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

1. inicialización de la GC

1. Encienda el gas portador de helio y aire y ajuste de los manómetros en el instrumento.
2. Encender el horno de la columna a una temperatura alta (típicamente 250 ° C o superior) para hornear en la columna. No exceda la temperatura máxima de la columna. Esto eliminará cualquier contaminante. Dejarlo cocer durante al menos 30 minutos antes de ejecutar una muestra.

2. haciendo un archivo de métodos

1. El software controla el instrumento, todos los valores deseados para un archivo de métodos de entrada. En primer lugar, establecer la configuración de muestreadores. Establecer el número de enjuagues pre ejecución, ejecutar los enjuagues y enjuagues con la muestra. Estos enjuagues limpiar la columna entre diferentes muestras.
2. La cantidad inyectada es típicamente 1 μl. Una relación de split se encuentra generalmente porque la inyección de una muestra puede sobrecargar la columna. Si la relación de split es 100: 1, esto significa que por cada 1 parte que se inyecta en el instrumento 100 partes va a perder.
3. De entrada los parámetros de la fase móvil. El caudal es controlado por el sistema de presión. Las tasas de flujo más rápidas llevan a separaciones más rápidos, pero hay menos tiempo para el analito a interactuar con la columna.
4. Entrar en la programación de la temperatura. Para un funcionamiento isotérmico, ingrese la temperatura de la separación y luego un tiempo para la separación. Una elución gradiente, introduce la temperatura inicial y tiempo, la temperatura final de espera y mantener el tiempo y la velocidad de rampa en ° C/min. Un tiempo de equilibrado se establece también que permite la columna espalda fría a la temperatura original entre carreras.
5. Introducir los parámetros del detector. Se introducirá una tasa de temperatura y muestreo del detector. El detector debe ser siempre una temperatura más alta que la temperatura de la columna por lo que no hay analito se condensa en el detector.
6. Guarde el archivo de métodos. Los parámetros también necesitará descargarse por lo que leen por el GC.

3. recogida de datos GC

1. Encienda el gas de hidrógeno y asegúrese de que ajustar correctamente el medidor de presión. Luz de la llama de la FID.
2. En el estante de muestreadores, llenar la cubeta de lavado con el solvente de lavado, como el acetonitrilo o metanol. Asegúrese de que el frasco de residuos es vacío.
3. Preparar la muestra. Si existe alguna posibilidad de partículas en la muestra, filtrar la muestra. Porque a veces se observan residuos plásticos con GC, uso único vidrio jeringas y frascos para preparar la muestra de vidrio.
4. Llene el frasco por lo menos la mitad con la muestra por lo que se asegura la jeringa del inyector automático para recoger la muestra. Automuestreador viales suelen ser 2 mL, pero si el volumen de muestra es limitada, insertos vial están disponibles para reducir el volumen de muestra necesario.
5. Cargar los frascos de muestra en el estante del muestreador automático. El seguimiento de qué posición en cada muestra.
6. Antes de la carrera, cero la base del registrador de carta en el software de computadora.
7. Los archivos pueden recogerse como una única prueba o usando una tabla de lote para múltiples pistas. Asegúrese de especificar el número correcto del frasco para la muestra. Pulsa el botón "Inicio" y hacer un archivo.
8. Datos normalmente son analizados con un programa de software. Parámetros que pueden medirse son tiempo de retención, altura, área de pico y número de platos teóricos.

4. resultados: Análisis de GC de muestras de café

1. En este ejemplo, se realizó análisis de GC-FID para cafeína y ácido palmítico, dos compuestos que se encuentran en el café. La cafeína es menos polar que el ácido palmítico, que tiene una cola de alcanos de cadena larga. Así, la cafeína se retiene menos y elutes primero en la columna no polar de 95% dimetilpolisiloxano y 5% fenil-arylene (figura 1).
2. Desde el cromatograma, se pueden calcular las áreas de pico. Las áreas de pico son proporcionales a la masa de carbono que pasa por el detector y pueden ser utilizados para hacer una curva de calibración de concentración del instrumento respuesta vs. Figura 1, el área de pico es 27.315 para cafeína y 18.852 de ácido palmítico.
3. Es una medida de la eficiencia de la columna N, el número de platos teóricos. N puede calcularse a partir del cromatograma para cada pico. Figura 1, N es 283.000 para cafeína y 261.000 de ácido palmítico.
4. La figura 2 muestra el efecto de la temperatura en separaciones isotérmicos. Dos separaciones son overlaid de la misma muestra de cafeína y ácido palmítico. La primera es a 180 ° C y la segunda a 200 ° C. Los tiempos de retención son mucho menores para el funcionamiento a temperaturas elevadas.

Figura 1. Análisis de GC-FID de muestras cafeína y ácido palmítico. La cafeína 5 mM estándar elutes en primer lugar, seguida por la muestra de 1 mM de ácido palmítico. La rampa de temperatura fue 0,1 min a 150 º C seguido de una rampa de 10 ° C/min a 220 ° C donde la temperatura se llevó a cabo durante 5 minutos.

Figura 2. Análisis de GC-FID de carreras isotérmicas de una muestra de café de tueste oscuro. Una comparación de GC-FID corre a 180 ° C y 200 ° C para una muestra de café de tueste oscuro. Los picos elución mucho más rápidamente con la temperatura de 200 ° C.

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!