instrumetal cromatografia de gases

1. ANÁLISIS INSTRUMENTAL - LABORATORIO
SESIÓN 13: CROMATOGRAFÍA DE GASES

2. Al término de la sesión, el
estudiante comprende y aplica los
principios básicos de la
cromatografía de gases.

3. INTRODUCCIÓN A LA
CROMATOGRAFÍA
La cromatografía agrupa un conjunto importante y diverso de métodos que facilitan la separación,
identificación y determinación de componentes estrechamente relacionados en mezclas complejas;
muchas de dichas separaciones son imposibles por otros medios

4. INTRODUCCIÓN
SEPARACIÓN DE COMPUESTOS
Índice
Tiempo (t)
Separación (tr2-tr1)
Anchura de pico (Wb1,2)
Flujo de gas portador
Los compuestos se separan debido a sus diferentes afinidades a la columna durante
la fase estacionaria. Los compuestos con menor afinidad eluirán antes de la
columna, mientras que aquellos que posean una mayor afinidad eluirán más tarde.

6. INTRODUCCIÓN
¿QUÉ SUCEDE EN EL INTERIOR DE LA COLUMNA GC?
En la cromatografía de gases se utiliza una
fase móvil gaseosa para transportar la
muestra a través de la columna, que puede
estar rellena o tener revestida la superficie
interior.
Al calentar la columna GC, los compuestos
comienzan a separarse en función de su
punto de ebullición. Si se cambia la columna
por otra que contenga una fase estacionaria
polar, se modificará la capacidad de
separación. Los compuestos se separarán de
acuerdo con su punto de ebullición
y su polaridad.
Columnas GC
Índice

7. INTRODUCCIÓN
¿QUÉ SUCEDE EN EL INTERIOR DE LA COLUMNA?
tr2-tr1
Separación de mayor calidad Separación de menor calidad
Separación de mayor calidad Separación de menor calidad
Wb1 Wb2
Wb1
Wb2
frente a
frente a
tr2-tr1
Índice

8. PARÁMETROS CLAVE
TIEMPO DE RETENCIÓN Y ANCHURA DE PICO
tr1
tr2
Wb1 Wb2
W1/2
h
t
tri Tiempo de retención del
compuesto "i"
W1/2 Anchura de pico a la
mitad de la altura
Wbi Anchura de pico en la
línea de base
El tiempo de retención de un compuesto no retenido (tM o t0) también
se conoce como tiempo muerto. Las moléculas del soluto no retenido avanzan por la
columna a la misma velocidad que el gas portador.
Índice

9. CROMATOGRAFIA DE GASES

11. CROMATOGRAFIA DE GASES – FASE ESTACIONARIA
• Hay una gran cantidad de fases líquidas disponibles, y cambiando la fase líquida y no la fase móvil es como se
logran las diferentes separaciones.
• La naturaleza de la fase líquida o sólida determinará el equilibrio de intercambio con los componentes de la
muestra, que a su vez dependerá de la solubilidad o adsorbabilidad de la muestra, de la polaridad de la fase
estacionaria y de las moléculas de la muestra, del grado de enlaces de hidrógeno y de las interacciones
químicas específicas.

13. COLUMNAS EMPACADAS
• Las columnas empacadas miden en general 1 a 10 m de longitud y 0.2 a 0.6 cm de diámetro. Las columnas
bien empacadas pueden tener 1 000 platos/m, por lo que una columna normal de 3 m tendría 3 000 platos.

15. COLUMNAS CAPILARES

16. DETECTORES

17. EJERCICIO EN HOJA DE CÁLCULO: CALIBRACIÓN CON ESTÁNDARES
• Cuando se detiene a un conductor por sospecha de conducir bajo la influencia del alcohol se determina el
contenido de éste en sangre para ver si rebasa el límite legal permitido.

20. EJERCICIO EN HOJA DE CÁLCULO: CALIBRACIÓN CON ESTÁNDARES
• A una muestra de 5.00 mL de sangre de un sospechoso se le agregan 0.500 mL de un estándar interno con 1%
de propanol. Una porción de 10 L de la mezcla se inyecta al cromatógrafo de gases y se registra el área del
máximo. Los estándares se manejan del mismo modo. Se obtienen los siguientes resultados:

29. CROMATOGRAMA

31. PARÁMETROS CLAVE
FACTOR DE RETENCIÓN (K')
M
R
M
M
r
t
t
t
t
t
k
'
` =







 −
=
El factor de retención (también conocido como coeficiente de reparto
o factor de capacidad) es la relación entre los tiempos que un soluto pasa en las
fases estacionaria y móvil. Se calcula dividiendo el tiempo de retención entre el
tiempo de un pico no retenido (tM). Para un compuesto no retenido, tiene un valor
nulo (k = 0).
Dado que todos los solutos pasan el mismo tiempo en la fase móvil,
el factor de retención es una medida de la capacidad de retención
de la fase estacionaria.
Parámetros que influyen sobre el factor de retención:
• Fase estacionaria
tr Tiempo de retención
tM Tiempo de retención del pico no retenido
Índice

32. PARÁMETROS CLAVE
SELECTIVIDAD O FACTOR DE SEPARACIÓN (Α)
La selectividad es una medida del tiempo o la distancia entre dos picos.
Si α = 1, ambos picos tendrán el mismo tiempo de retención y coeluirán.
La selectividad se define como la relación de los factores de capacidad.
Parámetros que influyen sobre el factor de retención:
• Fase estacionaria
• Fase móvil
• Temperatura
a Selectividad
k1 Factor de retención del primer pico
k2 Factor de retención del segundo pico
1
2
k
k
=
a
Índice

33. PARÁMETROS CLAVE
EFICIENCIA O NÚMERO DE PLATOS TEÓRICOS (N)
• La eficiencia de la columna se utiliza para comparar el rendimiento de diferentes
columnas. Se expresa por medio del número de platos teóricos (N).
• Las columnas con un número alto de platos son más eficientes. Una columna
con un valor N alto generará picos más estrechos para un determinado tiempo
de retención que una columna con un valor N más bajo.
• Parámetros que influyen sobre la eficiencia de la columna:
• Longitud de la columna (a mayor longitud, mayor eficiencia).
• Tamaño de partícula (a menor tamaño de partícula, mayor eficiencia).
2
2
/
1
54
,
5 








=
W
t
N r
2
16 








=
b
r
W
t
N
Índice

34. PARÁMETROS CLAVE
ALTURA EQUIVALENTE A UN PLATO TEÓRICO (H)
N
L
H =
L Longitud de la columna (mm)
N Número de platos teóricos
• Otra medida de la eficiencia de la columna es la altura equivalente a un plato
teórico, que se representa como "H". Habitualmente, se expresa
en milímetros.
• Cuanto menor sea cada plato teórico, más platos "contendrá" una
determinada longitud de columna. Esto se traduce en un mayor número
de platos por metro y una mayor eficiencia de la columna.
Índice

35. PARÁMETROS CLAVE
RESOLUCIÓN: SEPARACIÓN EN LA LÍNEA DE BASE
• La resolución indica la capacidad de una
columna para separar los picos de interés.
• Sobre la resolución influyen la
eficiencia (N), la selectividad (a) y la
retención (k).
• Debe tener como mínimo un valor igual
a 1 para conseguir una separación medible
y una cuantificación suficiente.
• Se necesita un valor igual a 0,6 para que se pueda
distinguir un valle entre dos picos de la misma
altura.
• Para los métodos más robustos normalmente se
requieren valores iguales o superiores a 1,7.
• Se considera que un valor igual a 1,6 se
corresponde con una separación en línea de base
y garantiza unos resultados cuantitativos de
precisión máxima.
h
t
Rs ≥ 1,5
)
(
2
/
1 1
2
1
2
b
b
r
r
s
W
W
t
t
R
+

−
=
tri Tiempo de retención del
compuesto "i"
Wbi Anchura de pico en la base
del compuesto "i"
Índice

36. PARÁMETROS CLAVE
RESOLUCIÓN: ECUACIÓN FUNDAMENTAL
La resolución se puede aumentar mejorando cualquiera de esos parámetros:
• La selectividad es el parámetro con mayor influencia sobre la resolución.
Con pequeñas variaciones de selectividad se pueden conseguir grandes cambios en la
resolución.
• La retención influye de manera significativa cuando el valor del parámetro k
es bajo.
• La eficiencia indica el poder de separación de la columna.
Selectividad
Eficiencia Retención






+






 −

=
k
k
N
Rs
1
1
4
1
a
a
Índice

37. PARÁMETROS CLAVE
INFLUENCIA DE N, Α Y K SOBRE LA RESOLUCIÓN
• En la figura se muestra la resolución en función de la selectividad,
la eficiencia de la columna y la retención.
Índice
La selectividad produce el mayor impacto sobre la resolución:
• Cambio de la fase estacionaria.
• Cambio de la fase móvil.
Es la forma más sencilla de aumentar
el número de platos.

38. ¿CÓMO SE PUEDE INFLUIR SOBRE LA
SEPARACIÓN?
¿QUÉ ES UN “PLATO” EN CROMATOGRAFÍA?
Un plato teórico es la etapa hipotética en la cual dos fases de una sustancia (fase
líquida y fase vapor) se encuentran en equilibrio.
LC Longitud de la columna
dp Tamaño de partícula
h Altura reducida de un plato teórico
N
4
1
~
Rs
p
c
d
h
L
4
1
~

H
L
4
1
~
R c
s
Índice

39. ¿CÓMO SE PUEDE INFLUIR SOBRE LA SEPARACIÓN?
• Un número de platos (N) alto aporta las siguientes ventajas:
• picos agudos y estrechos
• mejora de la detección
• capacidad de picos que permite separar muestras complejas
• No obstante, la resolución únicamente aumenta de forma proporcional
a la raíz cuadrada del número de platos.
• RS ~ N.
• Asimismo, el aumento del número de platos viene limitado por las
condiciones experimentales.
• Por ejemplo, el tiempo de análisis y la presión.
Índice

40. ¿CÓMO SE PUEDE INFLUIR SOBRE LA SEPARACIÓN?
INTERRELACIÓN: ANCHURA DE PICO Y ALTURA REDUCIDA DE UN PLATO
TEÓRICO
h: altura reducida de un plato teórico
)
W
W
(
2
/
1
t
t
R
1
b
2
b
2
r
1
r
s
+

−
=
p
c
s
d
h
L
4
1
~
R

)
w
(
f
h =
)
w
w
w
(
f
h C
ax
eddy +
+
=
Índice

41. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
• La ecuación de Van Deemter expresa las variaciones por unidad de longitud
de una columna de separación en función de la fase móvil lineal, de forma
que tiene en cuenta las propiedades físicas, cinéticas y termodinámicas de
una separación (fuente: Wikipedia).
h = f ( wturb + wax + wC )
h= A + B/u + C u
• difusión turbulenta
• coeficiente de difusión
• resistencia a la transferencia
de masa
Índice

42. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
DIFUSIÓN TURBULENTA
wturb ~ λdp λ: calidad del relleno de la columna
Diferencias en las vías de difusión causadas por:
Trayectorias diferentes Relleno deficiente
de la columna
Distribución desigual de
tamaños de partícula
Índice

43. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
DIFUSIÓN AXIAL O LONGITUDINAL
• Aumento de la anchura de pico debido a la autodifusión del analito.
• A flujos bajos, el analito permanece en la fase móvil durante un tiempo prolongado.
• Notable aumento de la anchura de pico.
• Mayor altura de plato teórico.
Flujo
Índice

44. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
RESISTENCIAA LA TRANSFERENCIA DE MASA
wC ~ dp
2
Diferentes trayectorias de difusión
Partícula porosa
Capa estacionaria de fase móvil
Índice

45. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
Altura
reducida
de
un
plato
teórico
(h)
Flujo
Curva total (Van Deemter)
Difusión axial
Difusión turbulenta
Resistencia a la transferencia
de masa
h = A + B/u + C u
Índice

46. ECUACIÓN DE VAN DEEMTER
GAS PORTADOR
Altura
reducida
de
un
plato
teórico
(h)
sec)
/
(cm
u
N2
He
H2
La velocidad lineal (y la velocidad de flujo)
del gas portador dependen de la
temperatura de la columna. Con una
presión constante en cabeza de columna,
la velocidad lineal disminuye al aumentar
la temperatura de la columna. La mejor
forma de observar el efecto de la
velocidad lineal media del gas portador
(u) sobre la eficiencia es utilizando una
curva de Van Deemter.
opt
u OPGV
uopt: eficiencia máxima
OPGV: velocidad práctica óptima del gas
Consulte las notas para
obtener más información
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47. MÁS INFORMACIÓN
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