha discriminación baseada en diferenzas no punto de ebulición, polaridade, concentración ou estabilidade térmica/catalítica e, finalmente, debería ser aplicable para análises de trazas e tamén de mostras non diluídas.

Porén, hai varios problemas inherentes ao uso de xiringas para a inxección. Incluso coas mellores xiringas a exactitude é de só o 3%, e en mans non expertas os erros son moito maiores. A agulla, ao pinchar, pode cortar pequenos cachos de goma do septo cando se inxecta a mostra a través del. Estes cachos poden bloquear a agulla e impedir que a xiringa se encha a seguinte vez que se use. Isto pode pasar desapercibido. Unha fracción da mostra pode quedar atrapada na goma, e despois ser inxectada durante as seguintes inxeccións. Isto pode dar lugar a picos fantasma no cromatograma. Pode haber perdas selectivas dos compoñentes máis volátiles da mostra por evaporación pola punta da agulla.[18]

Selección da columnaEditar

A elección da columna depende da mostra e o activo medido. O principal atributo químico que se busca cando se escolle a columna a utilizar é a polaridade da mestura, mais os grupos funcionais poden ter un importante papel na selección da columna. A polaridade da mostra debe asemellarse moito á polaridade da fase estacionaria da columna para incrementar a resolución e a separación mentres que se reduce o tempo de funcionamento. A separación e tempo de funcionamento dependen tamén do grosor da película (da fase estacionaria), o diámetro da columna e a lonxitude da columna.

Temperatura na columna e programa de temperaturaEditar

 
Un forno de cromatografía de gases aberto para mostrar a columna capilar

A(s) columna(s) nunha cromatografía de gases están dentro dun forno, cuxa temperatura se controla con precisión electronicamente. (Cando un analista fala de "temperatura da columna" estase a referir tecnicamente á temperatura do forno da columna. A distinción, non obstante, non é importante e non se fará neste artigo).

A velocidade á cal pasa a mostra a través da columna é directamente proporcional á temperatura da columna. Canto maior e a temperatura da columna, máis rápido se move a mostra pola columna. Porén, canto máis rápido se move a mostra pola columna, menos interacciona coa fase estacionaria e menos analitos se separan.

En xeral, a temperatura da columna selecciónase establecendo un compromiso entre a duración da análise e o nivel de separación.

Un método que mantén a columna á mesma temperatura durante toda a análise denomínase "isotérmico". Porén, a maioría dos métodos incrementan a temperatura da columna durante a análise. A temperatura inicial, a velocidade de incremento da temperatura (a "rampla" de temperatura) e a temperatura final denomínanse programa de temperatura.

Un programa de temperatura permite que os analitos que elúen primeiro durante a análise se separen debidamente, mentres que acurta o tempo que tardan en pasar pola columna os analitos que elúen de últimos.

Redución de datos e análiseEditar

Análise cualitativaEditar

Xeralmente, os datos cromatográficos preséntanse nun gráfico da resposta do detector (eixe Y) fronte ao tempo de retención (eixe X), que se denomina cromatograma. Este proporciona un espectro de picos para a mostra, que representa os analitos presentes na mostra que elúen pola columna en diferentes momentos. O tempo de retención pode usarse para identificar analitos se as condicións do método son constantes. Ademais, o padrón de picos será constante para unha mostra con condicións constantes e pode identificar mesturas complexas de analitos. Porén, na maioría das aplicacións modernas, a cromatografía de gases está conectada a un espectrómetro de masas ou detector similar con capacidade de identificar os analitos representados polos picos.

Análise cuantitativaEditar

A área que queda baixo un pico é proporcional á cantidade de analito presente no cromatograma. Calculando a área dun pico usando a función matemática de integración, pode determinarse a concentración dun analito na mostra orixinal. A concentración pode calcularse usando unha curva de calibración creada para atopar a resposta para unha serie de concentrracións de analito ou para determinar o factor de resposta relativo dun analito. O factor de resposta relativo é a proporción esperada dun analito respecto dun estándar interno (ou dun estándar externo) e calcúlase atopando a resposta dunha cantidade coñecida de analito e unha cantidade constante de estándar interno (un composto químico engadido á mostra a unha concentración constante, cun determinado tempo de retención para o analito).

Na maioría dos sistemas GC-MS máis modernos, utilízase software de computación para debuxar e integrar os picos e para atopar as correspondencias do espectro de espectrometría de masas coa biblioteca de espectros.

AplicaciónsEditar

En xeral, as substancias que se vaporizan por debaixo dos 300 °C (e por tanto, son estables ata esa temperatura) poden medirse cuantitativamente. Tamén cómpre que as mostras non conteñan sales; non deberían conter ións. Poden medirse cantidades moi pequenas dunha substancia, pero a miúdo requírese que se mida a mostra en comparación cunha mostra que contén a substancia que se sospeita que existe, pero en forma pura, coñecida como estándar de referencia.

Poden utilizarse varios programas de temperatura que fan que as lecturas sexan máis significativas; por exemplo para diferenciar entre substancias que se comportan de xeito similar durante o proceso de cromatografía de gases. Os profesionais que traballan coa cromatografía de gases analizan o contido dun produto químico, por exemplo para asegurarse da calidade dos produtos na industria química; ou medindo substancias tóxicas no solo, aire ou auga. A cromatografía de gases é moi precisa cando se usa correctamente e pode medir picomoles dunha substancia en 1 mL de mostra líquida, ou concentrcións de partes por mil millóns (10-9) en mostras gasosas.

En cursos prácticos universitarios, os estudantes con frecuencia familiarízanse coa cromatografía de gas estudando o contido do aceite de lavanda ou medindo o etileno que segrega a planta Nicotiana benthamiana despois de danar artificailmente as súas follas. Estas cromatografías de gases analizan hidrocarburos (C2-C40+). Nun experimento típico utilízase unha columna empaquetada para separar os gases lixeiros, que son despois detectados cun TCD. Os hidrocarburos sepáranse usando unha columna capilar e detéctanse cun FID. Unha complicación que se pode presentar nas análises de gases lixeiros que inclúen H2 é que o He, que é o portador inerte máis común e máis sensible (a sensibilidade é proporcional á masa molecular), ten unha condutividade térmica case idéntica á do hidróxeno (é a diferenza en condutividade térmica entre dous filamentos separados nun arranxo de tipo Ponte de Wheatstone o que indica cando eluiu un compoñente). Por esta razón, son comúns os instrumentos TCD duais usados cunha canle separada para o hidróxeno que usan nitróxeno como portador. O argon é ás veces utilizado cando se analizan reaccións químicas en fase de gas como a síntese F-T, para que se poida usar un só gas portador en vez de dous separados. A sensibilidade é reducida, mais isto é un prezo que se paga para poder usar un gas cuxa subministración é menos complicada.

A cromatografía de gases úsase amplamente en ciencia forense. Disciplinas tan diversas como a identificación e cuantificación de doses de drogas sólidas (antes do consumo), investigación de incendios provocados, análise de mostras de pinturas e casos toxicolóxicos empregan a cromatografía de gases para identificar e cuantificar varios espécimes bolóxicos e probas no lugar dun crime.

NotasEditar

  1. 1,0 1,1 1,2 Pavia, L., Gary M. Lampman, George S. Kritz, Randall G. Engel (2006). Introduction to Organic Laboratory Techniques (4th Ed.). Thomson Brooks/Cole. pp. 797–817. ISBN 978-0-495-28069-9. 
  2. "Gas Chromatography". Linde AG. Arquivado dende o orixinal o 17 de xullo de 2013. Consultado o 11 March 2012. 
  3. Grob, Konrad (1997). "Carrier Gases for GC". Restek Advantage, Restek Corporation. Consultado o March 9, 2016. 
  4. "Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft v.24 1906.". HathiTrust (en inglés). Consultado o 2019-04-19. 
  5. Ettre, Leslie S. (2008). "The Beginnings of Gas Adsorption Chromatography 60 Years Ago". LCGC North America. 
  6. R. A. Dewar; McWILLIAM, I. G. (March 1958). "Flame Ionization Detector for Gas Chromatography". Nature (en inglés) 181 (4611): 760. Bibcode:1958Natur.181..760M. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/181760a0. 
  7. Carvalho, Matheus (2018). "Osmar, the open-source microsyringe autosampler". HardwareX 3: 10–38. doi:10.1016/j.ohx.2018.01.001. 
  8. Chasteen, Thomas G. "Split/Splitless and On-Column Gas Chromatographic Injectors". Consultado o October 6, 2019. 
  9. Wolfgang Vogt, Karl Jacob, Hans Werner Obwexer. Sampling method in capillary column gas—liquid chromatography allowing injections of up to 250 μl. Journal of Chromatography A Volume 174, Issue 2, 1 July 1979, Pages 437-439 [1] [2]
  10. [https://www.glsciences.eu/html/ptv-injection.html PTV inlet for gas chromatography] GL Sciences
  11. "Gas Chromatography". ACRF. Consultado o 11 March 2012. 
  12. 12,00 12,01 12,02 12,03 12,04 12,05 12,06 12,07 12,08 12,09 12,10 12,11 12,12 12,13 12,14 12,15 Harris, Daniel C. (1999). "24. Gas Chromatography". Quantitative chemical analysis (Chapter) (Fifth ed.). W. H. Freeman and Company. pp. 675–712. ISBN 978-0-7167-2881-8. 
  13. 13,00 13,01 13,02 13,03 13,04 13,05 13,06 13,07 13,08 13,09 13,10 13,11 13,12 13,13 13,14 13,15 Higson, S. (2004). Analytical Chemistry. OXFORD University Press ISBN 978-0-19-850289-0
  14. Dauenhauer, Paul (January 21, 2015). "Quantitative carbon detector (QCD) for calibration-free, high-resolution characterization of complex mixtures". Lab Chip 15 (2): 440–7. PMID 25387003. doi:10.1039/c4lc01180e. 
  15. Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; James Holler, F.; Crouch, Stanley R. (2013-01-01). Fundamentals of analytical chemistry. Skoog, Douglas A.,, West, Donald M.,, Holler, F. James,, Crouch, Stanley R. (Ninth ed.). Belmont, CA. ISBN 9780495558286. OCLC 824171785. 
  16. Schug, Kevin A.; Sawicki, Ian; Carlton, Doug D.; Fan, Hui; McNair, Harold M.; Nimmo, John P.; Kroll, Peter; Smuts, Jonathan; Walsh, Phillip; Harrison, Dale (1834). "Vacuum Ultraviolet Detector for Gas Chromatography". Analytical Chemistry 86 (16): 8329–35. PMID 25079505. doi:10.1021/ac5018343. 
  17. "Ionization-based detectors for gas chromatography". Journal of Chromatography A 1421: 137–153. 2015-11-20. doi:10.1016/j.chroma.2015.02.061. 
  18. Grob, Robert L.; Barry, Eugene F. (2004). Modern Practice of Gas Chromatography (4th Ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-22983-4. 

Véxase taménEditar

Outros artigosEditar

Ligazóns externasEditar