Clases Teóricas - Sistema educativo virtual UNLP

CROMATOGRAFIA
GASEOSA
QUÍMICA ANALÍTICA III
Desarrollo del tema
 Introducción
 Las muestras para cromatografía de gases
 Principios básicos
 Esquema de un cromatógrafo de gases
 Fase móvil
 Sistema de inyección
 Columnas y Fases estacionarias
 Detectores
 Aplicaciones analíticas
 Bibliografía
Introducción: Desarrollo histórico
 M. TSWEET (1903): Separación de mezclas de
pigmentos vegetales en columnas rellenas con
adsorbentes sólidos y solventes varios.
éter de
petróleo
mezcla de pigmentos
CaCO3
pigmentos
separados
1940
Introducción:
Desarrollo
histórico
“CGS” rudimentaria
CGL propuesta por Martin y Synge)
Separación de ácidos orgánicos por CGL: primer cromatógrafo (Martin y James)
1950
Primer equipo comercial
(Griffin & George)
Detector por Densidad de
Gases (Martin y James)
Detector de Ionización de
llama (McWillian y Dewar)
Detector por Captura de
Eletrones (Lovelock y Lipsky)
1960
Columnas Capilares (Golay)
Modalidades y Clasificación
Cromatografia
Líquida
FM = Líquido
Cromatografia
Gaseosa (CG)
FM = Gas
Sólida
Cromatografía
Gas-Sólido (CGS)
Líquida
Cromatografía
Gas-Líquido (CGL)
En CG la FE
puede ser:
Las muestras
para CG
Para que una sustancia pueda ser
“arrastrada” por um flujo de gas, debe poder
disolverse al menos parcialmente en dicho
gas
Qué mezclas pueden
ser separadas por
CG ?
Mezclas cuyos constituyentes sean
VOLÁTILES
DE FORMA GENERAL:
La CG es aplicable para la separación y el
análisis de mezclas cuyos componentes
tengan PUNTOS DE EBULLICIÓN de hasta
300oC y que sean térmicamente estables
Separación de
mezclas por
interacción
diferencial de
sus
componentes
entre una FASE
ESTACIONARIA
(líquido o
sólido) y una
FASE MÓVIL
(líquido o gas).
Principios Básicos
1
1 – Depósito de
gases y controladores de presión
y caudal.
6
2
2 - Inyector.
4
3 - Columna
Cromatográfica y
horno.
4 - Detector.
5
5 – Amplificador
de la señal.
6 - Registrador.
3
Instrumentación: el
cromatógrafo de gases
INFLUENCIA DE LA COMPRESIBILIDAD DE
LA FASE MÓVIL
 Flujo volumétrico
F(cm 3 / min)
 Debe existir una caída de presión a lo largo de la
columna para que la fase móvil fluya
p > po
i
 El flujo másico (gramos de gas por unidad de
tiempo) es constante, por lo tanto
V <V o
i
 El caudal volumétrico a lo largo de la columna
crece
F < Fo
i
INFLUENCIA DE LA COMPRESIBILIDAD DE
LA FASE MÓVIL
 Se introduce el “factor de corrección de
compresibilidad de James y Martin“
j
3 (𝑝𝑝𝑖𝑖 ⁄𝑝𝑝𝑜𝑜 )2 − 1
𝑗𝑗 =
2 (𝑝𝑝𝑖𝑖 ⁄𝑝𝑝𝑜𝑜 )3 − 1
se puede relacionar con parámetros
aerodinámicos de la columna
𝑝𝑝𝑜𝑜
� = 𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑗𝑗
𝑢𝑢� = 𝑢𝑢𝑜𝑜 𝑗𝑗
𝑝𝑝̅ =
𝐹𝐹
𝑗𝑗
VOLÚMENES DE RETENCIÓN EN
CROMATOGRAFÍA GASEOSA
𝑉𝑉𝑅𝑅 = 𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑡𝑡𝑅𝑅
 Volumen de retención
 Volumen de retención ajustado
𝑉𝑉´𝑅𝑅 = 𝐹𝐹𝑜𝑜 (𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀 ) = 𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑡𝑡´𝑅𝑅
 Volumen de retención corregido
𝑉𝑉´𝑁𝑁 = 𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑗𝑗𝑡𝑡𝑅𝑅 = 𝐹𝐹� 𝑡𝑡𝑅𝑅
 Volumen de retención neto
𝑉𝑉𝑁𝑁 = 𝐹𝐹𝑜𝑜 𝑗𝑗(𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀 ) = 𝐹𝐹� (𝑡𝑡𝑅𝑅 − 𝑡𝑡𝑀𝑀 )
Volumen de retención específico
K
V
K 273
273
273
Vg = N
= D S
= D
Tc ρ Tc
w Tc
w
S
S
S
V
wS = masa de fase estacionaria
rS = densidad de la fase estacionaria
Tc = temperatura de la columna
Fase Móvil: Gas Portador
La Fase Móvil en CG NO interactúa con la muestra
Sólo la lleva a través de la columna
Se la denomina GAS PORTADOR
Requisitos
INERTE No debe reaccionar com la muestra, la fase estacionaria ni
las superficies del instrumento.
PURO Debe estar exento de impurezas que puedan degradar la fase
estacionaria
Impurezas típicas de los gases y sus efectos:
H2O, O2
hidrocarburos
Oxida/hidroliza algunas FE
Son incompatibles com un DCE
Ruido en la señal de un FID
Gas Portador
COMPATIBLE CON EL DETECTOR Cada detector demanda
un gas portador específico para su mejor funcionamiento
Selección de Gases en Función del Detector:
DCT
He , H2
FID
N2 , H 2
DCE
N2, Ar + 5% CH4
3
Componentes
de una línea
de gas
controladores
de presión y
caudal
dispositivos
para
purificación
(“trampas”)
4
2
1
5
1 - Cilindro de Gas
2 - Regulador de Presión
3 - “Trampa” para eliminar impurezas
4 - Regulador de Línea
5 - Regulador de Caudal
6 - Medidor de Caudal
6
Sistemas para introducción de la muestra
Inyección instantánea
Los dispositivos para
inyección
(INYECTORES o
VAPORIZADORES)
deben permitir la
introducción
INSTANTÁNEA de
la muestra en la
columna
cromatográfica
t=0
t=x
Inyección lenta
t=0
t=x
1
2
1 - Septum
(silicona)
2 - Entrada de
gas portador
3
4
3 – Bloque
metálico
calefaccionado
4 - Punta de la
columna
cromatográfica
Inyector “on-column”
Convencional
Parámetros de inyección
TEMPERATURA DEL INYECTOR
Debe ser suficientemente elevada como para que la
muestra se vaporice inmediatamente, pero sin
descomponerse
Regla General
Tiny = 50oC por encima de la temperatura de
ebullición del componente menos volátil
VOLUMEN INYECTADO
Depende del tipo de columna y del estado físico de
la muestra
Parámetros de inyección
Muestras
Líquidas
Muestras
Gaseosas
empaquetada
∅ = 3,2 mm (1/4”)
0,2 µL ... 20 µL
0,1 ml ... 50 mL
capilar
∅ = 0,25 mm
0,01 µL ... 3 µL
0,001 ml ... 0,1 mL
COLUMNA
Sólidos:
comúnmente se disuelven en un
solvente adecuado y se inyectan en
solución
Inyección manual de muestras
COLUMNAS
RELLENAS
la fase estacionaria
líquida está
retenida en un
sólido inerte
(soporte)
CAPILARES
la fase estacionaria
se fija sobre las
paredes interiores
del capilar
COLUMNAS
COLUMNAS RELLENAS
Diámetro interior entre 2 y 4 mm
Longitud de hasta 2 á 3 m
Eficiencia de 1000 á 2000 platos teóricos/m
Para muestras poco complejas, 10 componentes.
La columna está rellena de un material sólido (soporte), finamente
dividido y homogéneo, recubierto por una capa de F. E. líquida.
Enrollada en forma helicoidal, para poder ser instalada en el horno
termostatizado.
COLUMNAS CAPILARES
Diámetro interior < 1 mm
Longitud de 5 á 50 m.
Eficiencia hasta 4.000 platos teóricos/m
Para muestras complejas.
La fase estacionaria se depositada sobre las paredes
interiores del capilar
FASES ESTACIONARIAS
Conceptos Generales
FE
líquida
SUPORTE
Tubo capilar
Sólido
de material
Para
inerteminimizar la pérdida de FE líquida por
inerte
poroso
volatilización, se puede:
Entrecruzada: las
cadenas
poliméricas son
químicamente
ligadas entre sí
Químicamente
ligadas: las cadenas
poliméricas se hacen
reaccionar sobre el
soporte
FASE ESTACIONARIA
Baja volatilidad.
Punto de ebullición debe de ser por lo menos 100ºC
mayor que la temperatura máxima de la columna.
Estabilidad térmica.
Inercia química.
Los valores de factor de capacidad ( k´ ) y factor de
selectividad (α) de los analitos deben estar dentro
de los intervalos aconsejados.
FASE ESTACIONARIA
La separación se debe a los diferentes
k´del analito entre la fase móvil y la
fase estacionaria.
Tiene que haber un cierto grado de
solubilidad de los compuestos con la
fase estacionaria.
Por ello, una característica muy
importante de la fase estacionaria es la
POLARIDAD.
Los solutos se retienen más en las
fases líquidas de polaridad parecida.
Familias de FE Líquidas
Cuatro grandes grupos estructurales:
PARAFINAS No polares; alta inercia química; son las menos
usadas. Principales: escualano (C30H62), Apiezon (grasas
para vacío).
POLIÉSTERES Ésteres de dialcoholes con diácidos. Polares;
altamente sensibles a la humedad y la oxidación.
Principales: DEGS, EGA, EGS.
ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS
GRASOS
Columna:5%DEGS-PS s/ Supelcoport
100/120 mesh; 6’ x 1/8”
TCOL: 200oC (isotérmico)
Gas Portador: N2 @ 20 ml.min-1
Detector: FID
Muestra: 0,5 μL de solución en cloroformo
conteniendo 0,5 μg de cada éster
Familias de FE Líquidas
SILICONAS (polisiloxanos) Las FE más empleadas en CG. Cubren un amplio
rango de polaridades y tienen propriedades químicas diversas.
R1
CH3
H3C
Si
CH3
O
Si
R2
CH3
O
n
Si
CH3
CH3
R1, R2 = cualquier
radical orgánico
- Enlaces Si-O altamente estables = elevada estabilidad térmica y química
de las FE.
- Siliconas se fabrican en gran escala para diversas aplicaciones =
minimización del costo del producto + tecnología de producción y
purificación bien estudiada y conocida.
- Prácticamente cualquier radical orgánico o inorgánico puede ligarse
a la cadena polimérica = FE “ajustables” a separaciones específicas +
facilidad de inmovilización por entrecruzamiento y ligazón química a
soportes
Familias de FE Líquidas
FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por sustitución de
CH3 por radicales orgánicos, en orden creciente de polaridad:
Sustituyentes
Nombres comerciales
Observaciones
------
-----
SE-30, OV-1, OV-101, SP2100
Las más apolares de la
serie. Poco selectivas
Carboranos
-----
Dexsil 300GC
Similares PDMS. Estables
hasta > 400°C
Fenil 5%
-----
SE-52, OV-5, OV-73
Poco polar
Cianopropil
7%
Fenil 7%
OV-1701, SPB-7, CP-Sil
Moderadamente polar
Cianopropil
50%
Fenil 50%
OV-255, SP-2300, CP
Polar. Retiene dadores de
electrones.
Diferencias entre FE de composición similar provenientes
de proveedores diferentes: pureza, viscosidad
Familias de FE Líquidas
Separación de piridinas FE = 100 % cianopropilsilicona
1 - piridina
2 - 2-metilpiridina
3 - 2,6-dimetilpiridina
4 - 2-etilpiridina
5 - 3-metilpiridina
6 - 4-metilpiridina
Columna: CP-Sil 43CB (10 m x 0,10
mm x 0,2 μm)
TCOL:110oC (isotérmico)
Gas Portador: N2 @ 16 cm.min-1
Detector: FID
Muestra: 0,1μL de solución 1-2% de
las piridinas en 3-metilpiridina
3 min
Familias de FE Líquidas
Separación de fenoles - FE = fenilmetilsiliconas
50% Ph
50% Me
5% Ph
95% Me
FASE ESTACIONARIA: ORDEN DE
ELUCIÓN
En una fase
líquida
cualquiera, una
serie homóloga
eluye según
orden creciente
de NÚMERO DE
ÁTOMOS DE
CARBONO.
En una fase
POLAR se
retendrán más
los solutos
polares que
los no polares
a igualdad de
puntos de
ebullición.
Si la fase es NO
POLAR, los solutos no
polares eluyen según
orden creciente de
punto de ebullición.
SOPORTE SÓLIDO
Carácterísticas
Tipos de
soporte
Elevada
superficie
específica
(m2/g)
Silíceo
(tierras de
diatomeas)
Superficie
homogénea
Sintéticos
(vidrio,
teflón).
Estabilidad
térmica
Ladrillo
refractario
SOPORTE SÓLIDO: Tierra de diatomeas
secado
Esqueletos fósiles
de algas
microscópicas
(SiO2 + óxidos
metálicos)
calcinación
Fusión com
NaOH
Lavado ácido
silanización
Chromosorb
Anachrom
Supelcoport
...
Etapas del análisis cromatográfico
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Elección de la columna y fase estacionaria
Ajuste las temperaturas.
Ajuste del caudal de gas portador.
Se inyecta la muestra (1 μl cuando son líquidas y 1
ml si son gaseosas).
Se vaporizan y son arrastradas hasta la columna.
Los componentes se fijan al inicio de la columna.
Se desplazan por la columna a velocidad diferente
Los solutos que salen de la columna, pasan al
detector y se obtiene el CROMATOGRAMA .
Parámetros
Tipo de gas
portador y
caudal
Columna y
dimensiones
Fase
estacionaria
Tipo de
detector
Temperaturas
Bloque de
inyección
Columna
Detector
TEMPERATURA DE LA COLUMNA
En muestras de puntos de ebullición parecidos la
temperatura óptima es ligeramente superior al punto de
ebullición medio de los componentes de la muestra.
Con puntos de ebullición muy diferentes se emplea una
programación de temperatura, que aumenta según
avanza la separación.
El aumento de la temperatura reduce los tiempos de
retención.
TEMPERATURA DE LA COLUMNA
Los componentes más
volátiles son separados
Los componentes menos
volátiles tardan en
eluir, saliendo como
picos mal definidos
Los componentes más
volátiles no son
separados.
Los componentes menos
volátiles eluyen más
rápidamente
Programación de temperatura
 Se consiguen buenas
separaciones de los
componentes de la
muestra en menor
tiempo
 TFIN Temperatura Final
 tINI Tiempo Isotérmico Inicial
 tFIN Tiempo Final del
Programa
 R Velocidad de calentamiento
Mide la variación
de alguna
propiedad física
del gas portador
originada por la
elución de los
compuestos.
DETECTOR
Conectado a un
registro gráfico
de la señal.
Su temperatura
ha de ser mayor o
igual que la de
columna para
evitar la
condensación de
algún compuesto.
Detectores
Respuesta
continua y
reproducible a
los cambios de
concentración
del compuesto
Respuesta
adecuada al
mayor número
posible de
muestras
Buena
estabilidad.
Alta sensibilidad
(relación entre
respuesta del
detector y la
magnitud física
detectada)
Tiempo de
respuesta corto
CARACTERÍSTICAS
Reactividad nula
Dispositivos
que generan
una señal
eléctrica
proporcional
a la cantidad
de analito
eluído
4 utilizados en la mayor parte de las
aplicaciones
TCD
Detector de
Condutividad
Térmica
ECD
Detector de
Captura
Electrónica
DETECTORES:
FID
Detector de
Ionización
en Llama
MS
Detector Espectrométrico
de Masas
Definiciones Generales
DETECTORES: Clasificación
UNIVERSALES
Generan señal para
cualquier sustancia
eluida
SELECTIVOS
Detectan
solamente
sustancias con
determinada
propiedad
fisicoquímica
ESPECÍFICOS
Detectan sustancias que
poseen determinado
elemento o grupo
funcional en sus
estructuras
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Se basa en los cambios en la conductividad térmica de la
corriente de gas portador debido a la presencia de moléculas
del analito.
Responde a la concentración del soluto en el gas portador
No es destructivo.
La conductividad térmica del gas portador ha de ser elevada
(He, H2) 6 a 10 veces mayor que la mayoría de los compuestos
orgánicos.
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Sencillez
Amplio rango lineal
Respuesta a todo tipo de compuestos
No destructivo
Baja sensibilidad (10 10-8 g soluto/ml) que impide su empleo con
columnas capilares, debido al pequeño tamaño de las muestras.
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
PRINCIPIO
Variación de la conductividad térmica del gas
cuando eluye un analito
La cantidad de transferencia de calor
entre un cuerpo caliente y un cuerpo frio
depende de la condutividad térmica del
gas en el espacio que separa los cuerpos
Si la condutividad térmica del gas
disminuye, la cantidad de calor
transferido también disminuye y el
cuerpo caliente se enfría.
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Celda del TCD:
i
1 Bloque metálico (acero)
5
3
2 Entrada de gas portador
3 Salida de gas portador
4 Filamento metálico (aleación W-Re)
4
2
1
calefaccionado
5 Alimentación de corriente eléctrica
para calentar el filamento
DE TECTOR DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(TCD)
Los filamentos del TCD están montados sobre un puente de
Wheatstone que transforma la diferencia de resistencia
cuando la elución de la muestra produce una diferencia de
voltaje
TCD: Aplicaciones
Separación y cuantificación de compuestos que no generan
señal em otros detectores (gases nobles, gases fijos)
Separación de Gases Fijos e
Hidrocarburos
Columna: CP Sil 5CB (50 m x 0.32 m
x 5 µm)
Gas Portador: He @ 3 ml.min-1
TCOL: 40°C
1 N2
2 CH4 3 CO2 4 n-C2
5 NH3 6 n-C3 7 i-C4 8 n-C4
DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA
(FID)
Es uno de los más empleados.
Forma una llama que quema y ioniza los
compuestos separados en la columna.
Insensible a grupos funcionales como C=O, OH,
NH que originan en la llama pocos iones.
Elevada sensibilidad (10-13 g soluto/mL)
Destructivo
FID: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Formación de iones cuando un compuesto se
quema en una llama de hidrógeno y oxígeno
El efluente de la columna se
mezcla con H2 y O2 y se
quema. Como en una llama
de H2+ O2 no existen iones,
no circula corriente
eléctrica.
Cuando un compuesto
orgánico eluye, él también
se quema. Como en su
combustión se forman
iones, la llama pasa a
conducir la corriente
eléctrica
FID: SELECTIVIDAD
SELECTIVO
• Para sustancias
que contienen
uniones C-H en
su estructura
química.
UNIVERSAL
• Virtualmente
todas las
sustancias
analizables por
CG son orgánicas
Compuestos que
NO producen
respuesta
• Gases nobles, H2,
O2, N2, CO, CO2,
CS2, CCl4,
perhalogenados,
NH3, H2O,
HCOOH, HCHO
DETECTOR DE CAPTURA ELECTRÓNICA
(ECD)
Se basa en la captura de los electrones libres
procedentes de la ionización del gas portador,
disminuyendo la intensidad de corriente.
El más sensible (10-14 g soluto/mL).
No destructivo.
Su aplicación principal es para compuestos
organoclorados (pesticidas, herbicidas)
herbicidas)
ECD: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
 Supresión de un flujo de electrones lentos causada
por la absorción de éstos por especies electrofílicas
Un flujo continuo de
electrones lentos se establece
entre un ánodo (fuente
radioactiva β -emisora) y un
cátodo
Al pasar una sustancia
electrofílica algunos
electrones son absorbidos,
disminuyendo la corriente
eléctrica.
APLICACIONES DEL ECD
~250 fg de cada
analito
PESTICIDAS
1 tetracloro-m-xileno
2 α - BHC
3 Lindano
4 Heptachlor
5 Endosulfan
6 Dieldrin
7 Endrin
8 DDD
9 DDT
10 Metoxychlor
10 decaclorobifenilo
EL DCE ES EL DETECTOR DE ELECCIÓN PARA ANÁLISIS DE
TRAZAS DE ORGANOHALOGENADOS Y SIMILARES
ACOPLAMIENTO CON OTRAS TÉCNICAS
Proporciona una herramienta muy potente en la
identificación de los componentes de una mezcla
compleja
La tendencia actual es utilizar como detectores
selectivos, técnicas instrumentales como
Espectrometría de Masas y Espectroscopía Infrarroja
Todo ello ayudado de una computadora para el
almacenamiento de los datos espectrales, y posterior
presentación como espectros y cromatogramas
ANÁLISIS CUALITATIVO
Conceptos Generales
Aplicaciones
Cualitativas de
la
cromatografía
Identificación individual de las especies
presentes en la muestra
Determinación de la identidad de la
muestra como un todo
Fuentes de Informaciones Cualitativas
RETENCIÓN Uso de datos de retención de un analito para su
identificación
DETECCIÓN
Empleo de detectores que proveen información
estructural sobre las sustancias eluidas
ANÁLISIS CUALITATIVO
Datos de Retención
 Naturaleza de la fase estacionaria y su %
en el relleno
El tiempo de
retención, tR es
función de:
 Longitud de la columna
 Naturaleza del gas portador y su caudal
 Temperatura de la columna
 Tamaño de la muestra
A condiciones experimentales constantes,
el tR y el VR son característicos de cada
sustancia
ANÁLISIS CUALITATIVO
Tiempos de Retención
Interacciones analito/FE
t’R = f
Presión de vapor del analito
Condiciones de operación (TCOL, FC ...)
La identificación por t’R es muy poco confiable, debido a:
Dependencia con FC y TCOL Variaciones en estas condiciones
afectan sensiblemente los t’R
ΔTCOL = ± 0,1%
VARIACIÓN DE ±
1% EN t’R
Δ FC = ± 1%
Sobrecarga de la columna Un aumento excesivo en la masa de
material eluido deforma el pico cromatográfico y altera su t’R
Una vez fijadas las condiciones operatorias, el tiempo de
retención ajustado de un analito es una constante
ANÁLISIS CUALITATIVO
Datos de Retención Relativa
 Se comparan datos sobre la misma columna
 Se miden datos de “retención relativa”
t´
K
D(i)
R(i) =
r
=
i, std t´
R(std) K D(std)
i= sustancia incógnita
std= sustancia standard
 ri,std sólo depende de la temperatura de la columna y de la fase
estacionaria
 Recopilación de datos de retención relativa “Compilation of Gas
Chromatographic Data”, ASTM Data Series Publication
ANÁLISIS CUALITATIVO
Tiempos de Retención
 Los datos de tR son adecuados para identificaciones simples, por ejemplo,
controles de calidad
 En ese caso, ya se sabe qué componentes tiene la mezcla y generalmente
hay pocos componentes presentes
MUESTRA
PATRÓN
Comparación de
los
cromatogramas de
la muestra y de
una solución
patrón del analito
supuesto
OTRAS APROXIMACIONES AL ANÁLISIS
CUALITATIVO
Comparación de tR usando dopaje de la muestra con el analito
supuesto: aumenta la confiabilidad de identificación.
En una muestra compleja la
incerteza en la medida de los tR
puede llevar a una identificación
errónea
La comparación con el
cromatograma de la muestra
dopada permite una
identificación más confiable de
la sustancia desconocida
OTRAS APROXIMACIONES AL ANÁLISIS
CUALITATIVO: Gráficos de Retención
 Las series homólogas presentan características retentivas que
facilitan la identificación de las sustancias
 Graficando log t´R vs. número de átomos de C (sobre una dada
columna y a una temperatura dada) se obtiene una recta
7
6
log t´R
5
4
3
2
1
0
4
5
6
7
8
N° átomos de C
9
10
 La ubicación sobre una recta dada, permite determinar a qué
familia pertenece
 La ubicación sobre la recta permite decidir qué componente de la
serie es
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índice de Retención de Kováts
FUNDAMENTO Los t’R (en condiciones isotérmicas) para una serie homóloga de
compuestos dependen logarítmicamente del número de átomos de carbono de la
cadena.
Separación isotérmica de
una mezcla de n-alcanos (nC4, n-C5, ... n-C16)
Gráfico de log(t’R) en función
del número de átomos de
carbono del analito nC es
LINEAL
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índice de Retención de Kováts
El índice de retención de Kováts I para un analito viene definido por:
t’R (A) Tiempo de retención ajustado del
analito A
t’R (N) Tiempo de retención ajustado del
n-alcano con N carbonos
t’R (n) Tiempo de retención ajustado del
n-alcano con n carbonos (n = N + 1)
Puede calcularse con
la siguiente expresión
log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝐴𝐴) − log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑁𝑁)
�
𝐼𝐼 = 100𝑁𝑁 + 100 �
log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑛𝑛) − log 𝑡𝑡´𝑅𝑅(𝑁𝑁)
Ej.: un analito con I = 874 tendrá un tiempo de retención ajustado
equivalente al de un n-alcano hipotético con 8,74 átomos de carbono
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índice de Retención de Kováts
 Para las n-parafinas, I es 100 veces el número de átomos de C en
tR, columna 1
tR, columna 2
pentano
hexano
tolueno
heptano
cualquier columna y a cualquier temperatura
Variación del índice al pasar de una fase
estacionaria no polar a una polar
Fijando 2 fases se pueden establecer incrementos individuales
correspondientes a ciertos grupos funcionales (Kováts)
Rohrschneider: ΔI consta de contribuciones de 2 tipos:
Dependiente del soluto y que
no varía al cambiar de FE
Específico de la FE y que
puede calcularse a partir
de un grupo bien
seleccionado de solutos
McReynolds: cambió las sustancias de prueba que empleaba
Rohrschneider
Variación del índice al pasar de una fase
estacionaria no polar a una polar
Experimentalmente se encuentra que ΔI puede
expresarse como:
ΔI j = I j I SQ =a x +b y +c z +d u +e s
i j i j i j i j i j
i i i
donde:
j = fase estacionaria
i = soluto
SQ = escualano (C30H62), fase estacionaria no polar, en base
a la cual se construye la escala
ai, bi, ci, di, ei = parámetros característicos del soluto i,
independientes de la fase estacionaria
xj, yj,zj, uj, sj = parámetros característicos de la fase
estacionaria j
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índices de McReynolds
Sustancia
Símbolo
Grupo
Aromáticos,
benceno
x
olefínicos
Alcoholes,
1-butanol
y
fenoles, ácidos
Cetonas, éteres, Metil-n-propilcetona
z
ésteres,
aldehídos
Nitrocompuestos,
nitropropano
u
nitrilos
Bases,
piridina
s
heterociclos
aromáticos
Sobre la fase estacionaria j y sobre escualano se miden
los índices de estos solutos
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índices de McReynolds
 Se definen las siguientes relaciones:
ANÁLISIS CUALITATIVO
Índices de McReynolds
 Se usa para caracterizar fases estacionarias
 Muy útil con el fin de decidir si dos fases
estacionarias tendrán un comportamiento separativo
equivalente o
cuál será la mejor fase para un
determinado grupo funcional
Fase
estacionaria
Escualano
SE-30
OV-7
Carbowax
20M
Tmáxima
150
350
350
250
x
y
z
u
s
0
0
0
0
0
15 53 44 64 41
69 113 111 171 128
322 536 368 572 59
ANÁLISIS CUALITATIVO
Métodos de Detección Cualitativos
Métodos de detección que proveen informaciones cualitativas
sobre los analitos eluídos:
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica de Masas (CGEM)
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica por Emisión
Atómica (CG-EA)
Cromatografía Gaseosa con Detección Espectrométrica por Absorción
Infra-Rojo (CG-IR)
ANÁLISIS CUALITATIVO
Métodos de Detección Cualitativos
Combinación de métodos cromatográficos y espectroscópicos
Técnicas acopladas
El cromatógrafo separa la muestra
en sus componentes
El método espectrocópico brinda
información cualitativa de cada uno
de los componentes
respuesta
ANÁLISIS CUALITATIVO
Métodos de Detección Cualitativos
tiempo
La combinación de los datos en tres dimensiones
brinda información cuali-cuantitativa
ANÁLISIS CUALITATIVO
Espectrometría de Masas
PRINCIPIO La muestra es fragmentada y ionizada según un
patrón característico de la especie química.
1 Moléculas de la muestra
son
bombardeadas
por
electrones (electron impact
= EI) o iones (chemical
ionization = CI):
ABCDE + e- → ABCDE.+ + 2 e-
ABCDE.+ → AB. + CDE+
2 El ión formado se fragmenta:
ABCDE.+ → AB+ + CDE.
ABCDE.+ → A+ + BCDE.
ANÁLISIS CUALITATIVO
Espectrometría de Masas
3 Los fragmentos iónicos formados son separados magnéticamente de
ABUNDANCIA
acuerdo con sus masas moleculares y contados:
El gráfico del número de
iones formados en función
de la relación Masa / Carga
de los iones es el
ESPECTRO DE MASAS del
analito
MASA / CARGA
ANÁLISIS CUALITATIVO
Espectro de Masas
0
20
40
60
m/Z
80
100
120
ACOPLAMIENTO GC-EM
Interfase cromatógrafo - espectrómetro:
EM
CG
Vacío
Cámara
de Ionización
Separador Molecular
El gas portador liviano (He)
difunde más rápidamente
que el analito y tiende a ser
drenado por el vacío.
Interfase Capilar Directa
Con columnas capilares la
baja cantidad de gas portador
puede ser drenada por el
sistema de vacío.
Columna
Capilar
ANÁLISIS CUALITATIVO
Espectrómetro de Masas
1
3
2
1
4
Cámara de Ionización
Los electrones generados por un filamento
bombardean la muestra. Los fragmentos ionizados (carga +1) son repelidos por
el electrodo positivo y conducidos al separador magnético.
2 Salida de Vacío
3 Separador
Todo el interior del EM debe estar con alto vacío (natm).
Magnético
Por acción del campo magnético sólo algunos
iones con determinada relación Masa/Carga pueden atravesar esta zona del
equipo.
Detector Una válvula fotomultiplicadora o un fotodiodo genera una señal
eléctrica proporcional al número de iones que inciden sobre este elemento.
4
CG-EM: GENERACIÓN DEL
CROMATOGRAMA
Los espectros de masas completos son colectados y
archivados a intervalos regulares de tiempo
La generación del cromatograma a partir de los espectros
puede hacerse según:
CROMATOGRAMA DE IONES TOTALES (TIC = Total Ion
Chromatogram)
Para cada espectro, el número total de iones detectados en el rango
de masas barrido es sumado y graficado en función del tiempo,
generando el cromatograma.
MONITOREO DE UN ION SELECCIONADO (SIM = Single
Ion Monitoring)
Se selecciona un fragmento resultante de la especie de interés. Se
genera el cromatograma graficando el número de iones con la masa
de ese fragmento detectados en función del tiempo.
TIC
SIM
Universal
Selectivo
Mayor Sensibilidad
CG-EM: GENERACIÓN DEL
CROMATOGRAMA
Ejemplo de una muestra analizada por CG-EM
TIC
Aparecen los picos
correspondientes a todas
las sustancias eluídas
SIM (m/z = 149)
Cromatograma construído a
partir de los mismos datos
anteriores, pero usando sólo
fragmentos con masa = 149
ANÁLISIS CUALITATIVO
Identificación de Analitos
1 Se registra el espectro de masa que corresponde a un analito
CUENTAS
(usualmente se selecciona el máximo).
CUENTAS
MASA / CARGA
TIEMPO
Interpretación manual del espectro y/o comparación
automática con la biblioteca de espectros del equipo.
2
ANÁLISIS CUALITATIVO
Identificación de Analitos
Búsqueda automática en la biblioteca de espectros: comparación
estadística ( Probability Based Matching )
ESPECTRO
DESCONOCIDO
BIBLIOTECA DE
ESPECTROS
PBM de un analito
“desconocido” (1dodeceno)
Lista com posibles
candidatos + porcentaje
de confiabilidad
PBM
#
1
NOMBRE
1-dodeceno
FÓRM. %
C 12H 24 99
2
1-dodecanol
C 12H 26O 91
3
ciclododecano
C 12H 24
91
4
2-dodeceno
C 12H 24
66
5
1-undeceno
C 11H 22
35
6
8-metil-3-undeceno
C 12H 24
32
ANÁLISIS CUALITATIVO
Identificación de Analitos
La identificación es poco confiable en el caso de
espectros muy simples
LIMITACIONES:
Está limitada por el tamaño de la base de datos
(NIST = 66.000 espectros)
Existen diferencias entre los espectros generados por
diversos EM