Explorando los mecanismos de la cromatografía de gases

La cromatografía de gases es una técnica indispensable en química analítica que permite la medición e identificación precisas de sustancias químicas, incluso en cantidades mínimas. En este artículo, exploraremos el concepto de cromatografía de gases y varios aspectos de sus fundamentos.

¿Qué es un cromatógrafo de gases?

La cromatografía de gases (GC) es una técnica analítica para gases, líquidos y muestras sólidas que se utiliza para separar y detectar componentes químicos en una mezcla de muestra. Estos componentes químicos suelen ser moléculas orgánicas o gases. Para poder analizarlos con éxito mediante GC, estos componentes deben ser volátiles, normalmente tener un peso molecular inferior a 1250 Da y ser térmicamente estables.

Principio del cromatógrafo de gases

La cromatografía de gases utiliza un gas como fase móvil (gas portador). Cuando la muestra se 'inyecta' en el inyector mediante una microjeringa, el gas portador la transporta a una columna empaquetada o columna capilar. Debido a las diferencias en la distribución o coeficientes de adsorción de los componentes de la muestra entre la fase móvil (fase gaseosa) y la fase estacionaria (fase líquida o sólida) en la columna. Bajo el lavado del gas portador, cada componente se distribuye repetidamente entre las dos fases de modo que cada componente se separa en la columna. Luego, los componentes son detectados secuencialmente por un detector conectado a la parte posterior de la columna en función de sus propiedades fisicoquímicas.

Cómo leer cromatogramas

Fuente: Anthias Consulting.

Aquí se muestra un cromatograma típico. El eje horizontal indica el momento en que el componente llega al detector. El eje vertical indica la intensidad de la señal. La porción donde no se detecta ningún componente se llama línea base y la porción donde se detecta el componente se llama pico. El tiempo desde que se inyecta la muestra en el sistema hasta que aparece el pico se denomina tiempo de retención. Dado que cada componente tiene un tiempo de elución diferente, cada componente se puede separar y detectar.

Estructura básica del cromatógrafo de gases.

El cromatógrafo de gases se compone principalmente de un sistema de gas portador, un sistema de inyección de muestras, un sistema de separación, un sistema de detección, un sistema de control de temperatura y un sistema de registro.

Si los componentes se pueden separar o no, la clave está en la columna cromatográfica, si los componentes se pueden identificar después de la separación está en el detector, por lo que el sistema de separación y el sistema de detección son el núcleo del cromatógrafo de gases.

1. Sistema de gas portador: Incluye purificación de gas, fuente de gas, control del caudal de gas y flujo. La precisión del caudal de gas y el control del caudal afecta la estabilidad de la cromatografía de gases. Los gases portadores comunes son el hidrógeno, el nitrógeno y el helio.

2. Sistema de inyector: Incluyendo un inyector, una cámara de vaporización (vaporización instantánea de una muestra líquida a vapor), la muestra de gas o líquido se agrega rápida y cuantitativamente al extremo superior de la columna cromatográfica.

3. Sistema de separación: El núcleo del sistema de separación es la columna cromatográfica, que sirve para separar los componentes de la muestra a analizar.

   Clasificación de columnas cromatográficas: columnas empacadas y columnas capilares.

   Columnas empaquetadas: Adecuadas para análisis cuantitativos de muestras de rutina, especialmente muestras de alta pureza.

   Columnas capilares: Adecuadas para la separación de muestras complejas o trazas y análisis de residuos, etc. La eficiencia de separación es mucho mayor que la de las columnas empaquetadas.

4. Sistema de detección: El rendimiento del detector afectará directamente a la precisión del resultado del análisis final del cromatógrafo.

5. Sistema de control de temperatura: En el cromatógrafo de gases, el control de la temperatura es extremadamente importante, el control de la temperatura afecta directamente la eficiencia de separación de la columna, la sensibilidad y la estabilidad del detector.

6. Sistema de grabación: El sistema de grabación del cromatógrafo de gases se utiliza principalmente para registrar la señal de detección del detector y realizar el procesamiento y registro de datos cuantitativos.

Compuestos aptos para análisis por cromatografía de gases.

Los componentes que pueden analizarse mediante GC tienen las siguientes 3 características principales.

1. Compuestos con puntos de ebullición de hasta 400 °C.

2. Compuestos que no se descomponen a la temperatura de vaporización.

3. Los compuestos se descomponen a la temperatura de vaporización, pero la cantidad de descomposición es siempre la misma.

Compuestos que no pueden analizarse mediante GC o que son difíciles de analizar mediante GC.

Compuestos que no se pueden analizar.

1. Compuestos que no se vaporizan (metales, iones y sales inorgánicos)

2. Compuestos altamente reactivos y compuestos químicamente inestables (ácidos fuertes como el ácido fluorhídrico, compuestos altamente reactivos como el ozono y los NOx)

Compuestos difíciles de analizar.

1. Compuestos altamente adsorbibles (compuestos que contienen carboxilo, hidroxilo, amino o azufre)

2. Compuestos para los cuales es difícil obtener muestras estándar (el análisis cualitativo y cuantitativo es difícil).

Conclusión

En resumen, la cromatografía de gases es una técnica analítica importante ampliamente utilizada para separar y analizar mezclas complejas. Sus aplicaciones son muy amplias, trascienden los límites del laboratorio y permean muchas industrias. Su alta precisión, sensibilidad y capacidad para manejar una amplia gama de tipos de muestras lo hacen invaluable en campos como la química, las ciencias ambientales y el control de calidad.