Instrumentación en la cromatografía gas-líquido

La cromatografía de gases (CG) es una técnica que permite trabajar con muestras sólidas, líquidas o gaseosas, siempre que sean volátiles y estables térmicamente.

En un cromatógrafo gas-líquido la mezcla de solutos a separar, una vez volatilizada, se hace pasar a través de una columna, que contiene la fase estacionaria, con ayuda de una fase móvil gaseosa (gas portador). Esquemáticamente:

esquema-cromatografo-gases

Un cromatógrafo de gases consta de los siguientes componentes básicos:

  • Sistema de suministro de gas portador
  • Sistema de inyección de la muestra
  • Columna y fase estacionaria
  • Sistema de detección
  • Sistema de registro y tratamiento de datos

Sistema de suministro de gas portador

A diferencia de otros métodos, la fase móvil en la cromatografía de gases es inerte y no interactúa con la muestra, por lo que su función es la de transportar la muestra y se denomina gas portador.

El gas portador debe cumplir una serie de características:

  • Debe ser químicamente inerte y no interaccionar con las moléculas de analito ni con la columna.
  • Debe obtenerse en un grado de pureza alto (debe estar libre de contaminantes que pueden interaccionar con la muestra, degradar la columna o dar señal en el detector) y a un precio razonable.
  • Debe ser compatible con el sistema de detección empleado.

El gas portador más comúnmente empleado es el helio, pero también se usan el argón, el nitrógeno o el hidrógeno. Se suministran desde un recipiente o bombona a presión, por lo que es necesario incorporar al sistema medidores y reguladores de presión, así como un sistema regulador de flujo y un filtro o tamiz que elimine el agua y otras impurezas.

Aunque la naturaleza del gas portador no sea determinante, la velocidad de flujo de la fase móvil es un factor que afecta a la duración del proceso cromatográfico y a su resolución.

Sistema de inyección de la muestra

Para obtener una alta eficiencia se requiere que la muestra sea de un tamaño adecuado y que la inyección sea rápida, pues en caso contrario se produce una mayor dispersión de las bandas y una menor resolución. La elección del sistema de inyección en CG viene dictada por el tipo de columna empleada (empaquetada o capilar) y por la naturaleza de los solutos a separar.

En columnas empaquetadas el sistema de introducción de la muestra (0’5 a 20 μL) consiste simplemente en la inyección empleando una microjeringa calibrada en un bloque o cabeza de inyección.

En columnas capilares (volúmenes unas 100 veces menores) la inyección es un aspecto crítico y puede realizarse de tres formas:

  • Inyección con división (split injection), cuando los analitos se encuentran en una proporción mayor del 0’1 % en la muestra. La muestra se inyecta a través de un septum y el gas portador arrastra la muestra hacia una cámara donde se la muestra se vaporiza y mezcla. Un sistema divisor permite separar una pequeña fracción conocida de la muestra, que pasa a la columna, y el resto se desecha.

inyeccion-muestra-cormatografia

  • Inyección sin división (splitless injection), apropiada para análisis de trazas de analitos (menos de 0’01 % de la muestra). Se usa el mismo inyector que el empleado para la inyección con división en el que se introduce un volumen elevado de muestra, éste se evapora y se dirige hacia la columna. La columna se encuentra a una temperatura inferior al punto de ebullición del disolvente, de modo que se condensa a la entrada, formando una fina película donde quedan atrapados los componentes de la muestra (preconcentración). Tras ello, la temperatura de la columna aumenta y se inicia la separación.
  • Inyección directa en la columna, sin que exista una cámara de vaporización previa. Se emplea para muestras térmicamente inestables o que presentan analitos cuya volatilidad varía en un amplio rango de temperaturas. En el inicio, la columna se mantiene fría y, tras la inyección, se aumenta la temperatura volatilizando la muestra a la temperatura más baja posible.

Muchas veces es necesario llevar a cabo un proceso de transformación de la muestra en una forma adecuada para poder ser analizada. Una manera de hacerlo es la derivatización, en la que mediante una reacción química se genera un derivado fácilmente detectable. Este método también puede ser aplicado para aumentar la volatilidad de la muestra, mejorar la estabilidad térmica de los analitos o, simplemente, mejorar la resolución cromatográfica.

Columnas y Hornos

Se usan dos tipos de columnas:

  • Columnas empacadas o empaquetadas, menos usadas en la actualidad. Varían desde 1 a 5 metros.
  • Columnas tubulares abiertas o capilares, más eficaces y rápidas. Pueden ser de hasta 100 metros.

Están construidas con sílice fundida, acero inoxidable, vidrio o teflón, con una forma helicoidal de 10 a 30 cm de diámetro, a fin de acomodarlas en el interior del horno.

El horno debe permitir un preciso control de la temperatura, pues de ella dependerá la velocidad del proceso cromatográfico y su resolución. Debe ser ligeramente superior a la temperatura de ebullición promedio de la muestra, de manera que la elución se produzca en un tiempo razonable (cuanto mayor sea la temperatura menor tiempo de retención, pero también, menor resolución). En las mezclas con componentes de temperaturas de ebullición muy distintas suele emplearse un programador de temperatura, que la va aumentando progresivamente.

Por su influencia en el proceso cromatográfico, detallaremos las características de las columnas y las fases estacionarias (pincha sobre los nombres para acceder).

Sistemas de detección

Es el sistema encargado de poner de manifiesto la presencia de soluto o de componentes de la muestra que abandonan la columna. Las características que debe tener un detector ideal son las siguientes:

  • Universal
  • Sensibilidad (de hasta 10–10 o 10–15 g)
  • Estabilidad y reproducibilidad
  • Respuesta lineal para la concentración de analito
  • Amplio rango de temperaturas de trabajo (hasta 400 ºC)
  • Tiempo de respuesta corto e independiente de la velocidad de flujo
  • Fácil manejo
  • No destructivo

Una descripción de los tipos de detectores más utilizados se puede encontrar aquí.

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