Viquipèdia

Cromatografia de gasos: diferència entre les revisions

Exploració interactiva de l'historial
← Edició anteriorEdició següent →
Contingut suprimit Contingut afegit
VisualWikitext
#QQ17 Traducció deficient
Línia 1:
{{MT|data=febrer de 2013}}
 
[[Fitxer:Antofagasta 3 118.JPG|thumb|Un equip de cromatografia gasosa]]
[[Fitxer:cromatografo de gases diagrama.png|framed|dreta|Diagrama d'un cromatògraf de gasos]]
 
La '''cromatografia de gasos''' és una [[cromatografia]] en columna on la [[fase mòbil]] és un [[gas portador]]. Alguns dels camps d'aplicació més comuns de la cromatografia de gasos són l'anàlisi de substàncies volàtils en perfumeria, [[anàlisi de petrolis]] i derivats, [[enologia]], [[bromatologia]], etc. La cromatografia de gasos és una tècnica [[cromatografia|cromatogràfica]] en la qual la mostra es volatilitza i s'injecta al cap d'una [[columna cromatogràfica]]. L'elució es produeix pel flux d'una fase mòbil de gas inert. A diferència dels altres tipus de cromatografia, la fase mòbil no interacciona amb les molècules de l'[[anàlit]], la seva única funció és la de transportar l'anàlit a través de la columna.
 
Linha 12 ⟶ 10:
 
[[Fitxer:cromatografo de gases diagrama.png|framed|dreta|Diagrama d'un cromatògraf de gasos]]
 
== Gas portador ==
El gas portador compleix bàsicament dos propòsits: Transportar els components de la mostra, i crear una matriu adequada per al detector.
Un gas portador ha de reunir certes condicions:
 
-Ha de ser inert per evitar interaccions (tant amb la mostra com amb la fase estacionària) <br/>
-Ha de ser capaç de minimitzar la difusió gasosa <br/>
-Fàcilment disponible i pur <br/>
-Econòmic <br/>
-Adequat al detector a utilitzar
 
El gas portador ha de ser un gas inert, per prevenir la seva reacció amb l'anàlit o la columna. Generalment es fan servir gasos com l'[[heli]], [[argó]], [[nitrogen]], [[hidrogen]] o [[diòxid de carboni]], i l'elecció d'aquest gas de vegades depèn del tipus de detector emprat. L'emmagatzematge del gas pot ser en bales normals o utilitzant un generador, especialment en el cas del [[nitrogen]] i de l'[[hidrogen]]. Després tenim un sistema de manòmetres i reguladors de flux per garantir un flux estable i un sistema de [[deshidratació]] del gas, com pot ser un tamís molecular.
 
Generalment, la regulació de la pressió es fa a dos nivells: un primer manòmetre se situa a la sortida de la bala o generador del gas i l'altre a l'entrada del cromatògraf, on es regula el flux. Les pressions d'entrada varien entre 10 i 25 [[PSI|psi]], el que dóna lloc a cabals de 25 a 150 mL/min en columnes de farciment i d'1 a 25 mL/min en columnes capil lars. Per comprovar el cabal es pot utilitzar un Rotàmetres o un simple mesurador de bombolles de sabó, el qual dóna una mesura molt exacta del cabal volumètric que entra a la columna.
 
La puresa dels gasos és summament important, es requereixen nivells 4.5 o grans és de dir 99.995% de puresa. Això no obstant, degut a la cura que s'ha de tenir amb la fase activa de la columna, es fa completament necessari la instal·lació de trampes a l'entrada del Gas carrier, aquestes trampes òbviament tenen una capacitat limitada, però són importantíssimes al moment de fer servir el Cromatògraf. Aquestes trampes eviten l'ingrés d'Hidrocarburs, aigua, CO entre d'altres.
 
== Sistema d'injecció de mostra ==
La injecció de mostra és un apartat crític, ja que s'ha d'injectar una quantitat adequada, i s'ha d'introduir de manera (com un "tap de vapor") que sigui ràpida per evitar l'eixamplament de les bandes de sortida, aquest efecte es dóna amb quantitats elevades de anàlit.
El mètode més utilitzat empra una microxeringa (de capacitats de diversos microlitres) per introduir l'analit en una cambra de vaporització instantània. Aquesta càmera està a 50&nbsp;°C per sobre del punt d'ebullició del component menys volàtil, i està segellada per una junta de goma de [[silicona]] Septa o '' septum ''.
 
[[Fitxer:inyector gc.png|framed|esquerra|Injector de mostra per a un GC]]
 
Si és necessària una reproductibilitat de la grandària de mostra injectada es pot utilitzar una vàlvula de sis vies o vàlvula d'injecció, on la quantitat a injectar és constant i determinada per la mida del bucle d'aquesta vàlvula.
 
[[Fitxer:ANTOFAGASTA-1 134.JPG|thumb|dreta|150px|Un mostrejador automàtic per a emprar la tècnica d'espai en Cap o Head Space per GC (accessori)]]
 
Si la columna emprada és farcida, el volum a injectar serà d'uns 20 [[prefixos de l'SI|µ]] L, i en el cas de les columnes capil·lars aquesta quantitat és menor, d'1 [[prefixos de l'SI|µ]] L, i depenent del tipus de columna capil·lar (ja que hi ha columnes amb diferent diàmetre intern) és que si es fa servir tot el volum de mostra injectat. Per obtenir menor quantitat de volum, es fa servir un divisor de flux (la injecció es coneix com a mode "Split") a l'entrada de la columna que rebutja part de l'analit introduït. Si es fa servir tot el volum de mostra la injecció és de tipus "Splitless". El mode Splitless s'empra més per determinar petites quantitats o traces (determinacions ambientals).
 
Si s'injecta 1 microlitre de solvent, per exemple aigua, al passar a la fase vapor el volum es multiplicarà per mil. És a dir, un microlitre d'aigua passaria a ser 1 mL d'aigua a gas, i com que el volum del port d'injecció és limitat, es fan servir split polsat o d'altres configuracions per garantir l'ingrés adequat de les mostres.
 
En el cas de mostres sòlides, simplement s'introdueixen en forma de dissolució, ja que a la cambra de vaporització instantània el dissolvent es perd en el corrent de purga i no interfereix en l'elució.
 
Segons les corbes de Van Demter (hept vs. Velocitat Lineal), el millor gas a utilitzar a la columna cromatogràfica com a portador dels analits és l'[[hidrogen]], però a causa de la seva perillositat, és més utilitzat com a gas d'encesa en el detector FID, juntament amb l'aire. Després vénen, respectivament, [[heli]] i [[nitrogen]]. El gas hidrogen és el millor '' carrier'', però els fluxos que manegen els cromatògrafs no són perillosos, a més a més a la seva sortida hi ha restrictors de flama que eviten la propagació d'un possible incendi. Per això sempre es recomana l'ús d'hidrogen, primer pel seu baix preu respecte als altres gasos i per la resolució dels pics que es mostren en els cromatogrames. Els riscos de perillositat són mínims si es SAP que la relació per a la ignició entre aire i hidrogen és 10 a un (per cada 10 mL de H2, 1 d'Aire), i ha d'estar en presència d'una espurna o zona d'escalfament alta.
 
== Columnes i sistemes de control de temperatura ==
En GC es fan servir dos tipus de columnes: les '' empaquetades '' o '' de farciment '' i les '' tubulars obertes '' o '' capil·lars ''. Aquestes últimes són més comuns en l'actualitat (2005) degut a la seva major rapidesa i eficiència. La longitud d'aquestes columnes és variable, de 2 a 60 metres, i estan construïdes en [[acer inoxidable]], [[vidre]], [[sílice]] fosa o [[tefló]]. Degut a la seva longitud i a la necessitat de ser introduïdes a un forn, les columnes acostumen a enrotllar-se en una forma helicolidal amb diàmetres de 10 a 30&nbsp;cm, depenent de la mida del forn.
 
La temperatura és una variable important, ja que en dependrà el grau de separació dels diferents anàlits. Per a això, s'ha d'ajustar amb una precisió de dècimes de grau. Aquesta temperatura depèn del punt d'ebullició de l'anàlit o anàlits, com també la màxima temperatura de funcionament de la columna (fase estacionària), i en general s'ajusta a un valor igual o lleugerament superior a ell. Per a aquests valors, el temps d'elució va oscil·lar entre 2 i 30-40 minuts. Si tenim diversos components amb diferents punts d'ebullició, s'ajusta l'anomenada ''' rampa de temperatura ''' amb la qual cosa aquesta va augmentant ja sigui de forma contínua o per etapes. En moltes ocasions, ajustar correctament la rampa pot significar separar bé o no els diferents anàlits. És recomanable utilitzar temperatures baixes per a l'elució, ja que encara que a major temperatura l'elució és més ràpida, es corre el risc de descompondre l'anàlit.
 
== Detectors ==
El detector és la part del cromatògraf que s'encarrega de determinar quan ha sortit l'anàlit pel final de la columna. Les característiques d'un detector ideal són:
 
* ''' Sensibilitat ''': Cal que pugui determinar amb precisió quan surt anàlit i quan surt només el gas portador. Tenen sensibilitats entre 10 <sup> -8 </sup> i 10 <sup> -15 </sup> g/s de anàlit.
* ''' Resposta lineal al anàlit ''' amb un rang de diversos ordres de magnitud.
* ''' Temps de resposta curt ''', independent del cabal de sortida.
* ''' Interval de temperatura de treball ampli ''', per exemple des de temperatura ambient fins a uns 350-400&nbsp;°C, temperatures típiques treball.
* ''' Estabilitat i reproductibilitat ''', és a dir, a quantitats iguals de anàlit ha de donar sortides de senyal iguals.
* ''' Alta fiabilitat i maneig senzill ''', o prova d'operadors inexperts.
* ''' Resposta semblant per a tots els anàlits '''.
* ''' Resposta selectiva i altament predictible ''' per a un reduït nombre d'anàlits.
 
Alguns tipus de detectors:
 
* [[Detector d'ionització de flama]] (FID, Flame Ionization Detector).
* [[Detector de conductivitat tèrmica]] (TCD, Thermical Conductivity Detector).
* [[Detector termoiònic]] (TID, ThermoIonic Detector).
* [[Detector de captura d'electrons]] (ECD, Electró-Capture Detector).
* [[Detector d'emissió atòmica]] (AED, Atomic Emission Detector).
 
[[Fitxer:ANTOFAGASTA-1 143.JPG|thumb|250px|Vista d'un detector GC del tipus FID (desmuntat)]]
 
Altres detectors minoritaris són el '' detector fotomètric de flama '' (PFD), emprat en compostos com pesticides i hidrocarburs que continguen [[fòsfor (element)|fòsfor]] o [[sofre]]. En aquest detector es fa passar el gas eluït per una flama hidrogen/oxigen on part del fòsfor es converteix en una espècie HPO, la qual emet a? = 510 i 526 [[nanòmetre|nm]], i simultàniament el sofre es converteix en S <sub> 2 </sub>, amb emissió a? = 394 [[nanòmetre|nm]]. Aquesta radiació emesa es detecta amb un fotòmetre adequat. S'han pogut detectar altres elements, com alguns [[halogen|halògens]] nitrogen, [[estany (element)|estany]], [[germani]] i altres.
 
Al '' detector de fotoionització '' (PID), el gas eluït al final de la columna se sotmet a una [[radiació]] [[ultraviolada]] amb energies entre 8,3 i 11,7 [[Electró|eV]], corresponent a una? = 106-149&nbsp;nm. Mitjançant l'aplicació d'un potencial a la cel d'ionització es genera un corrent d'ions, la qual és amplificada i registrada.
 
== Columnes i tipus de fases estacionàries ==
* ''' Columnes de farciment '''
Les columnes de farciment o empacada consisteixen en uns tubs de vidre, metall (inert si és possible com l'acer inoxidable, Níquel, Coure o Alumini) o tefló, de longitud de 2 a 3 metres i un diàmetre intern de pocs mil·límetres, típicament de 2 a 4. L'interior s'omple amb un material sòlid, finament dividit per tenir una màxima superfície d'interacció i recobert amb una capa de gruixos entre 50&nbsp;nm i 1&nbsp;µm. Per tal que puguin introduir-se en el forn, s'enrotllen convenientment.
 
El material de farciment ideal consisteix en petites partícules, esfèriques i uniformes, amb una bona resistència mecànica, per tenir una màxima superfície on interaccionar la fase estacionària i l'analit. La superfície específica mínima ha de ser d'1 m²/g. Com tots els components de columnes per a GC, ha de ser inert a altes temperatures ({400&nbsp;°C) i humectar uniformement amb la fase líquida estacionària durant el procés de fabricació.
El material preferit actualment (2005) és la terra de [[diatomea|diatomee]]s naturals, per la seva mida de porus natural. Aquestes espècies, ja extingides, utilitzaven un sistema de [[difusió]] molecular per prendre nutrients del medi i expulsar els seus residus. Per tant, degut al fet que el sistema d'absorció superficial de l'analit i la fase estacionària és semblant, són materials especialment útils.
 
La mida és crítica a l'hora de donar-se el procés d'interacció de l'anàlit, ja que amb mides menors l'eficàcia de la columna és millor. Però hi ha el problema de la pressió necessària per fer circular un cabal estable de gas portador per la columna, ja que aquesta pressió és inversament proporcional al quadrat del diàmetre d'aquestes partícules. Així, la mida mínima per utilitzar pressions màximes de 50 [[PSI|psi]] és de 250-149&nbsp;µm.
 
* ''' Columnes capil·lars '''
Les columnes capil·lars són de dues menes bàsiques: les de paret recoberta (WCOT) i les de suport recobert (SCOT). Les WCOT són simplement tubs capil·lars on la paret interna s'ha recobert amb una finíssima capa de fase estacionària. Les columnes SCOT tenen a la seva part interna una fina capa de material absorbent com l'emprat a les columnes de farciment (terra de diatomees) on s'ha adherit la fase estacionària. Els avantatges de les SCOT enfront de les WCOT és la major capacitat de càrrega d'aquesta darrera, ja que en la seva fabricació s'utilitzen grans quantitats de fase estacionària, en ser la superfície d'intercanvi grossa. Per ordre d'eficàcia, en primer lloc hi ha les WCOT, després les SCOT i en darrer lloc les columnes de farciment.
 
Les columnes WCOT es fabriquen a partir de sílice fosa, conegudes com a'' columnes tubulars obertes de sílice fosa ''o FSOT. Aquestes columnes es fabriquen a partir de sílice especialment pura, gairebé sense contingut d'òxids metàl·lics. Degut a la fragilitat inherent a aquest material, en el mateix procés d'obtenció del tub es recobreix amb una capa de [[imida|poliimida]], i d'aquesta manera la columna pot enrotllar amb un diàmetre de pocs centímetres. Aquestes columnes, amb propietats com a baixa reactivitat, resistència física i flexibilitat, han substituït les WCOT clàssiques.
 
Les columnes FSOT tenen diàmetres interns variables, entre 250 i 320&nbsp;µm (per columnes normals) i 150-200&nbsp;µm per columnes d'alta resolució. Aquestes últimes requereixen menor quantitat d'analit i un detector més sensible, i eluiran menor quantitat de gas.
Hi ha també columnes '' macrocapilars '' amb diàmetres de fins a 530&nbsp;µm, que admeten quantitats d'analit comparables a les de farciment però amb millors prestacions.
 
En aquestes columnes hi ha un problema degut a l'absorció de l'analit sobre la superfície de la sílice fosa, adsorció deguda a la presència de grups silanol (Si-OH), els quals interaccionen fortament amb [[molècula polar|molècules polars]] orgàniques. Aquest inconvenient es sol resoldre amb inactivat de la superfície per sililació amb dimetilclorsilà (DMCS). L'absorció deguda als òxids metàl·lics es veu pal·liada en gran part per l'elevada puresa de la sílice emprada.
 
* ''' La fase estacionària '''
Les propietats necessàries per a una fase estacionària líquida immobilitzada són:
 
#Característiques de repartiment (factor de capacitat? 'I factor de selectivitat a) adequats a l'analit.
 
#Baixa volatilitat, el punt d'ebullició de la fase estacionària ha de ser com a mínim 100&nbsp;°C major que la màxima temperatura assolida al forn.
 
#Baixa reactivitat.
 
#Estabilitat tèrmica, per evitar la seva descomposició durant l'elució.
 
Hi ha com a molt una dotzena de dissolvents amb aquestes característiques. Per triar-ne un cal tenir en compte la polaritat de l'analit, ja que a major polaritat de l'analit, major polaritat haurà de tenir la fase estacionària. Algunes fases estacionàries utilitzades actualment (2005) són:
 
* ''' [[Polidimetilsiloxà]] ''', fase no polar d'ús general per [[hidrocarbur]]s, aromàtics, polinuclears, [[droga|drogues]]s, [[esteroide]]s i [[bifenils policlorats|PCB]].
* ''' [[Poli (fenilmetildifenil) siloxà]] ''' (10% fenil), per èsters metílics d'àcids grassos, [[alcaloide]]s, [[droga|drogues]] i compostos [[halogen]]ats.
* ''' [[Poli (fenilmetil) siloxà]] ''' (50% fenil), per [[droga|drogues]], [[esteroide]]s, [[pesticida|pesticides]] i [[glicol]]s.
* ''' [[Poli (trifluoropropildimetil) siloxà]] ''', per aromàtics clorats, nitroaromàtics, benzè alquilsubstituïts.
* ''' [[Polietilenglicol]] ''', serveix per a compostos polars, també per compostos com [[glicol]] és, [[alcohol]] és, [[èter]] és, olis essencials.
* ''' [[Poli (dicianoalildimetil) siloxà]] ''', per àcids grassos poliinsaturats, àcids lliures i [[alcohol]] és.
 
Generalment, en columnes comercials, la fase estacionària es presenta enllaçada i encreuada per impedir la seva pèrdua durant les operacions d'elució o rentat. D'aquesta manera s'obté una monocapa adherida químicament a la superfície de la columna. La reacció implicada sol ser l'addició d'un [[peròxid]] al líquid a fixar, tot iniciant-se una reacció per radicals lliures que té com a resultat la formació d'un enllaç [[carboni]]-carboni que a més a més n'incrementa l'estabilitat tèrmica. Una altra manera és la irradiació amb [[raigs gamma]].
 
Un altre tipus de fase estacionària són les [[Quiralitat (química)|quirals]], la qual cosa permet resoldre mescles [[enantiòmer|enantiomèriques]]. Aquest tipus de fases acostumen a ser aminoàcids quirals o algun derivat adaptat al treball en columna.
 
El gruix de la pel·lícula varia entre 0,1 i 5&nbsp;µm, el gruix depèn de la volatilitat del analit. Així, un analit molt volàtil requerirà una capa gruixuda per augmentar el temps d'interacció i separar més efectivament els diferents components de la mescla. Per columnes típiques (diàmetres interns de 0,25 o 0,32&nbsp;mm) es fan servir gruixos de 0,25&nbsp;µm, i a les columnes macrocapilars el gruix puja fins a 1&nbsp;µm. El gruix màxim sol ser de 8&nbsp;µm
 
== Aplicacions ==
La GC té dos importants camps d'aplicació. D'una banda la seva capacitat per separar mescles orgàniques complexes, compostos organometàl i sistemes bioquímics. La seva altra aplicació és com a mètode per a determinar quantitativament i qualitativament els components de la mostra. Per a l'anàlisi qualitatiu se sol emprar el temps de retenció, que és únic per a cada compost donades unes determinades condicions (mateix gas portador, rampa de temperatura i flux), o el volum de retenció. En aplicacions quantitatives, integrant les àrees de cada compost o mesurant la seva alçada, amb els calibrats adequats, s'obté la concentració o quantitat present de cada anàlit.
 
== Muntatge de tècniques analítiques==
El muntatge d'una tècnica analítica de CG és netament [[empírica]], el perfil dels anàlits que es vulgui determinar, l'elecció de la fase mòbil, els temps de retenció (elució) estaran donats exclusivament per les condicions particulars de la columna (fase estacionària) davant l'equip. Les rampes de temperatura a seleccionar bé poden isotèrmiques o esglaonades.
 
L'elecció del gas dependrà del tipus de detector, l'elecció de la columna (fase estacionària) dependrà de la polaritat dels compostos a separar, el detector dependrà del tipus de compostos a detectar.
 
Normalment, una tècnica analítica de GC consumirà moltes hores d'un cromatogràfica a ser desenvolupada i instal·lada pel mètode de l'assaig i error abans de ser validada com a real.
 
L'elecció dels estàndards és fonamental en el desenvolupament de la tècnica. L'estabilització de la línia base de la fase mòbil en la fase estacionària (posterior al capdavant del solvent) a través del temps és fonamental per establir un mètode.
Una línia de base (solvent) poc estable o irregular que canvia d'intensitat davant del detector a mesura que eluye ha de ser afinada i estabilitzada abans d'introduir els anàlits.
 
El·layout dels paràmetres del rang de temperatura del forn, l'adequada elecció de la columna i la fase estacionària (inclou, tipus, llarg i diàmetre), l'elecció adequada del tipus de detector, les temperatures del detector i injector, els volums de anàlit, hauran de ser establertes de manera que s'obtingui la major eficàcia en separar els anàlits, i amb la millor resolució possible.
La puresa de la mostra dependrà de la preparació prèvia d'aquesta.
 
La CG és una metodologia altament efectiva i la seva realització permet una àmplia gamma de possibilitats per a la química analítica en compostos orgànics. L'[[HPLC]] és una variant d'aquesta tècnica és que funciona basant-se en l'afinitat de l'anàlit per la fase mòbil líquida en comptes de gasosa.
 
La sensibilitat de la tècnica GC fins i tot pot detectar micrograms de l'anàlit si està ben muntada. La quantificació es basa en càlculs de l'àrea sota la corba que és proporcional a la concentració de l'anàlit. Comunament es fa servir en estàndard intern de treball.
 
== Bibliografia==
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/wiki/Cromatografia_de_gasos»