Cromatografía de gases (CG) con detección de ionización de llama

La cromatografía de gases, o GC, es una técnica que se utiliza para separar, detectar y cuantificar pequeños compuestos volátiles en la fase gaseosa.

En la GC, las muestras líquidas se vaporizan y luego son transportadas por un gas inerte a través de una columna larga y delgada. Los analitos se separan en función de su afinidad química con un recubrimiento en el interior de la columna.

Debido a que la GC requiere que los analitos se vaporicen a la fase gaseosa, el instrumento es ideal para productos químicos volátiles y no polares de menos de 1.000 daltons de masa. Para moléculas más grandes, acuosas o polares que son difíciles de vaporizar, la cromatografía líquida es una alternativa útil. Este video presentará los conceptos básicos de la cromatografía de gases e ilustrará los pasos necesarios para analizar las especies químicas en una muestra de mezcla no acuosa utilizando un cromatógrafo de gases.

El instrumento de la CG tiene cinco componentes esenciales. En primer lugar, se utiliza un puerto de inyección para introducir la muestra en el instrumento. A continuación, una cámara de calentamiento vaporiza la muestra y la mezcla con un gas inerte. El gas inerte, como el helio o el nitrógeno, transporta la muestra vaporizada a través del sistema. Combinados, el gas portador y la muestra forman la fase móvil. A continuación, la fase móvil entra en la columna calentada, separando los analitos a medida que fluyen. Por último, un detector registra los gases a medida que salen de la columna, o eluidos, y envía los datos a una computadora para su análisis. El componente más crítico del instrumento es la columna. La columna es un capilar con una matriz de fase estacionaria que recubre las paredes internas. Alternativamente, las columnas se pueden empaquetar con cuentas recubiertas de matriz. La fase estacionaria suele ser polidimetilsiloxano modificado, que es ideal para resolver moléculas no polares. Sus propiedades de separación se refinan mediante la adición de grupos 5-10% de fenilo, cianopropilo o trifluoropropilo.

Los analitos con baja afinidad química para la fase estacionaria se mueven rápidamente a través de la columna, mientras que las moléculas con alta afinidad se ralentizan a medida que se adsorben a las paredes de la columna. La cantidad de tiempo que un compuesto pasa dentro de la columna se denomina tiempo de retención, o Rt, y permite identificar los compuestos. El detector se encuentra al final de la columna y registra los gases a medida que se eluyen. La detección de ionización de llama, o FID, se usa ampliamente porque detecta iones de carbono, lo que le permite detectar prácticamente cualquier compuesto orgánico. En FID, los analitos se queman en una llama de hidrógeno-aire a medida que salen de la columna, produciendo iones de carbono que inducen una corriente en los electrodos cercanos. La corriente es directamente proporcional a la masa de carbono, por lo tanto, se puede determinar la concentración del compuesto. El resultado final es un cromatograma, que es un gráfico de la señal FID frente al tiempo, que muestra cada componente eluido a medida que salen de la columna. Idealmente, cada pico tendrá una forma gaussiana simétrica. Las características asimétricas, como la cola de pico y el frente de pico, pueden deberse a una sobrecarga, problemas de inyección o a la presencia de grupos funcionales que se adhieren a la columna, como los ácidos carboxílicos.

Ahora que se han discutido los principios de la cromatografía de gases, echemos un vistazo a cómo realizar y analizar un análisis de cromatografía de gases en el laboratorio.

Antes de realizar un experimento, encienda el tanque de gas helio. Abra el software en la computadora, luego hornee la columna para eliminar cualquier contaminante potencial. Ponga el horno a una temperatura alta, generalmente 250 ? C o superior, y hornee la columna durante al menos 30 minutos.

A continuación, ajuste la configuración del muestreador automático. Establezca el número de enjuagues previos y posteriores a la ejecución para limpiar la columna entre muestras.

Utilice un volumen de muestra de 1 ? L y configure la configuración de la relación de división para programar el instrumento para que acepte solo una fracción de la entrada. Ajuste el caudal del gas portador y utilice los ajustes establecidos o el ensayo y error para encontrar la presión ideal.

Ahora introduzca los ajustes de temperatura para el experimento. Para un recorrido isotérmico, ingrese la temperatura y el tiempo de separación. Alternativamente, para un gradiente de temperatura, ingrese la temperatura inicial y el tiempo de retención, la temperatura final y el tiempo de retención, y la velocidad de rampa en ? C por min.

Establece el tiempo para que la columna se enfríe entre corridas para una corrida de gradiente o isotérmica.

Finalmente, configure la frecuencia de muestreo y la temperatura del detector. El detector siempre debe estar más caliente que la columna para evitar la condensación. Una vez programados todos los ajustes, guarde el archivo de métodos.

Active el detector abriendo la válvula del tanque de hidrógeno y encienda la llama del FID. El instrumento ya está listo para el análisis de muestras.

Para pasar la muestra en el GC, primero llene un vial con un solvente de lavado, como acetonitrilo o metanol. Prepare la muestra, asegurándose de utilizar jeringas de vidrio y viales de vidrio, ya que los residuos de plástico pueden contaminar el GC.

Ahora agregue la muestra preparada a un vial con una pipeta. Llene al menos la mitad, de modo que la jeringa del muestreador automático quede completamente sumergida. A continuación, cargue los viales de lavado y de muestra en la gradilla del muestreador automático. Antes de ejecutar la muestra, ponga a cero la línea de base del cromatograma en el software de la computadora. Los datos se pueden recopilar como una sola ejecución o mediante una tabla de lotes para varias ejecuciones. Presione "iniciar" para ejecutar la muestra.

En este ejemplo, se analizaron los niveles de cafeína y ácido palmítico en el café mediante GC con FID. La cafeína es más pequeña y menos polar, por lo que es menos atraída por la columna y eluye primero. El ácido palmítico, que tiene una larga cola de cadena de alcanos, eluye más tarde debido a una mayor afinidad con la fase estacionaria.

Debido a que las dimensiones de los picos son proporcionales a la masa de carbono, la concentración de cada componente puede determinarse a partir de su respectiva área de pico en el cromatógrafo y compararse con los estándares de concentración conocidos.

También se exploró el efecto de la temperatura de la columna. A 200 ? C, las muestras se movieron a través de la columna dos veces más rápido que la muestra corrida a 180 ?C. Tenga en cuenta que mientras cambian las alturas de los picos, el área bajo la curva permanece constante.

La GC es una técnica importante para el análisis químico y se usa ampliamente en aplicaciones científicas, comerciales e industriales.

Debido a la simplicidad de la GC, los químicos la utilizan de forma rutinaria para controlar las reacciones químicas y la pureza del producto. Las reacciones se pueden muestrear a lo largo del tiempo para mostrar la formación del producto y el agotamiento del reactivo. El cromatógrafo revela las concentraciones de productos y también la presencia de productos no deseados o secundarios.

La GC se usa comúnmente en conjunto con la espectrometría de masas, llamada GS-MS, para identificar sin ambigüedades los productos químicos en las muestras o el aire. La espectrometría de masas, o MS, separa las moléculas en función de su relación masa-carga y permite la determinación de las identidades de los compuestos. La GC-MS es una herramienta poderosa, ya que la GC primero separa las mezclas complejas en componentes individuales, y la MS proporciona información precisa sobre la masa y la identidad química.

El GC se utiliza de forma rutinaria en el control del aire para detectar compuestos orgánicos volátiles, o COV, que pueden surgir de la contaminación ambiental, pesticidas y explosivos. La GC se puede utilizar para rastrear e identificar COV tanto en interiores para el análisis del espacio de cabeza como en exteriores, para la salud, la seguridad y la protección.

Acabas de ver la introducción de JoVE a la cromatografía de gases con FID. Ahora debe comprender los principios básicos de la cromatografía de gases y la detección de FID.

¡Gracias por mirar!