Este documento describe la historia y componentes básicos de la cromatografía de gases. Explica que la CG separa los componentes de una mezcla de gases o vapores mediante la interacción con una fase estacionaria en una columna cromatográfica. También describe los tipos de columnas, fases estacionarias, sistemas de inyección y otros componentes clave del instrumento de CG.

1. INSTRUMENTACIÓN
CROMATOGRAFÍA DE GASES
(GC)
María Elena Cuellar Azuero
María Camila Rodríguez Zorro
Rocío Esmeralda Villamil Gil

2. HISTORIA
• 1944, Concepto sugerido por Martin y Synge
• 1952, Primera publicación (Martin y James)
• 1955, Primer instrumento comercial
Richard Laurence
Archer John • 1960, Técnicas con columnas empaquetadas
Porter Martin Millington Synge
1910 - 2002 1814 - 1994
• 1958, Columnas tubulares abiertas (Golay)
• 1974, Columnas capilares de sílica (Dandeneau y Zerenner)
• 2002, Columnas capilares de alta resolución
• Detectores más sensibles (MS, FTIR, IR con T de Fourier)

3. GENERALIDADES

4. INSTRUMENTACIÓN BÁSICA
 Método de inyección
 Velocidad de flujo
 Temperatura
RENDIMIENTO

5. TIPOS DE CG
CROMATOGRAFÍA GAS- CROMATOGRAFÍA GAS-
SÓLIDO (GSC) LÍQUIDO (GLC)
• Separación basada en
absorción y desorción. • Cromatografía de partición
• FE es una capa de sólido • FE es una sustancia liquida
absorbente simple.
• Fines analíticos
 Alúmina, sílica.
• C. capilares y empaquetadas
ó un solido poroso
 Tamiz molecular C. Empaquetadas C. Capilares
FE NV, película Liquido en la pared
• Análisis de gases aéreos.
delgada sobre un interna de la C. (WCOT)
• C. empaquetadas y capilares soporte: Tierra de o en una capa de
(PLOT) diatomeas (Kieselguhr) material poroso (SCOT)

6. SISTEMA QUE PROVEE EL GAS

7. GAS PORTADOR
• Inerte
• Seco
• Puro
• Económico
• Adecuado para el detector
• Fácilmente disponible

8. GRÁFICO DE VAN DEEMTER
Tomado de: www.restek.com

9. GAS PORTADOR
Helio Hidrógeno Nitrógeno
•Caro •Fácilmente •Bajo costo
•Suministro generado •Eficiente
Finito •Tasa de flujo
•Flamable y
•Más usado explosivo lento

10. Análisis
Cromatográfico de
pesticidas
organoclorados
usando diferentes
gases portadores
Tomado de: www.restek.com

11. SISTEMA DE CONTROL
Tomado de : Skoog. Análisis Instrumental

12. CONTROL DE LA PRESIÓN
Tomado de: http://www.chem.agilent.com
2500psi - 170atm

13. REGULADOR DE MEDIDOR DE
LA PRESIÓN FLUJO
Rotámetro Medidor de Caudal
Regulador de la Presión en dos etapas de Pompas de
Jabón
• Caudal: 25-150 mL/min relleno
1-25 mL/min capilares

14. TRAMPAS
Humedad Oxigeno Hidrocarburos
Pureza: 99.9995%
(si no, purificador
de gases catalitico)
Limite de H
•↓ el agua a < 10 Tuberías : Utilizar de cobre pre-condicionado ,O2, H2O < 10
•Remueve 600
ppb
•Equipado con
mg of oxygen or2 un área ppm
•El indicador cambia g de agua superficial nylon, polietileno, o
de amarilloverdoso a plástico y de vidrio, polímero tales teflón,
Evitar de
azul a una humedad extremadamente Material: Carbon
cloruro de polivinilo
alta.
relativa de 5%. •Reduce el , Tenax ó Silica
oxygen a 15 ppb
• Reduce el ruido
para alta sensibilidad
•carbón
de los detectores. activado.

15. SISTEMA QUE PROVEE EL GAS
LABORATORIO DE ANÁLISIS Visión
de la
presión
Gas
Portador
Trampa
Vista frontal
Control del equipo
de la
presión

18.  Elemento de separación de
los componentes muestra.
 Parte más importante del
sistema.
 OJO: Elección de la columna
y las condiciones de trabajo
COLUMNA

19. COLUMNAS
Espacio • Longitud variable: <2-50 m o más
Columna
geométrico/ Tubo • Materiales:
Cromatografíca
-Acero inoxidable
-Vidrio
-Sílice Fundida
Capilares/ Empaquetada -Teflón
Tubulares -Cobre
Abiertas /Relleno
• Termostato
• Helicoides diámetros 10-30 cm
 Inertes
WCOT SCOT  Resistentes a la T° de trabajo
 Impermeables
 Flexibles

20. Columnas de Relleno o Empaquetadas
• Vidrio
• 2-3m
• Acero Inoxidable
• Cobre
Longitud
• Aluminio
• Teflón
• Sólido finamente
Tubo dividido
• Homogéneo
• Recubre con fase
• Interno: 2-4mm estacionaria
liquida ( 0,05-1
Diámetro µm)
Relleno

21. Soporte Sólido Retener y ubicar la fase estacionaria
Características:
.
 Elevada superficie especifica .
 Porosos
 Relativamente duros
 Térmicamente estables .
 Químicamente inerte  No absorción
 Tamaño de partícula uniforme
 Idealmente: partículas esférica,
uniformes
 Se puede humectar
Soporte ideal

22. Tierras de
Diatomeas Tamaño de Partícula de los
soportes
Esferas de vidrio
Diámetro 1/8 1/4 1/2
externo pulgada pulgada pulgada
Microbolas de
Polímeros orgánicos Tamaño de 80-100 60-80 40-60
partícula (malla)
Esferas de Teflón
Tamaño de
Tamaños varían partícula
entre 40-120 mallas
Sílices (420-125 µm)
Eficacia

23. Tierra de DIATOMEAS
Nombres
Registrados:
• Kieselgur
• Celite
• Chomosorb W,P,G
P: Mezcla calcinada con tierra de
diatomeas, granos duros, compuestos .
polares, interacción solutos.
w: Mezcla calcinada de un fundente
(carbonato de calcio) y la tierra de
diatomeas.
G: Mayor dureza, mas denso.

24. Tierra de DIATOMEAS
Análisis de • Lavado con ácido
Desactivación compuestos • Reacción química de los sitios activos
polares • Recubrimiento con ácidos, bases o polímeros

25. Columnas Capilares o Tubulares Abiertas
• 30m aprox • Interno: 0,2-
• Acero inoxidable
0,8mm
Longitud • Vidrio Diámetro
• Cobre
• Aluminio
• Plástico
Tubo
Separación de:
WCOT
 Mezclas complejas
 Derivados de
petróleo
SCOT  Aceites esenciales

26. WCOT Tubos capilares con la pared interna recubierta Fina
capa de fase estacionaria
Capilares de pared  Vidrio Superficie Rugosa
recubierta  Recubrimiento poliimida  Refuerzo
 Flexibles/Helicoidal
 1979 Columnas tubulares de Sílice Fundida (FSOT)
FSOT:
• Paredes más delgadas que las columnas de Vidrio
• > Resistencia Física, < Reactividad, > Flexibilidad
F. Estacionaria
Gran eficiencia

27. SCOT Pared interna recubierta por un soporte absorbente
Eficacia: WCOT > SCOT > Relleno
Capilares con soporte
recubierto + FL
PLOT
«Porous layer
SCOT
open tubular»
Soporte Sólido
* (30µm) : Diatomeas

28. FASE ESTACIONARIA
• Cromatografía Gas-Sólido  Fase estacionaria sólida
• Cromatografía Gas-Liquido  Fase estacionaria Liquida Inmovilizada
Fase Liquida
Características:
 Mojar el soporte
 Baja volatilidad
 Inerte
 Propiedad solvente
 Térmicamente estables
 Baja viscosidad
«Semejante disuelve semejante»

29. Polaridad Fase Estacionaria

30. HIDROCARBUROS DIALQUILSILOSINANOS
Siliconas
• Polimetilsilosilano R = Metilo
• Escualeno T° max trabajo 120°C
• R= fenilo, cianopropilo, trifluoropropilo,
• Grasas de Apiezón, Kovats, Apolano
etc
 Fuerzas de interacción: Dispersión
 No polares  Polaridades selectivas
 Oxidables

31. POLIFENILÉTERES POLIÉSTERES
• Santovac® 5 • Polietilenglicol Succinato (PEGS)
 Moderadamente polares  Polímeros Resinosos
 Moderadamente polares
 Fácilmente Hidrolizables y oxidables

32. POLIETILENGLICOLES • Carbowax 20, Superox-4
 Polares
 Polimerización oxido de etileno
FASES ESTACIONARIAS POLIMERIZADAS/ ENLAZADAS
 Entrecruzamiento- retículo tridimensional
 IN SITU: entrecruzamiento con polímeros ( tabla 27,2)
 Larga Duración
 Inhiben el Sangrado

33. FASES ESTACIONARIAS
QUIRALES
 Separación de enantiómeros
 Reactivo ópticamente activo Diasteroisómeros
 Columna aquiral/ líquido quiral como fase
estacionaria
Grosor Película Fase estacionaria:
 0,1-5µm
 Películas gruesas- Analitos volátiles
 Películas delgadas – Analitos baja volatilidad

34. Cuidados y Precauciones con las Columnas
Sangrado Entrecruzamiento, lavado con fase móvil
• Columnas nuevas acondicionar 48 h
Perdida de la fase estacionaria • Previamente: circulación de fase móvil
• No enfriar la columna sin terminar paso de
fase móvil
EQUIPO

35. FASE ESTACIONARIA
• Cromatografía Gas-Sólido  Fase estacionaria sólida Columnas PLOT
Polímeros Porosos
Tamices Moleculares
Características:
Características:  Bolas de polímeros porosos
 Especies polares gaseosas
 Intercambiadores de iones
silicato/aluminio
 Tamaño de poro 4,5,10,13 .
Amstrong
zeolitas

36. SISTEMA DE ENTRADA O
INYECTOR

37. ENTRADA O INYECCIÓN
• Paso crítico
 Cantidad, concentración adecuada y rápida inyección
Esparcimiento de banda
Resolución
• No degradar el rendimiento de la columna
• No discriminar los componentes de la muestra
C. Empaquetadas
C. Capilares
1 a 20 µL
0,01-1 µL
Uso de inyectores simples
• No son universales

38. INYECCIÓN PARA COLUMNAS
EMPAQUETADAS
• Es sencilla pues las cantidades son grandes No la eficacia
Material inerte:
Acero Bloque metálico (buen conductor)
inoxidable,Vidrio, niquel

39. Silicona
o
diafragma
perforable
Evita descomposición
T° >50° que la térmica por contacto
columna. con el bloque de metal

40. La aguja de la La muestra es La muestra
microjeringa inyectada y vaporizada
entra a la vaporizada arrastrada por
columna instantáneamente el gas portador

41. INYECCIÓN PARA COLUMNAS
CAPILARES
• Basados en el mismo principio de un inyector simple
• Cantidad de muestra mucho menor pues las columnas se
afectan mucho por los disolventes.
• Inyección Split
• Inyección Splitless
• Inyección con vaporización
programada con temperatura
(PTV)

42. INYECTOR SPLIT
• No existen jeringas capaces de medir cantidades menores a 0,1µL
• Inyector de C. Empaquetadas + Un sistema de división de flujo a
la salida del liner. • También llamada
válvula de aguja
• Sistema de apertura
y cierre automáticos
MICROJERINGA

43. • Bajo riesgo de anchos de banda.
• Para muestras concentradas.
• Fácil de automatizar
• Compatible con programas de T°
programada.
• No funciona para el análisis de
trazas.

44. INYECTOR SPLITLESS
• La mayoría de la muestra se dirige a la columna
• Para análisis de trazas y muestras de baja concentración
• T° es inferior al Peb del componente más volatil
• Mayor sensibilidad
• Mayor eficacia pues las de la columna
La muestra se condensa en la cabeza pérdidas
• El vapor residual causamuestra son menores. pico del ste
de la presencia de un
Se Evita: poniendo el equipo en modo split
para que este vapor salga luego de que la
muestra se ha corrido
LOS EQUIPOS DE SPLIT TRABAJAN TAMBIÉN COMO SPLITLESS

45. INYECTOR DE TEMPERATURA
PROGRAMADA
SPLIT: SPLITLESS: En columna
En frío En frío En frío
En caliente En caliente En caliente
Se calienta la
La cámara
cámara
de
Se introduce la Se retira la rápidamente
vaporización
muestra al PTU en aguja (de la usando aire
está fría ( microjeringa)
forma líquida comprimido
T°<Peb del
precalentado
ste)
electricamente
MUSTRAS DILUÍDAS => Método de eliminación del solvente

46. INYECTORES PARA MUESTRAS
GASEOSAS
Jeringas: impermeables con émbolos y cilindro de teflón
No se asegura la introducción de volúmenes medidos exactamente
VÁLVULAS ROTATORIAS

47. INYECCIÓN POR DESORCIÓN
TÉRMICA
Componentes orgánicos
volátiles atrapados
POLIMEROS POROSOS
Análisis de:
TAMICES MOLECULARES
• Respiración humana
CARBÓN GRAFITO
• Aire ambiental.
Las buenas
cuantificaciones
dependen de la
desorción total

48. INYECTORES HEAD-SPACE
Análisis de:
• Contaminantes
volátiles de muestras
solidas y líquidas

49. HEAD-SPACE POR PRESURIZACIÓN

50. INYECTOR DEL LABORATORIO
Inyector Split/Splitless
Generalmente 150°C
Radio de Split 50:1

51. AUTOMUESTREADORES

52. PIROLISIS
• Transformación química de la muestra (T°>T°ambiental)
• Pirolizador • Polímeros
• Polisacáridos
Cromatograma
(Horno T° 400- • Ligninas
Muestra con Descomposición
Volatilización o (Huella digital para
compuestos de semi-volatilización el compuesto
alto PM 1000°C)
• Suelos original)
• Lodos
• • Sedimentos Marinos
Pirolizadores de Platino calentado por resistencia
Amplio rango de compuestos y mayor velocidad
• Pirolizadores del punto de curie
Alto rendimiento

53. HORNOS

54. Wang A, Tolley HD, ML Lee, Gas chromatography using resistive heating technology

55. TIPOS DE HORNOS
Convencional “Flash” Microondas IR Climatizada
•Bobina de alta •Corriente •Solo Calienta la •Lámpara de
capacidad térmica electrica calienta columna halogeno 150W.
material conductor
•Suspención de la
cercano a la •Control de T
columna en el hasta
horno columna •↓t de análisis
1000 C/min
•50-450°C •↓ análisis en
factor de 10 •Enfriamiento
•Requiere sistema • 10 C/s rápido
de enfriamiento 300 C/min

56. CONTROL DE TEMPERATURA
Afecta: Con una Óptima temperatura se obtiene:
• Retención • Buena separación
• Selectividad • Tiempo razonable
Temperatura del Inyector
Temperatura de la columna
Temperatura del Detector

57. TIPOS DE CONTROL DE TEMPERATURA
Isotermica Programada(PTGC)
• Temperatura promedio • Cambio a partir de una
de ebullición. T lineal y se va
aumentando
constantemente.
• Mezclas simples.
• Una o varias rampas
• Problemas en el tiempo según la mezcla que se
de análisis desee separar.
• T es igual para inyector, • Ajustar tiempos y
columna y detector temperaturas (0,5-15
°C/min)

58. TIPOS DE CONTROL DE TEMPERATURA
T
1 rampa:
60°C (10min)
15°C/min -> 300°C
300°C (10 min)
Tomado de:http://ocw.uv.es/ocw-formacio-permanent/2011-1-35-Presentacion2.pdf

59. Comparación de
temperatura
isotérmica (a)
vs temperatura
programada(b)
en la separación
de n-parafinas
Tomado de: Ewing’s Analytical Instrumentation Handbook

60. PTGC
1.Buena herramienta de
REQUISITOS DE PTGC
1.Más compleja exploración (rápido)
1. Gas portador seco
instrumentación requerida
2. Temperatura programador
DESVENTAJAS
2. Reducción de los tiempos de
análisis de muestras complejas
VENTAJAS
2. Señales de ruido a altas
temperaturas 3. Tres hornos separados
(inyección, la columna,
3. Mejor separación de la detector)
3. Número limitado de fases amplia gama del punto de
líquidas adecuadas ebullición
4. Controlador de flujo
(diferencial neumático o
4. Límites, formas mejoradas electrónico)
4. Puede ser más lento,
teniendo en cuenta el tiempo de detección de pico, y la
precisión, especialmente para
de enfriamiento
los fines de 5. Columna de doble
picos de elución indemnización o columna para
eliminar la deriva
5. Medio excelente de limpieza
columna 6. Fase líquida adecuada

62. Detector de Conductividad Térmica
• Catartómetro
• TCD
• Filamento: platino, oro, tungsteno
• Cambios de conductividad
térmica
 No destructivo
 Respuesta universal
 Detector de conductividad térmica
modulado de filamento único
Puente de
Wheatstone

63. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA RELATIVA DE ALGUNOS
GASES
Gas Conductividad Térmica
relativa
• Mas liviano el gas
Tetracloruro de carbono 0.44 conductor mejor
conductor de
Benceno 0.88
calor
Hexano 1.00
Argón 1.04 • 10-30 ml/min
Nitrógeno 1.50 • T°: >25-50° de la
Helio 8.32 columna
Hidrogeno 10.68

64. Detector de Ionización de llama
• FID
• Mas empleado
 Sensible a compuestos orgánicos
 Amplio intervalo de Rta
 Bajo ruido
 Volumen pequeño de muestra
columna capilar
 Cambios en el caudal no afectan Rta
 Detector destructivo de la muestra

65. Detector de ionización para fosforo y Nitrógeno
• Termoiónico o de llama alcalina
• Adición de sal de metales alcalinos a
la llama  incorpora esfera de
rubidio
 Mas sensible
 Detección de plaguicidas
 Manejo cuidado

66. Detector de Captura de electrones
• ECD
• Detector de ionización
• Material radioactivo Ni 63 emisión de partículas ß
• Fase móvil argón/metano
 Especifico halógenos- esteroides-peroxidos- quininonas- grupos nitro
 No destructivo

67. Detector fotométrico de llama
• FPD
• Sensible azufre y fosforo
- Fosforo HPO radiación 510-526nm
- Azufre S2 banda centrada 394nm
 Análisis contaminantes de
agua/aire

68. Detector de Fotoionización
• Radiación uv λ=149-106nm
• Energía = 8,3-11,7 Ev
 Compuestos orgánicos dan Rta
 5-10 veces mas sensible que el
ionización de llama
 $$

69. Equipo CG/EM
• Universal
• Aplicaciones cualitativas y
cuantitativas
• Columnas capilares/ relleno
 separador de chorro
• Detector de trampa de
iones ITD $$$
• Cuadrapolo 25000-50000
dólares
Espectrómetro M

70. Equipo
CG/EM

71. SEPARADOR DE SEÑAL DE SALIDA
CHORRO

72. DETECTOR DE EMISIÓN ATÓMICA
ᴗ Efluente en plasma
de Helio
ᴗ Acoplado a
espectrómetro
óptico de emisión
de diodos
ᴗ 170-780nm
ᴗ Se pueden medir la
concentración de
hasta 15 elementos
Tomada de: http://chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Instrumental_Analysis/Gas_Chromatography

73. DETECTOR DE EMISIÓN ATÓMICA
$ 9.950 USD
Tomado de :http://www.shsu.edu/~chm_tgc/AED/AED.html

74. DETECTOR TERMOIÓNICO
Tomado de:
http://www.cas.unt.edu/~./sbc001/5390/Lesson8.htm

75. SISTEMA DE RECOLECCION DE
DATOS

76. PROGRAMAS
• PRODUCTORES DE LOS EQUIPOS DE GC
• De 16 bits se paso a 32 bits
• La mayoría se diseñan para trabajar con sistema
operativo windows
• Machintosh y UNIX es mas limitado

77. FUNCIONALIDADES HOY EN DÍA
• Muestreador automático
• Análisis de datos
• Sistema de automatización
• Herramientas de validación de software
• Informes personalizados
• Seguridad definida por el usuario
• Mass transmit TM
TENDENCIA A INCLUIR UNA BASE DE
• ChromView TM
DATOS CON EL SOTWARE
• ACD/MS Manager
DE LA CROMATÓGRAFÍA
• VECTOR/TWO TM GC/LC-MS

79. DESARROLLOS
RECIENTES

80. CG RÁPIDA
Tomado de :http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-
aldrich/docs/Supelco/General_Information/t407096.pdf

81. LC-CG EN LINEA
Tomado de: Maurus Biedermann, Konrad (;rob, Dieter FriJhlich, and Werner Meier “On-line coupled liquid
chromatography-gas chromatography (LC-GC)
and LC-LC-GC for detecting irradiation of fat-containing foods”

82. CG PORTATIL
↓Tiempo de análisis
↓ Diámetro de la columna
H2 como gas portador
Otro enfoque
Columnas MC 1000 (capilares)
Tomado de: http://www.techstuff.com/inficon.htm

84. PRECIOS
$17500 USD
This Varian Cp 3800 GC .2 $38900 USD $12.500 USD $500 £
detectores: dual ,ECDs EFC Shimadzu GC-2010 Gas Agilent/HP6890N GC. ATI Unicam 610 GC
module, Dual injectors(1079 Chromatograph With Inyector, detector, Inyector Automatico
or 1177, or 1041), Dell PC GCMS-QP2010 and AOC- sistema de Detector: FID – ECD
and Software Star 5.5. 20i Auto Injector automuestreo aparte Columna capilar
Tomado
Tomado http://www.labx.com/v2/categoryHome.cfm?parentCategoryNo=433 de:http://conquerscientific.com
Y http://www.gentechscientific.com/category/mass-spec/gcms-systems/