Fundamentos de la cromatografía de gases PDF

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Summary

• Integra los elementos estructurales de un cromatógrafo de gases
• Calcula los parámetros cromatográficos a partir de la información experimental proporcionada
• Interpreta los resultados obtenidos y selecciona las condiciones experimentales para el análisis de una muestra
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Description

Análisis instrumental

Práctica No. : “1” “Cromatografía de gases 1”

Objetivo:   

Integra los elementos estructurales de un cromatógrafo de gases Calcula los parámetros cromatográficos a partir de la información experimental proporcionada Interpreta los resultados obtenidos y selecciona las condiciones experimentales para el análisis de una muestra

Resumen de la investigación teórica 1. Fundamento de la cromatografía y su clasificación con respecto a

la fase móvil y a la estacionaria R= Se fundamenta en poner en contacto dos fases o componentes mutuamente inmiscibles, que no reaccionen químicamente, una de las cuales es móvil y la otra estacionaria. La fase estacionaria, un líquido, un sólido o un gel, está contenida en una probeta de largo cuello (llamada colector), formando una columna. La fase móvil consiste en una disolución de material que se desea analizar en un disolvente apropiado que no se absorba a la fase estacionaria. A medida que la fase móvil pasa a través de la fase estacionaria, se va produciendo una absorción selectiva: aquellos componentes de la fase móvil que muestren mayor afinidad de absorción con la fase estacionaria quedaran retenidos en las capas superiores de la columna, y aquellos que muestren menor afinidad se absorberán más tarde, mas abajo en la columna. Se clasifican en:  Intercambio iónico  Partición o reparto  Adsorción  Filtración por gel o exclusión molecular

2. A) Clasifica las columnas cromatográficas. R=  Columnas empacadas  Capilares o tubulares abiertas B) Menciona por lo menos 5 características para las columnas cromatográficas. R=  Están hechas de acero inoxidable, vidrio, sílice, fundida o teflón  La longitud va de menos de 2m hasta 60m  Se arreglan como bobinas de diámetros de 10 a 30 cm  La columna se aloja a una temperatura regulada  La temperatura de la columna depende del punto de ebullición de la muestra y del grado de separación que se busca 3. Para los métodos de cromatografía de gases:

a) ¿Cómo se selecciona una columna? R= Elegir la mejor fase estacionaria, el espesor de la película de la columna, el diámetro y longitud de la columna,

b) Describe el proceso de medición de los diferentes tipos de muestras: sólidas, líquidas y gaseosas R=

 Se utilizan micro jeringas calibradas para inyectar muestras líquidas a través de un diafragma de goma o de silicón, en un puerto calentado para la muestra localizado en la parte superior de la columna. Este puerto se mantiene generalmente alrededor de más de 50 ºC por encima del punto de ebullición del componente menos volátil de la muestra.

 Para introducir gases se utiliza una válvula de muestreo. Con estos dispositivos, los tamaños de las muestras pueden ser reproducidos a más de 0.5% relativo.  Las muestras sólidas son introducidas como disoluciones, o bien, se sellan en viales de paredes delgadas que pueden ser insertados en la parte superior de la columna y pueden ser triturados desde el exterior.

c) ¿Cómo se selecciona un detector? R= Debe tener sensibilidad

adecuada de 10−8 𝑎 10−15 g soluto/s, de igual manera debe de tener una buena estabilidad y reproducibilidad, un intervalo de temperatura que va desde temperatura ambiente hasta 400 °C, un tiempo de respuesta corto, alta confiabilidad y facilidad de uso y debe ser no destructivo con la muestra.

4. La temperatura de la columna, el flujo del gas de arrastre, el

volumen de muestra y la naturaleza de la fase estacionaria, son algunos de los factores en las separaciones por cromatografía de gases; explica la influencia de cada uno de ellos. R= 

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La temperatura de la columna se ve afectada por el punto de ebullición de la muestra, de tal forma que la muestra pueda evaporarse, obteniendo de esta manera el grado de separación buscado El gas de arrastre o transportador debe ser químicamente inerte y de alta pureza. De tal manera que no interfiera en el análisis y permita que los datos se recolecten de manera correcta. El rango de volumen de muestra para líquidos es de 1 a 10 L y para gases es de 1 mL. Las muestras sólidas se introducen como disoluciones con la ayuda de una jeringa al igual que los líquidos; para gases se utiliza una válvula de muestreo. Es importante la cantidad de muestra para evitar que la columna se atasque. La fase estacionaria en cromatografía es aquella que está fija en su lugar, ya sea dentro de una columna o sobre una superficie plana. Es importante la clase de la fase estacionaria dependiendo de la muestra

que se analizará, debido a la naturaleza de la misma y que una buena elección de fase estacionaria nos dará mejores resultados.

5. ¿Qué es un cromatograma, cómo se elabora y qué información analítica proporciona? R= Un cromatograma es una gráfica de tiempo (min) vs respuesta del detector. Esta gráfica es útil para para los análisis tanto cualitativos como cuantitativos en donde los máximos de los picos en el eje del tiempo se utilizan para identificar los componentes de la muestra, mientras que las áreas debajo de los picos proporcionan una medida cuantitativa de la cantidad de cada especie en la muestra.

Define los siguientes parámetros cromatográficos, y expresa la ecuación para su cálculo a partir de un cromatograma 1. Tiempo de retención y tiempo muerto. R=  

El tiempo de retención es el tiempo transcurrido desde la inyección de la muestra hasta la elución máxima del pico cromatográfico El tiempo muerto es el tiempo necesario para que una especie no retenida por la columna alcance el detector

2. Tiempo de retención corregido R= 

Tiempo de retención corregido es el tiempo en el que un componente pasa en la fase estacionaria 𝑡′𝑅(𝐴) = 𝑡𝑅(𝐴) − 𝑡𝑜

3. Factor de capacidad R= 

Es la cantidad de soluto en equilibrio en las fases líquidas y gaseosas. Nos dice la velocidad a la que migran los componentes en la columna. 𝑡𝑅(𝐴) − 𝑡𝑜 𝑡′𝑅(𝐴) 𝑘′(𝐴) = = 𝑡𝑜 𝑡𝑜

4. Número de platos teóricos R=



Número de regiones de la columna en donde el analito están en equilibrio entre la fase móvil y la estacionaria, en una longitud dada de la columna 𝑡𝑅 2 𝑁 = 16 ( ) 𝑤

𝑁′

𝑡′𝑅 = 16 ( ) 𝑤

2

w=ancho de la base del pico 𝑡𝑅 y w deben estar en las mismas unidades:distancia (cm o mm) o tiempo (min o seg).

5. Altura equivalente de cada plato teórico R= 

Longitud de la columna necesaria para generar un plato 𝐿 𝐿 𝐴𝐸𝑃𝑇 ′ = ′ 𝐴𝐸𝑃𝑇 = 𝑁 𝑁 L= longitud de la columna (cm o mm). La eficiencia de la columna aumenta cuando aumenta N y disminuye AEPT

6. Selectividad o retención relativa R= 

Relación del tiempo que dos compuestos permanecen en la fase estacionaria. Mide la selectividad de la fase estacionaria respecto a dos componentes. A mayor valor de α, mayor es la selectividad de la fase estacionaria y más fácil la separación de ambos componentes. 𝑡 ′ 𝑟(𝐵) 𝑡𝑟(𝐵) − 𝑡𝑜 𝐾𝐵 𝛼= ′ = = 𝑡 𝑟(𝐴) 𝑡𝑟(𝐴) − 𝑡𝑜 𝐾𝐴 Donde “B” es la especie más retenida y “A” es la especie menos retenida

7. Factor de asimetría (T o As) R= Anchura media posterior (β) de pico, al 10% de la altura del mismo, dividida entre la correspondiente anchura media frontal (α) 𝐴𝑠 = 𝛽/𝛼

Fundamento y diagrama descriptivo de un cromatógrafo de gases.

La cromatografía de gases se fundamenta en que para que ocurra la separación, la polaridad de la fase estacionaria debe corresponder con la de los componentes de la muestra, donde esta fase disuelve reversiblemente estos componentes haciendo que sea una prueba no destructiva. Al realizar esta separación de los componentes, la muestra es vaporizada e inyectada en la parte superior de una columna, donde la elución se da por el flujo de una fase móvil inerte gaseosa, donde esta fase no interactúa con el analito y su única función es transportar el analito a través de la columna

Fundamento y diagrama conductividad térmica

descriptivo

de

un

detector

de

Este dispositivo consiste en una fuente calentada eléctricamente cuya temperatura, depende de la conductividad térmica del gas circundante. Con frecuencia se utilizan cuatro elementos de resistencia sensibles a la temperatura. Un par de referencia se localiza por delante de la cámara de inyección de la muestra y un par de la muestra se localiza inmediatamente después de la columna. Estos elementos pueden ser un alambre fino de platino, oro o tungsteno, o bien, un pequeño termistor. Las conductividades térmicas de helio e hidrógeno son aproximadamente entre seis y diez veces mayores que aquellas de la mayoría de los compuestos orgánicos. Por lo tanto, incluso las pequeñas cantidades de especies orgánicas causan disminuciones relativamente grandes en la conductividad térmica del efluente de la columna, resultando en un aumento considerable en la temperatura del detector. La detección por conductividad térmica es menos satisfactoria con los gases acarreadores cuyas conductividades térmicas se asemejan a las de la mayoría de los componentes de la muestra....