Columnas Capilares en Cromatografía de Gases

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Existen suficientes diferencias entre el desempeño y la instrumentación relacionadas con las columnas capilares que ameritan que lo que mejor se conoce como CROMATOGRAFÍA DE GASES DE ALTA RESOLUCIÓN reciba un capítulo dedicado.

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  • El director de mi universidad :,3
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  • Un buen trabajo, bien explicado me ha ayudado mucho para entender el manejo de las columnas capilares
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Columnas Capilares en Cromatografía de Gases

  1. 1. COLUMNAS CAPILARES EN CROMATOGRAFÍA DE GASES Willy Knedel
  2. 2. Cromatografía de Gases Empleando Columnas Capilares <ul><li>Existen suficientes diferencias entre el desempeño y la instrumentación relacionadas con las columnas capilares que ameritan que lo que mejor se conoce como CROMATOGRAFÍA DE GASES DE ALTA RESOLUCIÓN reciba un capítulo dedicado </li></ul>
  3. 3. Cromatografía de Gases Empleando Columnas Capilares <ul><li>Se requiere un instrumento que pueda manejar columnas capilares </li></ul><ul><li>Se deben considerar otros aspectos, como lo son la forma de inyectar las muestras logrando optimizar la separación </li></ul>
  4. 4. Cromatografía de Gases Empleando Columnas Capilares <ul><li>Pero, OJO, también hay formas interesantes de modificar cromatógrafos de columna empacada para manejar las columnas megaboro, un buen paso hacia el trabajo con capilares </li></ul>
  5. 5. Columnas Capilares vrs. Empacadas
  6. 6. Columnas Capilares <ul><li>Diámetro interno mucho menor </li></ul><ul><li>Longitud significativamente mayor </li></ul><ul><li>Carecen de material de empaque </li></ul><ul><li>Tienen menor capacidad de carga </li></ul><ul><li>Esto permite que los componentes residan mayor tiempo en la columna, lográndose picos de buena forma y muy definidos </li></ul>
  7. 7. Mayor sensibilidad Al ser los picos más estrechos, la sensibilidad mejora Empacada Capilar Ambos picos tienen un área de 5000 unidades arbitrarias Pero como el pico en la capilar tiene mayor altura, lo que se obtiene es una mayor relación señal/ruido
  8. 8. Columnas <ul><li>Disponibles en dos presentaciones </li></ul><ul><li>Recubiertas Sílice fundida con un revestimiento de fase </li></ul><ul><li>Enlazadas Fase química enlazada mediante uniones silano </li></ul><ul><li>Ambos tipo se hallan recubiertas por fuera con una capa de poliimida para conferirles mayor flexibilidad y otras ventajas </li></ul>
  9. 9. Factores que afectan la separación <ul><li>Longitud de la columna </li></ul><ul><li>Díametro interno de la columna </li></ul><ul><li>Espesor de la película de fase estacionaria </li></ul><ul><li>Tipo de gas acarreador </li></ul><ul><li>Velocidad del gas acarreador </li></ul><ul><li>Temperatura de la columna </li></ul>
  10. 10. Gas acarreador <ul><li>Nitrógeno Logra la menor altura equivalente a un plato teórico, a costa de la velocidad </li></ul><ul><li>Helio Mayor velocidad que el nitrógeno con pequeño incremento en la AEPT </li></ul><ul><li>Hidrógeno El mejor </li></ul>
  11. 11. Flujo vs. tipo de gas acarreador hidrógeno helio nitrógeno Todos determinados con la misma columna y muestra flujo Número de platos
  12. 13. Resolución por efecto del gas acarreador nitrógeno helio hidrógeno
  13. 14. Temperatura de la columna Presenta un efecto muy fuerte sobre el análisis La temperatura de la columna se emplea para controlar la retención de la columna Un incremento en la temperatura reduce los tiempos de retención, mas no todos los analitos son afectados con la misma intensidad
  14. 15. Efecto de la temperatura Al aumentar T , se reduce k para cada analito La intensidad de este efecto no es el mismo para todos los analitos La resolución puede mejorar o empeorar para un par crítico, e incluso el orden de elución se puede invertir Temperatura del horno Tiempo de retención
  15. 16. Dimensiones de la columna <ul><li>Espesor de la fase estacionaria </li></ul><ul><li>Díametro interno de la columna </li></ul><ul><li>Longitud de la columna </li></ul><ul><li>El espesor de la película y el diámetro interno son los que mayor impacto causan </li></ul>
  16. 17. Espesor de película de fase estacionaria y diámetro interno ( ) en fase líquida ( ) en fase gaseosa Constante de distribución K D = Constante de distribución K D = k  k = factor de retención  = relación de fases
  17. 18. Espesor de película de fase estacionaria y diámetro interno k = masa del soluto en la fase líquida masa del soluto en el gas acarreador   volumen del gas acarreador en la columna volumen de fase estacionaria en la columna
  18. 19. Espesor de película de fase estacionaria y diámetro interno  r d f = r = diámetro interior de columna espesor de la película 2d f  retención tiempo de análisis resolución
  19. 20. Regla Número 1 d f resolución d f = espesor de película
  20. 21. Regla Número 2 DI resolución = diámetro interno DI
  21. 22. Regla Número 3 d f capacidad d f = espesor de película
  22. 23. Regla Número 4 d f analitos poco volátiles
  23. 24. Regla Número 5 d f analitos volátiles
  24. 25. Longitud de la columna <ul><li>Representa el efecto menos significativo </li></ul><ul><li>La resolución es proporcional a la raíz cuadrada de la longitud </li></ul><ul><li>Si una columna de 10 metros da una resolución moderada, se necesita casi una columna de 50 metros para mejorar significativamente la resolución </li></ul>
  25. 26. Longitud de la columna
  26. 27. Longitud de columna vs. resolución DI: 0.25mm Espesor de película: 0.1  m Corrida isotérmica
  27. 28. Consideraciones instrumentales <ul><li>Al trabajar con columnas capilares, los sistemas de inyección y de detección deben de ser modificados </li></ul><ul><li>los flujos y las masas de analitos son menores </li></ul><ul><li>los picos son significativamente más angostos </li></ul>
  28. 29. Consideraciones instrumentales <ul><li>Detectores - deben de ser rediseñados para minimizar los volúmenes muertos </li></ul><ul><li>Inyectores - deben ser modificados para manejar la menor capacidad de la columna o bien para acoplarse a métodos alternos de inyeccion </li></ul>
  29. 30. Métodos de inyección <ul><li>Las columnas capilares tienen mucho menor capacidad de muestra en contraste con las empacadas (1/100 hasta 1/1000) </li></ul><ul><li>Se puede reducir la cantidad de muestra ( inyección con división de flujo ) o bien reducir la cantidad de solvente que entra a la columna ( inyección según Grob ) </li></ul>
  30. 31. Sistema de inyección a - columna b - inserto c - septum d - manómetro presión cabeza columna e - vávlula de purga f - flujo total g - flujo de septum h- flujo dividido
  31. 32. Inyección con división de flujo <ul><li>Como resulta impráctico tratar de medir con suficiente precisión cantidades menores de 1  l, lo que se hace es dividir la muestra después de la inyección, reduciendo así la masa total analito/solvente que entra efectivamente a la columna </li></ul>
  32. 33. Inyección con división de flujo <ul><li>Después de su volatilización, durante la cual se mezcla con el gas acarreador, la mayor parte del flujo se elimina por la salida exterior del divisor - es sóla un fracción de la muestra la que entra efectivamente en la columna </li></ul>
  33. 34. Inyección con divisor
  34. 35. Con división de flujo Flujo en columna Relación de división 50:1
  35. 36. Cálculo de la relación de división Relación de división = flujo salida divisor + flujo de columna flujo de columna El flujo a la salida del divisor es fácil de medir con un burbujómetro Medir el flujo de la columna resulta un tanto más complejo
  36. 37. Medición del flujo de la columna Coloque el cromatógrafo a la temperatura isotérmica deseada Inyecte butano de un encendedor común y determine su tiempo de retención Calcule el volumen de la columna según la siguiente ecuación: V = x (radio columna) 2 x longitud
  37. 38. Medición del flujo de la columna Ejemplo Para una columna de 30 m x 0.2 mm DI, el tiempo de retención para el butano fue de 1.45 minutos flujo
  38. 39. Inyección con división de flujo <ul><li>Lo fundamental es asegurar una vaporización total y una mezcla óptima con el gas acarreador en el interior del inserto, antes de la división </li></ul><ul><li>se requiere buena transferencia de calor </li></ul><ul><li>buena mezcla entre gas y muestra </li></ul><ul><li>se puede utilizar la superficie para atrapar componentes no volátiles </li></ul>
  39. 40. Insertos El inserto depende del método de inyección Debe de reemplazarse regularmente Es donde se condensa la suciedad Con división Sin división Autoinyector
  40. 41. Sobrecarga del inserto Si el volumen expandido térmicamente de la muestra es mayor que el volumen del inserto, se obtienen resultados erráticos
  41. 42. Sobrecarga del inserto Como regla general: Mantenga el volumen expandido por debajo de 500  L Expansión de solventes comunes a 250ºC y 13 psig
  42. 43. Inyección sin división de flujo <ul><li>La inyección con división de flujo se emplea cuando se tienen concentraciones altas de los analitos </li></ul><ul><li>Para el análisis de trazas se debe usar uno de los dos procedimientos </li></ul><ul><li>Sin división : toda la muestra entra a la columna </li></ul><ul><li>Sin división/con división , conocida como técnica según Grob </li></ul>
  43. 44. Inyección sin división de flujo <ul><li>Se puede catalogar como estrategia de fuerza bruta </li></ul><ul><li>Toda la muestra se introduce en la columna </li></ul><ul><li>Esto es malo para la columna y rinde resultados muy pobres </li></ul><ul><li>La gran cantidad de solvente satura la fase estacionaria y la fase móvil </li></ul>
  44. 45. Sin división/Con división <ul><li>Se inyecta la muestra cerrando la división de flujo </li></ul><ul><li>Se abre la válvula del divisor de flujo después de un lapso de tiempo </li></ul><ul><li>El objetivo es introducir la mayor cantidad posible de analitos en la columna, eliminando la mayor cantidad posible de solvente al ambiente </li></ul>
  45. 46. Sin división/Con división
  46. 47. Paso 1: Divisor de flujo cerrado Con el divisor cerrado, todo el flujo a través del inyector pasa hacia la columna La presión a la cabeza de la columna se mantiene haciendo pasar el flujo normal hacia el exterior
  47. 48. Paso 2: Divisor de flujo abierto Después de un tiempo establecido fijo, se abre el divisor de flujo Cualquier componente residente en el inyector es empujado hacia el exterior
  48. 49. Cómo funciona ? <ul><li>El solvente debe de ser más volátil que los analitos de interés </li></ul><ul><li>La temperatura inicial de la columna debe de ser 5 a 10 ºC menor que el punto de ebullición del solvente </li></ul><ul><li>La temperatura del inyector debe ser suficiente para volatilizar todos los analitos de interés </li></ul>
  49. 50. Bajo las condiciones antes descritas, sólamente un pequeña fracción del solvente entra a la columna. Allí actúa como trampa para los analitos, ayudando a “enfocarlos”, es decir a lograr bandas estrechas de aplicación que se traducen en picos estrechos
  50. 51. Enfocando <ul><li>Existen tres procedimientos para enfocar : </li></ul><ul><li>Enfoque con solvente : los analitos se disuelven en el solvente condensado </li></ul><ul><li>Enfoque con fase estacionaria : los analitos se disuelven en la fase estacionaria </li></ul><ul><li>Enfoque por temperatura : los analitos se condensan al inicio de la columna por la baja temperatura </li></ul>
  51. 52. Enfoque con solvente Solvente y analitos entran a la columna El solvente satura el inico de la columna dando un lugar para que se disuelvan los analitos Se abre el divisor, no entra más solvente , el solvente se evapora al incrementarse la temperatura de la columna Los analitos quedan concentrados en una banda angosta al incio de la columna
  52. 53. ºC Temperatura inicial de columna
  53. 54. Tiempo de purga (divisor abierto) <ul><li>Dejar suficiente tiempo para que los analitos de interés entren a la columna </li></ul><ul><li>Si el tiempo es excesivo, entra demasiado solvente a la columna y el enfoque de bandas angostas se pierde </li></ul><ul><li>El tiempo óptimo se logra mediante una serie de inyecciones, haciendo variar el tiempo de purga </li></ul>
  54. 55. Tiempo de purga El tiempo óptimo, es cuando todos los analitos de interés presentan una respuesta máxima Esto se logra típicamente entre 30 a 60 segundos Tiempo de purga (seg) Área de pico

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