Partes de un cromatografo PDF

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describe breve mente las partes y funcionamiento de un cromatografo...

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Universidad Pública de El Alto

Nombre: Univ. Jhanneth Valdez Condori Docente: Ing. Mario daza blanco Materia: Ingeniería de gas natural Ii Practica: #6 RU: 14006978 CI: 10900128 Fecha: 24/05/2019

1. Funcionamiento de un cromatógrafo

Cromatógrafo: La cromatografía de gases es una técnica analítica que permite separar, identificar y determinar la concentración de cada uno de los componentes de una muestra. La aplicación de esta técnica requiere el empleo de un instrumento denominado cromatógrafo de gases (figura 1). Este equipo consta de tres partes fundamentales: sistema de inyección para la introducción de la muestra dentro del equipo; sistema de separación, constituido por una o varias columnas en las que se separan los componentes de la muestra; y sistema de detección, en donde se obtiene una señal proporcional a la concentración de cada componente.

Figura 1. Esquema de un cromatógrafo de gases Durante el proceso de medida un pequeño volumen de muestra se inyecta en un flujo de gas portador que lo introduce y empuja a través de una columna. Dentro de ella, como consecuencia de interacciones físico-químicas, los componentes se separan y alcanzan el detector en tiempos distintos. Cuando un componente llega al detector, éste genera una señal en forma de pico, siendo el área situada bajo la curva directamente proporcional a la concentración del mismo en la muestra. Al conjunto de los picos generados por todos los componentes de la muestra se le denomina cromatograma (figura 2).

Figura 2. Cromatogramas típicos de los componentes principales del gas natural. La identificación de cada pico se lleva a cabo mediante la inyección en el sistema de componentes puros, mientras que el cálculo de la concentración de cada componente en la muestra se realiza mediante la comparación del área obtenida para la muestra con la obtenida para un gas de calibración de composición conocida. Sistema de inyección Se denomina sistema de inyección al mecanismo mediante el cual se introduce la muestra dentro del equipo de análisis. Los sistemas de inyección más habituales para el análisis de gases son válvulas neumáticas o inyectores microelectromecánicos. Ambos sistemas permiten la entrada en la columna de un volumen muy preciso de gas. A nivel de laboratorio existen también jeringas estancas que pueden utilizarse para la introducción de muestras gaseosas en el cromatógrafo, si bien su utilización es cada vez menos frecuente. Sistema de separación Las columnas constituyen la parte del cromatógrafo dónde se efectúa la separación de los componentes (figura 4).

Figura 4. Esquema del interior de una columna cromatográfica Exteriormente están constituidas por un tubo que puede ser de distintos diámetros y de diferentes materiales inertes. Internamente la columna puede contener un relleno sólido (denominado soporte sólido), un relleno líquido (denominado fase estacionaria) o coexistir ambos tipos de rellenos.

Debido a su longitud, las columnas suelen estar enrolladas en espiral y se mantienen calientes a una temperatura que puede ser constante o variable a lo largo del tiempo del análisis. La separación de los componentes se produce como consecuencia de un equilibrio entre: Un efecto de retención del componente dentro de la columna provocado por: La fuerza de absorción que ejerce la fase estacionaria Los impedimentos generados por el soporte sólido Un efecto de empuje provocado por la presión del gas portador (denominado fase móvil). Cada componente, dependiendo de sus características físico-químicas, tarda un tiempo diferente en salir de la columna. Este tiempo se denomina tiempo de retención y es constante si se mantienen las mismas condiciones de operación (columna, temperatura y presión de gas portador), por lo que sirve para la identificación del compuesto. Dependiendo de la complejidad de la muestra, y de las características físicoquímicas de sus componentes, puede ser necesario utilizar más de una columna para conseguir la separación de todos los constituyentes. Este es el caso del gas natural, para el que se requiere la utilización de al menos dos columnas. En una de ellas se separan el nitrógeno, el metano, el dióxido de carbono y el etano; y en la otra el propano, los butanos, los pentanos y lo que se denomina la fracción C6+ (conjunto de hidrocarburos de seis o más átomos de carbono). Sistema de detección El detector más ampliamente utilizado en la industria del gas natural es el detector de conductividad térmica (TCD) debido a su linealidad, su universalidad y sus bajos requerimientos, ya que sólo necesita para su funcionamiento gas portador (a diferencia de otros detectores que requieren otros gases auxiliares).

Figura 5. Esquema de un detector de conductividad térmica. Un detector TCD consta de un filamento calentado eléctricamente. La temperatura del elemento de detección depende de la conductividad térmica del gas que fluye a su alrededor. Los cambios en la conductividad térmica

causan una variación de temperatura en el elemento que es detectada como un cambio en la resistencia (figura 5). Estos detectores se componen de: Detector de referencia: por el que siempre circula gas portador. Detector de medida: por el que circula el gas procedente de la columna. Cuando un componente llega al detector de medida se genera una diferencia de resistencia entre ambos detectores que se representa mediante un pico en el cromatograma. Gas portador Se trata de un gas inerte, habitualmente helio, que tiene como misión empujar la muestra dentro del equipo y a través de las columnas hasta llegar al detector. También se utiliza en el detector como gas de referencia y como elemento que mantiene la refrigeración del mismo. Este gas portador debe ser de una elevada pureza, ya que la presencia de impurezas, como hidrocarburos, origina ruido en la línea base del cromatograma disminuyendo la sensibilidad y los límites de detección de la separación. De igual modo, las trazas de agua y oxígeno pueden descomponer la fase estacionaria (y con ello provocar la destrucción prematura de la columna) o generar la corrosión del filamento del detector. Gases para el funcionamiento de los detectores Los detectores necesitan gases auxiliares de alta pureza para su funcionamiento. De este modo los detectores FID, FPD y SCD requieren aire sintético e hidrógeno, mientras que, como ya se ha indicado, los detectores TCD emplean el mismo gas portador del sistema. Gases para la calibración del instrumento Para la calibración del equipo se utilizan mezclas de gases, de composición certificada, que permiten establecer una relación entre la señal que facilita el detector y la concentración. Idealmente la composición del gas de calibración debe ser lo más parecida posible a la del gas a analizar. No obstante, cuando se necesita analizar muestras variables dentro de un rango amplio de concentración, se recomienda la utilización de varios gases de calibración que permitan definir la curva de respuesta del sistema de medida para dicho rango. Funcionamiento La muestra líquida necesita vaporizarse, y para garantizar esto, sus componentes deben tener presiones de vapor altas. Así, el gas acarreador y la muestra gaseosa, volatilizada de la mezcla líquida original, constituyen la fase móvil. La fase estacionaria, aunque pareciera ser las esferas anaranjadas, es en realidad una delgada película de líquido que moja las paredes internas de la columna. Cada molécula se disolverá o repartirá de manera distinta en dicho líquido; las que más interaccionen con él se van quedando atrás, y las que no, avanzan con mayor rapidez. Consecuentemente, ocurre la separación de las moléculas, tal y como se aprecia con los puntos coloridos. Se dice entonces que los puntos o moléculas morados eludirán primero, mientras que los azules, saldrán de último.

Otra forma de decir lo anterior es la siguiente: la molécula que elude primero tiene el menor tiempo de retención (TR). Así, se puede identificar cuáles son esas moléculas mediante la comparación directa de sus TR. La eficiencia de la columna es directamente proporcional a su capacidad de separar moléculas con afinidades similares por la fase estacionaria. Finalizada la separación tal y como se observa en la imagen, los puntos eludirán y serán detectados. Para ello, el detector debe ser sensible a la perturbación o cambios físicos o químicos que ocasionen estas moléculas; y tras esto, responderá con una señal la cual se amplifica y representa a través de un cromatograma. Es entonces en los cromatogramas donde se pueden analizar las señales, sus formas y alturas en función del tiempo. El ejemplo de los puntos coloridos deben originar cuatro señales: una para las moléculas moradas, una para las verdes, otra para las de color mostaza, y una última señal, con mayor TR, para las azuladas. Tipos de cromatógrafo para el análisis del gas natural Los cromatógrafos que se utilizan en la industria gasista disponen de las columnas y detectores adecuados para la separación y detección de los componentes del gas natural. Además, estos instrumentos tienen la capacidad de trabajar de forma desatendida y disponen de sistemas de protección contra explosiones. Existen otros modelos, específicos para su utilización en laboratorio, que no tienen por qué cumplir estos últimos requisitos. Estos equipos, al margen de esta especificidad, están constituidos por las tres partes fundamentales indicadas anteriormente, que se describen en mayor detalle en los siguientes apartados.

Figura 3. Cromatógrafos de gases utilizados en la industria del gas natural. Tipos En esencia existen dos tipos de cromatografía de gases: la CGS y la CGL. CGS La CGS es el acrónimo de Cromatografía de Gas-Sólido. Se caracteriza por tener una fase estacionaria sólida en lugar de una líquida.

El sólido debe tener poros de un diámetro controlado por donde se retienen las moléculas mientras migran por la columna. Este sólido por lo general son tamices moleculares, como las zeolitas. Se emplea para moléculas muy específicas, ya que por lo general la CGS enfrenta varias complicaciones experimentales; como por ejemplo, el sólido puede retener irreversiblemente una de las moléculas, alterando por completo la forma de los cromatogramas y su valor analítico. CGL La CGL es la Cromatografía de Gas-Líquido. Es este tipo de cromatografía de gases el que abarca la gran mayoría de todas las aplicaciones, y es por lo tanto la más útil de los dos tipos. De hecho, la CGL es sinónimo de cromatografía de gases, aun cuando no se especifica de cuál se está hablando. En adelante solo se hará mención a este tipo de CG.

Partes de un cromatógrafo de gases Fuente: No machine-readable author provided. Dz assumed (based on copyright claims). [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], via Wikimedia Commons 1. Bibliografia  Wikipedia. (2018). Gas chromatography. Recuperado de: en.wikipedia.org 

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