Este documento describe los principios y componentes básicos de la cromatografía de gases. Explica que la cromatografía de gases utiliza un gas inerte como fase móvil y una fase estacionaria sólida o líquida inmovilizada. También describe los diferentes tipos de detectores comunes como el detector de conductividad térmica y el detector de ionización de llama, así como los sistemas de inyección y columnas utilizados.

1. Cromatografía de gases
Cromatografía gas-sólido
Cromatografía gas-líquido (líquido inmovilizado
en un sólido inerte)
Federico Williams
fwilliams@qi.fcen.uba.ar

2. Equipamiento
presión de entrada 10-50 psi
caudal (columna rellena) 25-150 ml/min
caudal (columna abierta) 1-25 ml/min
Gas portador inerte: H2, He, N2
P
PP
T
T
FF
OHC
m
)( 2
−
××=
T entre 0 y 400 ºC
~ punto de ebullición de la muestra

3. Sistemas de inyección de muestra
Inyector de vaporización instantánea Válvula rotatoria
Tamaño de muestra: columnas rellenas
20 μl, columnas capilares 10-3 μl.
Se reducen los errores del tamaño de
muestra hasta un 0.5 %.

4. Sistemas de detección
Características deseables
•Sensibilidad (10-15 a 10-8 gr / s)
•Estabilidad y reproducibilidad
•Respuesta lineal extendida a varios órdenes de magnitud
•Rango de temperaturas (T ambiente hasta 400 ºC)
•Respuesta rápida e independiente del caudal
•Manejo sencillo
•No destructivo
Además:
Respuesta igual para todos los analito, o bien, respuesta
selectiva

5. Tipos de detectores
Conductividad térmica (TCD)
Ionización de llama (FID)
Emisión atómica (AED)
Captura de electrones (ECD)
Quimioluminiscencia de azufre (SCD)
Termoiónicos (TID)
Fotométrico y fotoionización (FPD)
Además:
Acoplamiento con espectrómetro de masas
Acoplamiento con espectrómetro IR

6. Detector de Conductividad térmica
Mide cambios en la conductividad térmica de los
gases debido a la presencia del analito.
La conductividad térmica del H2 y He es mucho
mayor que la de moléculas orgánicas. Por lo
tanto la presencia de moléculas orgánicas causa
un aumento de T en el filamento, modificando su
resistencia.
Cambio en resistencia se mide en relación a una
referencia (solo gas portador) de esto modo se
compensan los efectos de variación de caudal,
presión y potencia eléctrica.
Ventajas:
1. Amplio intervalo lineal (~105)
2. Respuesta universal
3. No destructivo
Desventaja:
1. Sensibilidad relativamente baja (10-8 gr soluto
/ ml gas portador)
Por lo tanto no pueden utilizarse con columnas
capilares.

7. Detector de Ionización de llama
Corriente es proporcional al número de
iones que se producen que es
proporcional al número de átomos de
C reducidos en la llama.
• Sensibilidad (10-13 g/s)
• intervalo de respuesta lineal (107)
• Señal depende del número de
átomos de C que entra al detector por
unidad de tiempo, es un detector
sensible a la masa y no a la
concentración.
• grupos funcionales carbonilo, amino,
alcohol (casi) no producen iones en la
llama entonces poco sensible.
• Insensible: H2O, CO2, SO2, NOx
• Detector destructivo

8. Detector de captura de electrones
Se generan electrones utilizando una fuente radioactiva (63Ni emisor β)
Moléculas orgánicas capturan los electrones y disminuye la corriente
• Simple y confiable
• Respuesta selectiva: Sensible a grupos electronegativos como halogenos, peroxidos,
quinonas y grupos nitro.
• Insensible a aminas, alcoholes e hidrocarburos
• Rango de respuesta lineal reducido (102)
Uso para detectar insecticidas, pesticidas y bifenilos policlorados: muestras ambientales

9. Detector de emisión atómica
Plasma de He atomiza los elementos en la muestra, excita
el sistema electrónico del átomo y así se obtienen los
espectros de emisión atómica de los elementos presentes.
Se utiliza un espectrómetro que detecta la radiación en el
rango 170 nm-780 nm.

10. Ejemplo de uso del detector de emisión atómica

11. Otros Detectores
Detector de quimioluminiscencia de azufre: El efluente pasa por una llama, luego se
mezclan los gases con ozono. Reacción de compuestos con azufre y ozono. La intensidad
de fluorescencia resultante es proporcional a la concentración de azufre. (mayor rango
lineal y sensibilidad que FPD)
Detector termoiónico: Es un detector selectivo a los compuestos que contienen P y N.
(respuesta a P 10 veces mayor que a N y 105 veces mayor que a C). El efluente pasa por
una llama, luego se forma un plasma que contiene iones formados a partir de P y N y se
mide la corriente que se usa para determinar compuestos que contienen P o N.
Detector fotométrico de llama: Detector selectivo a los compuestos que contiene S y P.
El eluyente se hace pasar por una llama, la cual convierte parte del P en HPO que emite
bandas en 510 y 526 nm. El azufre se convierte en S2 el cual emite en 394 nm.
Detector de fotoionización: El eluente de la columna se irradia con un haz intenso de
radiación UV (energía entre 8.3 y 11.7 eV) que ioniza las moléculas. Al aplicar un potencial
a través de la celda que contiene los iones producidos se origina una corriente de iones, la
cual es amplificada y registrada.
Acoplamiento con métodos espectroscópicos: GC/MS, GC/IR

12. Métodos acoplados: CG – espectrometría de masas
(GC/MS)
Aumenta el momento lineal de las moléculas más pesadas
Señal del pico 12

13. Métodos acoplados: CG – IR
Es crítica la interfase de acoplamiento entre la columna y el detector. Un tubo de 10 a 40 cm
de longitud y de 1 a 3 mm de diámetro interno se conecta a la columna mediante un tubo
estrecho. Se calienta el tubo para evitar la condensación de los componentes de la muestra.

14. Columnas para CG
Capilares/Abiertas:
Columna abierta de pared recubierta (WCOT):
capilares con la pared interna recubierta de una
fina capa de fase estacionaria. (incluyen a las
columnas abiertas de sílice fundida (FSOT)).
Columna abierta con soporte recubierto (SCOT) la
superficie interna del capilar está recubierta de
una capa delgada de un material soporte (30 <
μm) que contiene la fase estacionaria.
Rellenas: tubo de vidrio, metal o teflón, longitud de 2 a 3 m y diámetro interno de 2 a 4 mm.
Se rellenan con un soporte sólido que se recubre con una capa delgada (0.05 a 1 μm) de
fase estacionaria líquida. Los tubos se configuran en forma helicoidal con un diámetro de
unos 15 cm. El material soporte sirve para retener la fase estacionaria líquida y dar la mayor
superficie de contacto con la fase móvil. Consiste de pequeñas partículas esféricas, debe ser
inerte a altas T y humectarse con la fase líquida. La eficacia aumenta cuando disminuye el
tamaño de las partículas del soporte, sin embargo, la diferencia de presión necesaria para
mantener un determinado caudal varía inversamente con el diámetro de partícula. Esto limita
el tamaño de partículas al rango 150-250 μm.

15. Propiedades y características de las
columnas para CG
Se debe reducir el tamaño de muestra inyectada y se requiere un sistema de detección más
sensible con un tiempo de respuesta más rápido en las columnas abiertas

16. Material de la columna: vidrio – cuarzo → polar → adsorción de
analitos polares → picos distorsionados desactivación (protección)
Si
O
O
O
O
OH
Si OH
Si OH
Si OH
Si OH
Adsorción sobre los rellenos de la columna o
paredes de la columna capilar
+ Si
CH3
CH3
ClCl
+ H3C OH
Si
O
O
O
O
O
Si O
Si O
Si O
Si O
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
Eliminamos los problemas de adsorción, columna protegida: no hay adsorción de
sustancias polares o polarizables

17. Propiedades de la fase estacionaria líquida
Propiedades de la fase líquida inmovilizada en una columna:
1.Baja volatilidad (el punto de ebullición debe ser al menos 100 ºC mayor que
la máxima T de trabajo).
2.Estabilidad térmica
3.Químicamente inerte
4.Características de disolvente tales que los valores de k´y α de los solutos a
resolver estén en un intervalo conveniente y para que los tiempos de
retención sean adecuados.
Las fases estacionarias polares contienen grupos como –CN. –CO y –OH,
como por ejemplo las fases poliésteres. Las fases no polares son del tipo
hidrocarbonado y dialquilsiloxanos. Generalmente la polaridad de la fase
estacionaria debe ser parecida a la de los componentes de la muestra.
Cuando la igualdad es buena, el orden de elución viene determinado por el
punto de ebullición de los compuestos a eluir.
El espesor de las fases estacionarias varía entre 0.1 a 5 μm. Las películas
gruesas se utilizan con analitos muy volátiles debido a que retienen más a los
solutos. Por el contrario las películas delgadas se utilizan para separar
especies de baja volatilidad.

18. Para evitar el sangrado de la fase estacionaria (se pierde una parte muy pequeña de la fase
durante el proceso de elución) las mismas se entrecruzan y/o enlazan. El enlace implica la
unión química de una capa monomolecular a la superficie de la sílice de la columna. El
entrecruzamiento implica la unión covalente entre las cadenas del polímero.
Fases estacionarias líquidas

19. Cromatogramas obtenidos con distintas
columnas capilares

20. Fases estacionarias quirales
El uso de fases estacionarias quirales derivadas de aminoácidos
permite la separación de enantiómeros

21. Tamices moleculares
Materiales porosos, se clasifican según el diámetro máximo de las
moléculas que pueden penetrar los poros: 4, 5, 10 y 13 Å y separan
las moléculas de acuerdo al tamaño que poseen.