CROMATOGRAFIA DE GASESDetectores especficos en cromatografa de gases. Columnas capilares.

AlumnasPatricia BelisarioKarla Gonzlez Prof.: Arnoldo Gonzlez Seccin: 231Maracay, Junio de 2014

INDICEContenidoPginaResmen..5Introduccin6Objetivos.8Cromatografa de gases...9Velocidades de migracin de los solutos...10Constante de distribucin ......10Tiempo de retencin...11Factor de retencin.11Factor de selectividad.12Ensanchamiento de banda y eficiencia de la columna...12Variable cinticas que influyen en el ensanchamiento de banda..18Anlisis cuantitativo...22Detectores especficos en cromatografia de gases.23Sistema de deteccin..23Caractersticas del detector ideal24Detectores de ionizacin por llama 24Detector de conductividad trmica.26Detector de captura de electrones...28Detector de termoinicos29Detector de conductividad electroflica.30Detector de fotoionizacin.31Detector de emisin atmica..32Detector fotomtrico de flama32Detector de espectrometra de masas..33Otros tipos de detector35Columnas para cromatografia de gases y fases estacionarias36Columnas tubulares abiertas37Columnas empacadas..38Materiales de soporte slidos.38Tamao de partcula de los soportes..39Conclusin..40Referencias.41

INDICE DE FIGURAS

Figuras PginaFigura N1Cromatograma caracterstico de una mezcla de dos componentes.11Figura N2Ilustracion del frente y de la cola de los picos cromatograficos.14Figura N3 Definicin de la altura de plato H = 2/L15Figura N4 Determinacin de la cantidad de platos..17Figura N5 Variables que influyen en la eficiencia de la columna...18Figura N6 efecto de la tasa de flujo de la fase mvil sobre la altura de plato para a) cromatografa de lquidos y b) cromatografa de gases..20Figura N7 Un detector de ionizacin por llama caracterstico...26Figura N8Esquema de a) celda de una detector de conductividad trmica b) configuracin de las dos celdas de muestra y de las dos referenciasde un detector..28Figura N9 Esquema de un detector de captura de electrones..29Figura N10 Diagrama de detector halla de conductividad elctrica31Figura N11 Detector de emisin atmica para cromatografia de gases..32Figura N12Espectometro de masas de tiempo de vuelo...35Figura N13 Esquema de un sistema de CG-EM capilar tpico35

RESMEN

La cromatografa tiene como caracterstica la de unir los mtodos fsicos y qumicos de separacin, que se conectan las dos fases mutuamente inmiscibles. La fase es estacionaria y la otra mvil. Una muestra que se introduce en la fase mvil es transportada a lo largo de la columna que contiene una fase estacionaria distribuida. La muestra experimenta interacciones repetidas entre la fase mvil y la fase estacionaria. Cuando las dos fases se han escogido en forma apropiada los componentes de la muestra se separan gradualmente en bandas en la fase mvil. Al final del proceso los componentes separados emergen en orden creciente de interaccin con la fase estacionaria. El componente menos retardado emerge primero, el retenido ms fuertemente eluye al ltimo. El reparto entre las fases aprovecha las diferencias entre las propiedades fsicas y/o qumicas de los componentes de la muestra. La columna de separacin es la parte ms importante del cromatgrafo. Ofrece versatilidad en los tipos de anlisis que pueden realizarse. Esta habilidad, debida a la amplia gama de seleccin de materiales para las fases mvil y estacionaria, permite separar molculas que difieren muy poco en sus propiedades fsicas y qumicas. Sumado a esto se dice que, la distribucin de un soluto entre dos fases es el resultado del balance de fuerzas entre las molculas del soluto y las molculas de cada fase. Refleja la atraccin o repulsin relativas que presentan las molculas o iones de las fases competidoras por el soluto y entre s. Estas fuerzas pueden ser polares, proviniendo de momentos dipolares permanentes o inducidos, o pueden deberse a fuerzas de dispersin del tipo London. En cromatografa de intercambio inico, las fuerzas en las molculas del soluto son sustancialmente de naturaleza inica; pero incluyen tambin fuerzas polares y no polares.A su vez podemos decir que durante las separaciones mediante cromatografa de gases se han investigado y utilizado docenas de detectores en los cuales se estudian diferentes caractersticas y las cuales vamos a estudiar detalladamente al igual que las columnas capilares o llamadas columnas tubulares abiertas.

INTRODUCCIN

El termino cromatografa hace referencia a las bandas coloreadas de pigmentos de plantas que se separaban por su adsorcin selectiva sobre columnas de yeso, tcnica usada por primera vez por el botnico ruso M. Tswett, en 1910. Tiempo mas tarde Kuhn y Lederer, quienes fueron quienes aplicaron la separacin de carotenoides; desde este momento el uso de esta tcnica se extendi cada vez ms. Martin y James en 1925 desarrollaron la cromatografa gas-liquido, lo que se encontraron importantes aplicaciones, lo que conllevo a su vez el desarrollo de la teora de la separacin cromatografa por Deemter en 1956, Giddings en 1965 entre otros, que ayudaron con el desarrollo de una instrumentacin que permita un mayor control de las condiciones de trabajo. La cromatografa se utilizo en un principio para fraccionar e identificar molculas pequeas, como aminocidos o azcares. As mismo, se us la cromatografa de particin, que consiste en aplicar una gota de la solucin con la mezcla de substancias a separar en la parte inferior de una tira de papel o en una delgada capa de un material inerte, como silicagel o celulosa. Seguido, el papel o material inerte se colocan en un recipiente con un solvente, de manera que, poco a poco, este los vaya impregnando. Dicho solvente es una mezcla de dos lquidos, que se eligen de manera tal que uno de ellos se adsorba ms al soporte que el otro; as, a medida que el solvente avance a lo largo del soporte los lquidos suben espontneamente por capilaridad, los componentes de la muestra que sean ms solubles en el lquido que queda adsorbido sern retenidos, y los que tengan mayor afinidad por el que no se adsorbe sern arrastrados por este. Una vez terminado el proceso, el soporte se seca y se tie con un colorante conveniente, para revelar los compuestos separados, los que se identifican colocando, sobre el mismo soporte, muestras de substancias conocidas.Una pequea cantidad de la muestra en disolucin se evapora cerca del borde del ngulo de una tira de papel.Otro tipo de cromatografa es la que se le conoce como cromatografa en columna que utiliza un amplio espectro de adsorbentes slidos, incluidas la slice, la almina y la slice gelatinosa. Tambin los lquidos pueden ser adsorbidos en estos slidos y a su vez sirven como adsorbentes permitiendo al qumico elaborar columnas de diferentes propiedades para diversas aplicaciones. En la cromatografa con lquidos de alto rendimiento, una variante de esta tcnica de uso frecuente hoy en da, se utilizan lquidos adsorbidos en partculas muy pequeas y uniformes, lo cual proporciona una sensibilidad bastante alta. Para llevar la mezcla a travs de la columna se precisa una bomba. La cromatografa de capas finas es otra forma de cromatografa en columna en la cual el material adsorbente reposa en un cristal o en una pelcula de plstico.En la cromatografa en papel, una muestra lquida fluye por una tira vertical de papel adsorbente, sobre la cual se van depositando los componentes en lugares especficos. Otra tcnica conocida como cromatografa gas-lquido permite la separacin de mezclas de compuestos gaseosos o de sustancias susceptibles de vaporizarse por calor. La mezcla vaporizada es conducida mediante un gas inerte a travs de un estrecho tubo en espiral que contiene una sustancia, por la que los componentes fluyen en diferentes proporciones, siendo detectados al final del tubo. Otro mtodo es la cromatografa por infiltracin gelatinosa, basado en la accin filtrante de un adsorbente poroso de tamao uniforme. Con este mtodo se consigue separar y detectar molculas de mayor masa molecular.El uso de la cromatografa est ampliamente extendido en el anlisis de alimentos, medicinas, sangre, productos petrolferos y de fisin radiactiva.La qumica, la biologa, la medicina, son algunas de las ciencias que no pueden dejar de usar la cromatografa en alguna de sus formas, tanto en su vertiente preparativa como en la analtica; sumado al desarrollo sobre el uso conjunto de la cromatografa con otras tcnicas analticas.

OBJETIVOS1.- Conocer la cromatografa como tcnica de separacin de mezcla de sustancias.2.- Analizar los detectores especficos en cromatografa de gases.3.- Examinar el ensanchamiento de banda, eficacia de la columna y sus mtodos.4.- Detallar el anlisis cuantitativo y cualitativo.5.- Definir las columnas para cromatografa de gases y fases estacionarias.

CROMATOGRAFA DE GASES

La cromatografa es un potente mtodo de separacin que tiene aplicacin en todas las ramas de la ciencia. La tcnica fue inventada y denominada as por el botnico ruso Mikhail Tswett a principios del siglo xx. El la utilizaba para separar varios pigmentos vegetales, como clorofilas y xantofilas, haciendo pasar soluciones de estos compuestos a travs de una columna de vidrio rellena con carbonato de calcio finamente dividido. Las especies separadas aparecan como bandas coloreadas en la columna, lo que justificaba el nombre que eligi para el mtodo (del griego chroma que significa color, y graphein que significa escribir). Las aplicaciones de la cromatografa han aumentado en forma explosiva en los ltimos cincuenta aos debido no solo al perfeccionamiento de nuevos y diversos tipos de tcnicas cromatografas, sino tambin a las necesidades crecientes de los cientficos de mejores mtodos para la caracterizacin de mezclas complejas. La tremenda influencia de esos mtodos en la ciencia se confirmo cuando se otorg el Premio Nobel de Qumica de 1952 a A. J. P. Martin y R. L. M. Synge por sus descubrimientos en este campo. Muchos de los Premios Nobel concedidos desde entonces se han basado en trabajos en los que la cromatografa desempea un papel vital. La cromatografa agrupa un conjunto importante y diverso de mtodos que facilitan la separacin, identificacin y determinacin de componentes estrechamente relacionados en mezclas complejas; muchas de dichas separaciones son imposibles por otros medios. En todas las separaciones cromatografas la muestra se disuelve con una fase mvil, que puede ser un gas, un lquido o un fluido supercrtico, la cual se hace pasar a travs de una fase estacionario inmiscible fija en una columna o en una superficie solida. Las dos fases se eligen de tal forma que los componentes de la muestra se distribuyen en grados distintos entre la fase mvil y la fase estacionaria. Aquellos componentes que son fuertemente retenidos por la fase estacionaria se mueven con mucha lentitud con el flujo de la fase mvil. En cambio, los componentes unidos dbilmente a la fase estacionaria se mueven con rapidez. Como consecuencia de las distintas velocidades de migracin, los componentes de la muestra se separan en bandas o zonas distintas que se pueden analizar en forma cualitativa y cuantitativa.

VELOCIDADES DE MIGRACION DE LOS SOLUTOSLa eficacia de una columna cromatogrfca para separar dos solutos depende en parte de las velocidades relativas con las que se lavan o se purifican las dos especies. Esas velocidades estn determinadas por la magnitud de las contantes de equilibrio para reacciones mediante las cuales los solutos se distribuyen entre las fases estacionaria y mvil.

CONSTANTE DE DISTRIBUCIONLos equilibrios de distribucin implicados en cromatografa se describen por ecuaciones simples que suponen la transferencia de un analito entre las fases estacionaria y mvil. Entonces, para la especie A del soluto se puede escribir:

AmvilAestacionariaLa constante de este equilibrio K se denomina, constante de distribucin de la especie A entre las dos fases se denomina constante de distribucin y se define como: Kc = (aA)s (aA)mDonde (aA)s es la actividad del solutos de A en la fase estacionaria y (aA)m es su actividad en la fase mvil. Cuando las concentraciones son bajas o cuando intervienen especies no aninicas, los coeficientes de actividad se acercan a la unidad. En estas condiciones, se sustituyen las actividades cs, por la concentracin y por el cM, su concentracin analtica molar en la fase mvil. Entonces, es posible escribir la ecuacin como: Kc= CS = nS/Vs CMnM/VM

Donde nS y nM son las cantidades de moles de analito en las dos fases y VS y VM son los volmenes de las dos fases. En una situacin ideal la constante de distribucin, a veces es llamada razn o coeficiente de reparto o distribucin, es constante a lo largo del amplio intervalo de concentraciones de soluto; es decir. CS es directamente proporcional a CM.

TIEMPO DE RETENCION

Figura 1Cromatograma caracterstico de una mezcla de dos componentes. El pico pequeo de la izquierda representa un soluto que no esta retenido en la columna, por lo que llega al detector casi de inmediato despus de empezar la elucin. Por consiguiente, su tiempo de retencin tM es casi igual al tiempo que se requiere para que una molcula de la fase mvil pase por la columna. El tiempo que transcurre despus de la inyeccin de la muestra para que el pico del analito alcance el detector se denomina tiempo de retencin y se le da el smbolo tR

FACTOR DE RETENCINEs un parmetro experimental importante que se usa con frecuencia para comparar las velocidades de migracin de los solutos en las columnas. La razn por la cual k es tan til es que no depende de la forma de la columna o de la tasa de flujo volumtrico. Esto quiere decir que para una combinacin dada de soluto, fase mvil y fase estacionaria cualquiera columna de cualquier forma que funciona a cualquiera tasa de flujo de fase mvil dar el mismo factor de retencin. En el caso del soluto A, el factor de retencin kA se define como: kA= KAVsVM

Donde KA es la constante de distribucin del soluto A. FACTOR DE SELECTIVIDADEl factor de capacidad de una columna, como su nombre lo indica, es un trmino que define que tan selectiva es una columna para separar dos picos. Es de hacer notar, que la columna puede ser selectiva a una separacin, que se identifica por un valor alto de este factor, pero si no se considera la mejora de los parmetros que pueden afectar el ancho de un pico, aun as no se lograra la separacin de los mismos. Entonces el factor de selectividad de una columna para dos especies A y B se define como:

Donde KB es el factor de capacidad del compuesto B, que es el mas retenido y KA es el factor de capacidad del compuesto A, que es el menos retenido. Con esta definicin siempre es mayor que la unidad. En trminos tomados a partir de un cromatograma se puede calcular como sigue:

ENSANCHAMIENTO DE BANDA Y EFICACIA DE LA COLUMNALa eficiencia de una columna cromatografa se veafectada por la cantidad de ensanchamiento de banda que ocurre a medida que un compuesto pasa por la columna. Antes de definir la eficiencia de la columna en trminos mas cuantitativos, se examinan las razones por las cuales las bandas se ensanchan mientras bajan por la columna.

Teora cintica de la cromatografaLa teora cintica de la cromatografa explica las formas y anchos de las bandas de elucin en trminos cuantitativos con base en un mecanismo de avance aleatorio para la migracin de molculas a travs de la columna. El estudio detallado de esta teora esta fueradel alcance de este texto. Sin embargo, es posible dar una visin cualitativa de porque se ensanchan las bandas y cules son las variables que mejoran la eficiencia de la columna.Si examina los cromatogramas que se muestran en este captulo y en el siguiente, observara que los picos de elucin se ven muy parecidos a las curvas gaussianas o de error normal. Las curvas de error normal pueden entenderse si se supone que la incertidumbre asociada con cualquier medicin individual es la suma de un gran nmero de pequeas incertidumbres, aleatorias e individualmente indetectables, cada una de las cuales tiene igual probabilidad de ser positiva o negativa. De una manera similar, la forma caracterstica gaussiana de una banda cromatografica se atribuye a la combinacin aditiva de los movimientos aleatorios de las diversas molculas a medida que descienden por la columna. En el siguiente anlisis se supone que se ha introducido una zona angosta de modo que el ancho de la inyeccin no es elfactor limitante que determina el ancho total de la banda que eluye. Es importante tener en cuenta que los anchos de las bandas de elucin nunca pueden ser mas angostos que el ancho de la zona de inyeccin.Es ilustrativo considerar una sola molcula de soluto mientras pasa por miles de transferencias entre las fases estacionaria y mvil durante la elucin. El tiempo de residencia en cualquiera de las fases es muy irregular. La transferencia de una fase a otra requiere energa y la molcula debe tomar de los alrededores.Por consiguiente, el tiempo de residencia en una fase dada a veces es momentneo despus de alguna transferencia y relativamente largo despus de otra. Recuerde que el descenso por la columna ocurre solo mientras la molcula esta en la fase mvil. Por tanto, ciertas partculas viajan con rapidez gracias a su inclusin accidental en la fase mvil la mayor parte de ltiempo, mientras otras se retrasan a causa de que estn incorporadas en la fase estacionaria por un tiempo mayor al promedio. El resultado de estos procesos aleatorios individuales es una dispersin simtrica de velocidades alrededor del valor medio, lo cual representa el comportamiento de la molcula de analito promedio.El ensanchamiento de una zona aumenta a medida que desciende por la columna porque ha habido ms tiempo para que haya dispersin. Entonces, el ensanchamiento de la zona esta relacionado de manera directa con el tiempo de residencia en la columna y de manera inversa con la velocidad de flujo de la fase mvil. Como se puede ver en la figura 2, algunos picos cromatograficos son no ideales y presentan deformacin hacia la cola o hacia el frente. En el primer caso la cola del pico, que aparece a la derecha en el cromatograma, se alarga y el frente se acorta bruscamente.Cuando la deformacin es hacia el frente ocurre lo contrario. Una causa comn de estas deformaciones es una constante de distribucin que varia con la concentracin.La asimetra o deformacin del frente tambin se presenta cuando se introduce demasiada muestra en una columna. Las distorsiones de este tipo son indeseables porque ocasionan separaciones deficientes y a tiempos de elucin menos reproducibles. En el analisis que sigue se supone que las distorsiones en el frente y en la cola son mnimas.

Figura 2Ilustracion del frente y de la cola de los picos cromatograficos.

Descripcin cuantitativa de la eficiencia de la columnaDos trminos afines se utilizan ampliamente como medidas cuantitativas de la eficiencia de una columna cromatografica: 1) la altura de plato H y 2) el nmerode platos o cantidad terica de platos, N. Los dos estnrelacionados por la ecuacin: N=L H

Donde L es la longitud por lo general en centmetros del relleno de la columna. La eficiencia de la columna cromatografica aumenta cuanto mayor es el nmero de platos N y cuanto menor es la altura H del plato. Se han encontrado enormes diferencias en las eficiencias debido a diferencias en el tipo de columna y en las fases movil y estacionaria. Las eficiencias en trminos del numero de platos varan desde pocos cientos a varioscientos de miles; son frecuentes las alturas de plato que oscilan desde unas pocas decimas hasta una milsima de centmetro o menos.El origen de los trminos altura de plato y cantidad de platos tericos proviene de uno de los primeros estudios tericos realizado por Martin y Synge en que trataron a una columna cromatografica como si fuera similar a una columna de destilacin que estuviera constituida por numerosas capas angostas, o platos, distintos pero contiguos, a las que denominaron platos tericos.Se supona que en cada plato se estableca el equilibrio de la especie entre las fases mvil y estacionaria. El descenso del soluto por la columna se trataba entonces como una transferencia por etapasde fase mvil equilibrada de un plato al siguiente. La teora del plato explica de manera satisfactoria la forma gaussiana de los picos cromatograficos y su velocidad de desplazamiento por la columna. Pero la teora se abandono en favor de la teora de la velocidad, debido a que la primera fallaba al intentar justificar el ensanchamiento de los picos de una manera mecanicista. No obstante, los trminos originales para la eficienciase han incorporado a la teora de velocidad. Esta nomenclatura es tal vez desafortunada porque tiende a perpetuar el mito de que una columna contiene platos donde hay condiciones de equilibrio. De hecho, el estadode equilibrio nunca se puede alcanzar con la fase mvil en movimiento constante.

Figura N3 Definicin de la altura de plato H = 2/L. En la a) la longitud de la columna es la distancia desde el punto de entrada de la muestra hasta el detector. En b) se muestra la distribucin gaussaiana de las molculas de la muestra. Definicin de altura de platoLa anchura de una curva gaussiana esta directamente relacionada con su desviacin estndar s o su varianzas. A menudo se supone que las bandas cromatograficas tienen una forma gaussiana, lo cual es conveniente para definir la eficiencia de una columna en trminosde la varianza por unidad de longitud de la columna. Es decir, la altura de plato H viene dada por

Esta definicin de la eficiencia de la columna se ilustraen la figura 3.a), donde se muestra una columna con un relleno de L cm de longitud. Encima de este esquema (figura 3.b) se muestra una grafica que representala distribucin de las molculas a lo largo de la columna en el momento en que el pico del analito alcanza el extremo final del relleno, es decir, en el tiempo de retencin. La curva es gaussiana y la ubicacinde L+ 1 y L -1 se indica mediante lneas verticales discontinuas. Observe que las unidades de L son centmetros y las de 2 son centmetros cuadrados; entonces, H representa una distancia lineal en centmetros. De hecho, puede pensarse en la altura de plato como la longitud de columna que contiene una fraccin de analito comprendida entre L y L - . Debido a que el rea bajo una curva normal de error limitada por una desviacin estndar (1) es de alrededor de 68% del rea total, la altura de plato,tal como se ha definido, contiene 34% del analito.

La evaluacin experimental de H y NLa figura 4 ilustra un cromatograma caracterstico con el tiempo en la abscisa. La varianza del pico del soluto, que se puede obtener por un procedimiento grafico sencillo, tiene unidades de segundos al cuadrado y, por lo regular, se designa como t2 para distinguirlo de 2, la cual tiene unidades de centmetros al cuadrado.

Las dos desviaciones estndar t y se relacionan mediante

Donde L/tR es la velocidad lineal promedio del soluto en centmetros por segundo. La figura 4 ilustra una manera sencilla de determinar aproximadamente t y a partir de un cromatograma experimental. Se trazan las tangentes en los puntos de inflexin a los dos lados del pico cromatografico y se prolongan para formar un triangulo con la lnea base del cromatograma. Se puede demostrar que el rea de este triangulo es casi 96% del rea total bajo el pico, si este es gaussiano. Entonces, las intersecciones que se indican en la figura 4 tienen lugar a alrededor de mas o menos dos desviaciones estndar (2t) respecto al mximo y W=4t, donde W es la magnitud de la base del triangulo. Por tanto, N se puede calcular a partir de dos medidas de tiempo, tR y W; para calcular H, tambin se tiene que conocer la longitud del relleno de la columna L.Tome en cuenta que estos clculos solo son aproximados y que se supone que las formas de los picos son gaussianas.

Figura 4 Determinacin de la cantidad de platos

Otro mtodo para evaluar de manera aproximada N, que algunos investigadores creen mas confiable, es determinar W1/2, la anchura del pico a la mitad de su altura mxima. El nmero de platos es entonces

Como las determinaciones experimentales de H y de N que se explican aqu se basan en los picos gaussianos cromatogrficos, los clculos son solo aproximaciones. En las publicaciones especializadas se encuentran mtodos mas exactos para tratar los picos gaussianos sesgados; se basan en determinar la varianza del pico mediante clculos estadsticos de segundo momento. El nmero de platos N y la altura de plato H se utilizan con frecuencia, tanto en la bibliografa como entre los fabricantes de instrumentos. Son cantidades que pueden ser muy tiles al comparar la potencia de separacin y las eficiencias entre columnas. Sin embargo, para que estas cantidades tengan sentido al comparar dos columnas, es esencial que se hayan determinado con el mismo compuesto.

Figura N5 Variables que influyen en la eficiencia de la columna

VARIABLE CINTICAS QUE INFLUYEN EN EL ENSANCHAMIENTO DE BANDAEl ensanchamiento de banda refleja una perdida de la eficiencia de la columna. Cuanto mas lenta es la velocidad de los procesos de transferencia de masa que ocurren mientras un soluto migra por la columna, mas ancha es la banda en salida de la columna. Algunas de las variables que afectan las velocidades de transferencia de masa son susceptibles de ser controladas y se pueden aprovechar para mejorar las separaciones .Sus efectos sobre la eficiencia de la columna de acuerdo con la altura del plato, se explican en los prrafos que siguen.

Influencia de la tasa de flujo de la fase mvilEl grado de ensanchamiento de la banda depende del tiempo que la fase mvil esta en contacto con la fase estacionaria, lo cual a su vez depende de la tasa de flujo de la fase mvil. Por esta razn, los estudios sobre la eficiencia se han realizado casi siempre determinando H en funcin de la velocidad de la fase mvil. Las graficas para CL y para CG que se muestran en la figura 5 son caractersticas de los datos que se obtienen mediante estos estudios. Aunque ambos muestran un mnimo en H, o un mximo en eficiencia a tasas deflujo lineales bajas, el mnimo para CL se presenta casi siempre a tasas de flujo muy por debajo de las de CG.A menudo, estas tasas de flujo son tan bajas que no se observa la H mnima para CL en condiciones normales de operacin. La teora cintica, en su tratamiento del ensanchamiento de banda cromatografico, que se explica en esta seccion, predice con exactitud el perfil de la grafica de H. Esta grafica se denomina a menudo curva de van Deemter por ser el quien planteo la teoria.

Figura N6 efecto de la tasa de flujo de la fase mvil sobre la altura de plato para a) cromatografa de liquidos y b) cromatografa de gases. Observe las escalas muy diferentes de la tasa de flujo y de la altura de plato.

Como se indica en la figura 6, las tasas de flujo de la cromatografia de lquidos son significativamente menoresque las que se utilizan en cromatografia de gases. Esto significa que las separaciones por cromatografa de gases se completan en menos tiempo que las separaciones por cromatografia de liquidos. Adems, tal como se puede observar en la figura 6, las alturas de plato para las columnas de cromatografia de lquidos son de un orden de magnitud o menores que las de las columnas de cromatografia de gases. Pero esta ventaja se contrarresta porque en cromatografia de lquidos resulta poco prctico emplear columnas de longitud mayor a 25 cm debido a las elevadas cadas de presin que se producen, mientras que en cromatografa de gases las columnas pueden tener una longitud de 50 cm mas. Por tanto, el nmero total de platos, as como la eficiencia de la columna son por lo regular superiores con las columnas de cromatografa de gases. Por tanto, si se compara la cromatografa de gases y la cromatografa de lquidos, la primera es capaz de realizar separaciones ms rpidas y con mayor eficacia, aunque ambas cualidades no se den necesariamente en forma simultnea.

Teora del ensanchamiento de bandasEn los ltimos cuarenta aos se dedico un enorme esfuerzo tanto experimental como terico para perfeccionar relaciones cuantitativas que describan los efectos de las variables experimentales que se enlistan en lafigura 5 sobre las alturas de plato de diversos tipos de columnas. Tal vez se han propuesto y aplicado, con mas o menos acierto, una docena o ms de expresiones matemticas para calcular la altura de plato. Ninguna de estas ecuaciones es por completo satisfactoria para explicar las interacciones y los efectos fsicos complejos que causan el ensanchamiento de la zona y, por tanto, una eficiencia menor de la columna. Sin embargo, algunas de las ecuaciones, aunque imperfectas, fueron de gran utilidad para indicar la forma de mejorar el rendimiento de la columna.La eficiencia de las columnas cromatograficas se puede conocer de manera aproximada mediante la expresin:

Donde H es la altura de plato en centmetros y u es la velocidad lineal de la fase mvil en centmetros por segundo. La cantidad A es un coeficiente que describe los efectos de la trayectoria mltiple, como se analiza mas adelante, B es el coeficiente de difusin longitudinal y CS y CM son los coeficientes de transferencia de masa para las fases estacionaria y mvil, respectivamente. La ecuacin anterior equivale a la bien conocida ecuacin de van Deemter, que formularon ingenieros qumicos holandeses en los aos cincuenta y que, a menudo, se utiliza para expresar la eficiencia cromatografica.Estudios mas recientes han llevado a la elaboracin de la expresin bsica de van Deemter, pero esta demostrado experimentalmente que la ecuacin es muy satisfactoria para explicar la eficiencia de la columna. Observe que la ecuacin de van Deemter contiene trminos independientes que son lineales e inversamente proporcionales a la velocidad de la fase mvil.

ANALISIS CUANTITATIVOLa cromatografa debe su crecimiento acelerado durante las pasadas cuatro dcadas en parte a su rapidez, sencillez, a su relativamente bajo costo y su gran aplicabilidad como herramienta de separacin. No obstante, resultara dudoso que su uso se hubiera extendido tanto si no fuera porque puede tambin proporcionar informacin cuantitativa acerca de las especies separadas. Por tanto, es importante tratar algunos de los aspectos cuantitativos aplicables a todos los tipos de cromatografa. Las caractersticas cromatografcas cuantitativas de la columna se basan en la comparacin de la altura o el rea del pico del analito con la de uno o mas patrones. En el caso de la cromatografa en el plano, el rea que ocupan las especies separadas funciona como variable analtica. Si se controlan las condiciones de manera adecuada, estas variables cambian en forma lineal con la concentracin. Anlisis basados en la altura del pico: la altura del un pico cromatografico se obtiene al unir las lneas base a cada lado del pico con una lnea recta y midiendo la distancia vertical desde esta lnea hasta una precisin razonablemente buena. Sin embargo, es importante considerar que las alturas de pico estn relacionadas de manera inversa con sus anchuras. Por tanto, se obtienen resultados exactos con las alturas de pico solo si las variaciones en las condiciones de la columna no alteran las anchuras del pico durante el tiempo necesario para obtener los cromatogramas de la muestra y los patrones. Anlisis basados en las reas de los picos: las reas de los picos son independientes de los efectos de ensanchamiento debido a las variables que se mencionaron anteriormente. Desde este punto de vista, por tanto, las reas son un parmetro analtico mas adecuado que la altura del pico. Por otra parte, las alturas de los picos se miden con ms facilidad y, en el caso de picos estrechos, se determinan con mayor exactitud. No obstante, las alturas de los piscos se ven afectadas por los cambios en le tiempo de retencin. Por tanto, las reas de los picos son el mtodo de cuantificacin preferido. Calibracin y patrones: el mtodo ms sencillo para el anlisis cromatografico cuantitativo requiere la preparacin de una serie de soluciones de patrn externo de composicin parecida a la de la muestra. A continuacin se obtiene los cromatogramas de los patrones y se grafican las alturas o reas del pico en funcin de la concentracin. La grafica de los datos debera originar una lnea recta que pase por el origen del sistema coordenado; las determinaciones se basan en esta curva de calibracin. Para una mayor exactitud es necesaria una recalibracin frecuente. Al utilizar este mtodo, la fuente de error mas importante en los anlisis es por lo regular la incertidumbre en el volumen de la muestra; a veces, la velocidad de inyeccin de la muestra es tambin un factor por considerar. Mtodo del patrn interno: la mayor precisin es cromatografa cuantitativa se consigue con el uso de patrones internos debido a que se evitan las incertidumbres asociadas a la inyeccin de la muestra. En este procedimiento se introduce en cada patrn y en la muestra una cantidad cuidadosamente medida de una sustancia patrn interno, y la relacin del analito con las reas del pico del patrn interno sirve como variable analtica. Para que este mtodo sea satisfactorio, es necesario que el pico del patrn interno este bien separado de los picos de los dems componentes de la muestra, por otra parte, el pico del patrn interno debiera aparecer cerca del pico del analito. Con un patrn interno adecuado, se pueden con seguir precisiones relativas mejores que uno por ciento. Mtodo de normalizacin de reas: otro procedimiento que evita las incertidumbres asociadas con la inyeccin de la muestra es el mtodo de la normalizacin de las reas. Es necesario que se produzca la elucin completa de todos los componentes de la muestra. En el mtodo de normalizacin se determinan las reas de todos los picos eluidos; tras corregir dichas reas respecto a las diferencias en la respuesta del detector a los distintos tipos de compuestos, se calcula la concentracin del analito a partir de la relacin de su rea con el rea total de todos los picos.

DETECTORES ESPECFICOS EN CROMATOGRAFA DE GASESSISTEMAS DE DETECCINDurante las separaciones mediante cromatografa de gases se han investigado y utilizado docenas de detectores. A continuacin se describen primero las caractersticas ideales del detector para la cromatografa de gases y luego se analizan los sistemas de deteccin ms utilizados. En algunos casos los cromatografos de gases se acoplan a instrumentos espectroscpicos como los de infrarrojo. En este caso, el dispositivo espectromtrico sirve no solo para detectar la aparicin de los analitos, sino tambin para identificarlos.CARACTERSTICAS DEL DETECTOR IDEALEl detector ideal para cromatografa de gases tiene las siguientes caractersticas:1. Sensibilidad adecuada. Justo lo que constituye una adecuada sensibilidad no puede evaluarse de forma cuantitativa. Por ejemplo, las sensibilidades de los detectores que se describen en esta seccin difieren por un factor de 107. Aunque todos se utilizan extensamente y son satisfactorios en ciertos casos, los menos sensibles no son adecuados para algunas aplicaciones. En general, las sensibilidades de los detectores actuales se encuentran en el intervalo de 10_8 a 10_15 g de soluto/s.2. Buena estabilidad y reproductibilidad.3. Respuesta lineal para los solutos que se extienda a varios ordenes de magnitud.4. Intervalo de temperaturas desde la temperatura ambiente hasta al menos 400C.5. Tiempo de respuesta corto independiente de la tasa de flujo.6. Alta confiabilidad y manejo sencillo. El detector debera estar a prueba de la impericia de operadores inexpertos, si es posible.7. Respuesta semejante para todos los solutos o, por el contrario, una respuesta selectiva y altamente predecible para uno o ms tipos de solutos.8. No debe destruir la muestra. Por desgracia, no hay un detector que rena todas estas caractersticas

DETECTORES DE IONIZACIN POR LLAMAEl detector de ionizacin por llama (FID, por sus siglas en ingles) es el que ms se utiliza y, por lo general, uno de los que ms se aplican en cromatografa de gases. El efluente de la columna se dirige a una pequea llama de hidrogeno y aire. La mayora de los compuestos orgnicos producen iones y electrones cuando se pirolizan a la temperatura de una llama de hidrogeno-aire. La deteccin implica controlar la corriente producida al recolectar estos portadores de carga. Cuando se aplica una diferencia de potencial de unos pocos cientos de volts entre el extremo del quemador y un electrodo colector situado por encima de la llama, los iones y los electrones se dirigen hacia el colector. La corriente resultante (_10_12 A) se mide con un pico ampermetro de alta impedancia. La ionizacin en la llama de los compuestos que contienen carbono es un proceso no muy bien conocido, aunque se observa que el nmero de iones que se produce es relativamente proporcional al nmero de tomos de carbono que se reducen en la flama. Puesto que el detector de ionizacin por flama responde a la cantidad de tomos de carbono que entra en el detector por unidad de tiempo, es ms un detector sensible a la masa que un dispositivo sensible a la concentracin. Como tal, este detector tiene la ventaja de que los cambios en la tasa de flujo de la fase mvil afectan poco la respuesta del detector.Los grupos funcionales, como carbonilo, alcohol, halgeno y amina, originan pocos iones o prcticamente ninguno en la llama. Adems, el detector es insensible a los gases no combustibles como H2O, CO2, SO2, CO, gases nobles y NOx. Estas propiedades hacen del detector de ionizacin por flama uno de los que ms se utiliza para el anlisis de la mayora de compuestos orgnicos, sin olvidar los contaminados con agua y xidos de nitrgeno y de azufre. El detector de ionizacin por llama manifiesta una elevada sensibilidad (_10_13 g/s), un gran intervalo de respuesta lineal (_107) y un bajo ruido. Las desventajas de este detector son la destruccin de la muestra durante el paso de la combustin y la necesidad de gases adicionales y controladores.

Figura N7 Un detector de ionizacin por llama caracterstico.

DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TRMICA

Uno de los primeros detectores que se utilizaron en cromatografa de gases es el detector de conductividad trmica (TCD, por sus siglas en ingles) que todava tiene una gran aplicacin. Este dispositivo contiene una fuente que se calienta mediante electricidad y cuya temperatura a una potencia elctrica constante depende de la conductividad trmica del gas circundante. El elemento calentado puede ser un hilo fino de platino, oro o tungsteno, o tambin un pequeo termistor. La resistencia elctrica de este elemento depende de la conductividad trmica del gas. Por lo regular se usan detectores gemelos: uno de los pares se coloca ms all de la cmara de inyeccin de la muestra y el otro ms all de la columna. Otra posibilidad es que la corriente de gas se puede dividir. Los detectores estn incorporados en dos ramas de un circuito puente que se configura de modo que se cancele la conductividad trmica del gas portador. Adems, se reducen al mnimo los efectos de las variaciones de temperatura, presin y potencia elctrica. Tambin hay detectores de conductividad trmica modulados de un solo filamento. En este caso, los gases de referencia y analtico se hacen pasar de manera alternada sobre un minsculo filamento contenido en una celda de poco volumen: tan solo (_5 L). El dispositivo de conmutacin de los gases opera con una frecuencia de 10 Hz. Por consiguiente, la salida es una seal elctrica de 10 Hz cuya amplitud es proporcional a la diferencia en la conductividad trmica de los gases de referencia y analtico. Como el amplificador responde solo a una seal de 10 Hz, el ruido trmico del sistema se elimina en gran medida. Las conductividades trmicas del helio y del hidrogeno son de alrededor de 6 a 10 veces mayores que las de la mayora de los compuestos orgnicos. Por tanto, incluso pequeas cantidades de materia orgnica ocasionan una disminucin relativamente grande de la conductividad trmica del efluente de la columna, lo cual da como resultado un marcado aumento en la temperatura del detector. La deteccin mediante conductividad trmica es menos satisfactoria con gases portadores cuyas conductividades trmicas son muy parecidas a las de la mayora de los componentes de la muestra.Las ventajas del detector de conductividad trmica son su sencillez, su amplio intervalo dinmico lineal(_105), su respuesta general tanto a especies orgnicas como a inorgnicas y su carcter no destructivo, lo que permite recoger los solutos tras la deteccin. Su limitacin principal es su sensibilidad relativamente baja (_10_8 g de soluto/mL de gas portador). Otros detectores son de 104 a 107 veces ms sensibles. Debe subrayarse que la baja sensibilidad de los detectores de conductividad trmica imposibilita con frecuencia usarlos con columnas capilares si las cantidades de muestra son muy pequeas.

Figura N 8

DETECTOR DE CAPTURA DE ELECTRONES

El detector de captura de electrones (ECD, por sus siglas en ingles) ha llegado a ser uno de los ms ampliamente utilizados para el anlisis de muestras ambientales porque es sensible a compuestos orgnicos que contienen halgenos, como los plaguicidas y los bifenilos policlorados. El eluyente de la muestra procedente de la columna pasa por un emisor b radiactivo, casi siempre de niquel-63. Un electrn del emisor provoca la ionizacin del gas portador, con frecuencia nitrgeno, y la produccin de una rfaga de electrones. Cuando no hay especies orgnicas se forma una corriente constante entre un par de electrodos a causa de este proceso de ionizacin. En cambio, la corriente disminuye de manera notable si hay molculas orgnicas que contengan grupos funcionales electronegativos que tiendan a captar electrones. Este tipo de detector es de respuesta selectiva. Identifica compuestos como halgenos, perxidos, quinonas y grupos nitro; en cambio, es insensible a grupos funcionales como aminas, alcoholes e hidrocarburos. Una aplicacin importante del detector es el reconocimiento y la determinacin cuantitativa de insecticidas clorados. Los detectores de captacin de electrones son muysensibles y tienen la ventaja de no alterar la muestra de manera significativa, a diferencia del detector de ionizacin por flama, que consume la muestra. Por otra parte, la respuesta lineal del detector se limita a alrededor de dos rdenes de magnitud.

Figura N 9

DETECTORES TERMOINICOSEl detector termoinico es sensible a los compuestos orgnicos que contienen fosforo y nitrgeno. Su respuesta a un tomo de fosforo es aproximadamente 10 veces mayor que a un tomo de nitrgeno y de 104 a 106 veces superior que a un tomo de carbono. En comparacin con el detector de ionizacin por llama, el detector termoinico es unas 500 veces ms sensible a los compuestos que contienen fosforo y unas 50 veces ms sensible a las especies nitrogenadas. Estas propiedades hacen de la deteccin termoinica un sistema muy til para percibir y determinar muchos plaguicidas que contienen fosforo. Un detector termoinico tiene una configuracin similar al detector de llama. El eluyente de la columna se mezcla con hidrogeno, pasa a travs de la punta de la llama y se quema. Entonces, el gas caliente fluye alrededor de una bola de silicato de rubidio calentada mediante electricidad que se mantiene a unos 180 V respecto al colector. La bola caliente forma un plasma que alcanza una temperatura de 600C a 800C. Se desconoce lo que ocurre exactamente en el plasma para que se produzca una cantidad inusual y enorme de iones a partir de las molculas que contienen fosforo o nitrgeno, pero el resultado es una gran corriente inica, la cual se utiliza para la determinacin de compuestos que contienen estos dos elementos.

DETECTORES DE CONDUCTIVIDAD ELECTROLTICALos compuestos que contienen halgenos, azufre o nitrgeno se mezclan en el detector Hall de conductividad electroltica con un gas de reaccin en un reactor tubular pequeo, casi siempre de nquel. El tubo de la reaccin se mantiene a 850C1000C. Luego se disuelven los productos en un lquido, lo cual origina una solucin conductora. A continuacin se mide el cambio en la conductividad como resultado de las especies inicas en la celda de conductancia. En el modo de halgenos, el hidrogeno se usa como gas para la reaccin. Los compuestos que contienen halgenos se convierten en HX y se disuelven en alcohol n-proplico como solvente de conductividad. De este modo, los compuestos que contienen azufre se transforman en H2S y los compuestos que contienen nitrgeno en NH3, lo cual no da respuestas significativas porque ambos se ionizan de manera deficiente en el solvente. El lmite de deteccin es _0.5 pg Cl/s, y el intervalo lineal es 10 6. En el modo de azufre, el gas para la reaccin es aire, el cual transforma los compuestos que contienen azufre en SO2. El solvente de conductividad es alcohol metlico con una pequea cantidad de agua. El SO2 se convierte en sulfito y en iones sulfato en presencia de agua. Los compuestos que contienen nitrgeno se transforman enN2 y xidos de nitrgeno y manifiestan poca o ninguna respuesta. Los compuestos que contienen halgeno se transforman en HX y se tienen que eliminar mediante un depurador despus de reaccionar y antes de la deteccin. En la modalidad de azufre, alrededor se puede detectar 2 pg S/s con un intervalo lineal de tres rdenes de magnitud. En el modo de nitrgeno se utiliza hidrogeno como gas de reaccin, como en el modo de halgeno. No obstante, en este caso se usa agua que contiene una pequea cantidad de un solvente orgnico como solvente de conductividad. En este solvente el NH3 producido se transforma en NH4_. El HX y el H2S producidos a partir de compuestos que contienen halgenos y azufre se eliminan con un depurador despus de la reaccin. El lmite de deteccin es de _4 pg N/s con un intervalo lineal de tres rdenes de magnitud. Tambin hay detectores de conductividad electroltica en seco. La diferencia con los detectores ordinarios es que no requieren un solvente, sino que detectan los iones del producto en la fase gaseosa. Los detectores en seco son sensibles a los compuestos que contienen cloro y bromo. Se utilizan en serie con un detector de ionizacin por flama.

Figura N 10

DETECTOR DE FOTOIONIZACINEn el detector de fotoionizacin, las molculas que salen de la columna de cromatografa de gases son fotoionizadas mediante radiacin ultravioleta proveniente de una lmpara de hidrogeno de 10.2 eV o de una lmpara de argn de 11.7 eV. Esta fuente ioniza las especies con un potencial de ionizacin por debajo de la energa de la lmpara. Los compuestos con un potencial de ionizacin superior no absorben la energa y, por tanto, no son detectados. Luego, los iones y los electrones producidos por fotoionizacin se colectan en un par de electrodos polarizados. El detector es ms sensible a los hidrocarburos aromticos y los compuestos organosulfurados u organofosforados que se fotoionizan con facilidad. El intervalo lineal es hasta de siete rdenes de magnitud.

DETECTORES DE EMISIN ATMICAEn el detector de emisin atmica (AED, por sus siglas en ingles), el efluente procedente de la columna de cromatografa de gases se introduce en un plasma inducido por microondas (MIP), un plasma acoplado por induccin (ICP) o un plasma de corriente continua (DCP). El plasma inducido por microondas es el que se usa ms ampliamente y ya se encuentra en el comercio. Se utiliza junto con diodos en serie o con un espectrmetro de emisin atmica con un dispositivo de acoplamiento de carga. El plasma tiene suficiente energa para atomizar todos los elementos de una muestra y excitarlos para obtener as sus espectros de emisin atmica caractersticos. Por tanto, el detector de emisin atmica es un detector selectivo de elemento.

Figura N 11

DETECTOR FOTOMTRICO DE FLAMAEl detector fotomtrico de llama (FPD, por sus siglas en ingles) se ha utilizado de manera extensa para el anlisis de contaminantes del aire y del agua, de plaguicidas y de los productos de la hidrogenacin del carbn. Se trata de un detector selectivo que es sensible sobre todo a los compuestos que contienen azufre y fosforo. En este detector el eluyente se hace pasar a travs de una flama de hidrogeno-aire a baja temperatura, la cual convierte parte del fosforo en una especie HPO que emite bandas de radiacin centradas alrededor de 510 y 526 nm. El azufre de la muestra se convierte al mismo tiempo en S2, el cual emite una banda centrada en 394 nm. Sin embargo, el detector de quimioluminiscencia del azufre, que se analiza ms adelante en esta seccin, proporciona lmites de deteccin ms bajos y un intervalo de trabajo lineal ms amplio que el detector fotomtrico de flama. Para aislar estas bandas se emplean filtros adecuados y su intensidad se registra por medios fotomtricos. Con la fotometra de flama se han detectado otros elementos, entre los que estn los halgenos, nitrgeno y diversos metales, como estao, cromo, selenio y germanio.

DETECTORES DE ESPECTROMETRA DE MASASUno de los detectores ms potentes para cromatografa de gases es el espectrmetro de masas. La combinacin de cromatografa de gases con espectrometra de masas se conoce por las siglas GCMS. En la actualidad, alrededor de 50 compaas que fabrican instrumentos ofrecen equipo para GC-MS. La tasa de flujo procedente de las columnas capilares es casi siempre tan baja que la salida de la columna se puede alimentar de manera directa a la cmara de ionizacin del espectrmetro de masas. Antes del surgimiento de las columnas capilares en la GC, cuando se usaban las columnas empacadas, era necesario reducir al mnimo el gran volumen del gas portador que sala de la GC. Con este propsito se utilizaban diversas vlvulas, membranas y separadores de efusin; pero, en muchos casos, dichos dispositivos tambin eliminaban una cantidad importante del analto, por lo cual eran muy ineficientes. En la actualidad las columnas capilares se emplean de modo invariable en los equipos de GC-MS y los mencionados separadores ya no se utilizan. La degradacin trmica de los componentes puede ser una dificultad en la GC-MS. No solo la portezuela de inyeccin de la GC y la columna de GC causan degradacin, sino tambin las superficies metlicas de la fuente de iones del espectrmetro de masas podran ocasionar problemas. La reduccin de la temperatura reduce al mnimo la degradacin. Sin embargo, con frecuencia el espectrmetro de masas se usa para identificar productos de descomposicin, los cuales pueden ocasionar modificaciones cromatografas que resuelven el problema de la degradacin. Las fuentes de iones ms comunes que se usan en GC-MS son la ionizacin por impacto de electrones y la ionizacin qumica. Los analizadores de masa ms comunes son los cuadrupolares y los de trampa de iones. Los analizadores de masa de tiempo de vuelo tambin se usan, pero no con tanta frecuencia como los cuadrupolares y los de trampas de iones.En GC-MS, el espectrmetro de masas barre la masa en forma repetida durante el experimento cromatografico. Si este dura 10 minutos, por ejemplo, y se toma un barrido cada segundo, entonces se registran 600 espectros de masas. La informacin se analiza mediante el sistema de datos de varias maneras. Primero, se puede sumar la abundancia de iones en cada espectro y graficarla en funcin del tiempo para obtener un cromatograma de iones totales. Esta grafica es parecida a un cromatograma ordinario. Asimismo, se puede desplegar el espectrmetro de masas en un momento en particular durante el cromatograma para identificar las especies que salen en dicho momento. Por ltimo, se puede elegir un solo valor de masa-carga (m/z) y supervisarlo a lo largo de todo el experimento cromatografico.A esta tcnica se le conoce como supervisin de un ion selecto. Los espectros de masas de iones seleccionados que se obtienen durante un experimento cromatografico se conocen como cromatogramas de masas. Los instrumentos para GC-MS se usan para identificar miles de componentes presentes en sistemas naturales y biolgicos. Por ejemplo, estos procedimientos han permitido identificar los componentes que causan el olor y el sabor en los alimentos, identificar contaminantes del agua, llevar a cabo diagnsticos mdicos basados en los componentes del aliento y estudios sobre los metablicos de frmacos. La espectrometra de masas tambin se puede aplicar para obtener informacin acerca de los componentes separados de manera incompleta. Por ejemplo, el espectro de masas del borde frontal de un pico de GC podra ser diferente del de la parte media del pico o del borde posterior si dicho pico se debe a ms de un componente. Con la espectrometra de masas es factible no solo determinar que un pico se debe a ms de una especie, sino tambin identificar sus diversos componentes sin resolver. La cromatografa de gases tambin se acopla a espectrmetros de masas en tndem o a espectrmetros de masas de transformada de Fourier para tener as sistemas GC-MS-MS o GC-MSn. Estas son herramientas en extremo potentes para identificar componentes de mezclas.

Figura N 12

Figura N 13OTROS TIPOS DE DETECTORESOtros tipos de detectores para cromatografa de gases son tiles para aplicaciones especficas. El detector de quimioluminiscencia del azufre se basa en la reaccin entre ciertos compuestos azufrados y el ozono. La intensidad de la luminiscencia resultante es proporcional a la concentracin de azufre. Est demostrado que este detector es especialmente til en la deteccin de contaminantes como los mercaptanos. En el detector de quimioluminiscencia del azufre el eluyente se mezcla con hidrogeno y aire, y se produce la combustin igual que en el detector de ionizacin por flama. Los gases as obtenidos se mezclan luego con ozono y se mide la intensidad de la emisin resultante. El intervalo lineal es de alrededor de cinco rdenes de magnitud y el lmite de deteccin para el azufre es de casi 0.5 pg/s. El detector de quimioluminiscencia del azufre tambin ha sido adaptado a la cromatografa de fluidos supercriticos. El detector de quimioluminiscencia especfico para nitrgeno es muy similar al detector del azufre. El producto de combustin del oxido nitroso reacciona con el ozono para producir quimioluminiscencia. La respuesta del detector es lineal con respecto al nitrgeno en casi cuatro rdenes de magnitud. El lmite de deteccin para el nitrgeno es de casi 5 pg/s. El detector se puede usar para compuestos orgnicos nitrogenados y compuestos inorgnicos, como el amoniaco, hidracina, HCN y xidos de nitrgeno.

COLUMNAS PARA CROMATOGRAFIA DE GASES Y FASES ESTACIONARIASLos estudios pioneros en cromatografa gas-liquido a principios de los aos cincuenta se llevaron a cabo en columnas empacadas, en las que la fase estacionaria era una pelcula delgada de lquido adsorbida en la superficie de un soporte solido inerte y finamente dividido. A partir de los estudios tericos que se realizaron en este periodo inicial, se puso de manifiesto que las columnas no empacadas con dimetros internos de unas pocas decimas de milmetro deberan proporcionar separaciones mucho mejores que las columnas empacadas tanto en lo referente a rapidez como a eficiencia de la columna. En estas columnas capilares, la fase estacionaria era una pelcula uniforme de liquido de unas pocas decimas de micrmetro de espesor que cubra el interior del tubo capilar. Este tipo de columnas tubulares abiertas se construyo a finales de los aos cincuenta y las caractersticas de funcionamiento predichas se confirmaron de manera experimental en distintos laboratorios, y se describi el uso de columnas tubulares abiertas con 300 000 platos o mas. En la actualidad predominan las columnas tubulares abiertas en cromatografa de gases porque, sin relleno, las columnas se pueden hacer mas angostas y ms largas, lo que ocasiona eficiencias ms altas que con las columnas empacadas. A pesar de tales caractersticas de funcionamiento tan espectaculares, las columnas capilares no se generalizaron sino hasta ms de dos dcadas despus de su invencin. Las razones de esta demora fueron diversas, entre ellas su capacidad, limitada a muestras pequeas, la fragilidad de las columnas, algunos problemas mecnicos relacionados con la introduccin de la muestra y la conexin de la columna al detector, dificultades en la reproducibilidad del revestimiento de la columna, la corta duracin de las columnas mal preparadas, la tendencia de las columnas a obstruirse y las patentes, que limitaron el desarrollo comercial a un nico fabricante (la patente original expiro en 1977). A finales de los aos setenta, esos problemas en parte haban dejado de serlo y varias compaas fabricantes de instrumentacin comenzaron a ofrecer columnas abiertas a un precio razonable. Desde entonces ha tenido lugar un considerable aumento de las aplicaciones de las columnas capilares.

COLUMNAS TUBULARES ABIERTASLas columnas tubulares o columnas capilares son de dos tipos bsicos, a saber, columnas tubulares abiertas de pared revestida (WCOT) y columnas tubulares abiertas revestidas con soporte (SCOT). Las primeras son simplemente capilares cuya pared interna esta revestida con una fina capa de fase estacionaria. En las segundas la superficie interna del capilar est cubierta con una capa delgada (_30 m) de un material de soporte, tal como tierra de diatomaceas. Este tipo de columna contiene varias veces la fase estacionaria que tiene una columna de pared revestida y, por tanto, posee mayor capacidad para la muestra. En general, la efectividad de una columna SCOT es menor que la de una columna WCOT, pero en gran medida superior a la de una columna empacada. Las primeras columnas WCOT se construyeron con acero inoxidable, aluminio, cobre o plstico. Despus se empez a utilizar el vidrio. Con frecuencia, las columnas de vidrio se trataban con acido clorhdrico gaseoso, soluciones de acido clorhdrico concentrado o fluoruro acido de potasio para originar una superficie rugosa, a la que se una con ms fuerza la fase estacionaria. Las columnas capilares que ms se han utilizado son las tubulares abiertas con pared revestida de slice fundida (FSWC). Los capilares de slice fundida se fabrican a partir de slice purificada que contiene cantidades mnimas de xidos metlicos. Estos capilares tienen las paredes mucho ms delgadas que sus equivalentes de vidrio. La resistencia de los tubos se refuerza con un revestimiento externo protector de poliamida que se aplica en el momento de la fabricacin del capilar. Las columnas que resultan son bastante flexibles y pueden doblarse en forma helicoidal con dimetro dealgunos centmetros. Las columnas abiertas de slice estn disponibles en el comercio y ofrecen importantes ventajas, como resistencia fsica, una reactividad mucho menor frente a los componentes de la muestra y flexibilidad. En la mayora de las aplicaciones, han sustituido a las antiguas columnas de vidrio WCOT.Las columnas tubulares abiertas de slice que ms se emplean tienen dimetros interiores de 0.32 y 0.25 mm. Tambin se venden columnas de mayor resolucin, con dimetros de 0.20 y 0.15 mm. El uso de estas columnas es ms problemtico en lo referente a los sistemas de deteccin e inyeccin. Por consiguiente, se tiene que utilizar un divisor para reducir el tamao de la muestra que se inyecta en la columna y se requiere un sistema de deteccin ms sensible con un tiempo de respuesta rpido.Recientemente aparecieron en el mercado capilares de 530 m a veces llamados columnas megacapilares. Estas admiten muestras de tamao similar al que se emplea en las columnas empacadas. El funcionamiento de las columnas tubulares abiertas megacapilares no es tan bueno como el de las columnas de menor dimetro, pero es significativamente mejor que el de las columnas empacadas.

COLUMNAS EMPACADASLas columnas empacadas modernas se fabrican con tubos de vidrio o de metal; por lo regular, miden de 2 a 3 m de largo y su dimetro interior es de 2 a 4 mm. Estos tubos se rellenan densamente con un material finamente dividido y homogneo, que es el soporte solido, cubierto con una capa delgada de 0.05 a 1 m de fase estacionaria liquida. En general, los tubos se configuran en forma helicoidal con un dimetro aproximado de unos 15 cm con el objetivo de facilitar el control de la temperatura en un horno.

MATERIALES DE SOPORTE SLIDOSEl relleno o soporte solido de una columna empacada sirve para retener la fase estacionaria liquida en su lugar, de tal forma que exista la mayor rea superficial expuesta a la fase mvil. El soporte ideal consiste en partculas esfricas, pequeas y uniformes con una buena resistencia mecnica y rea superficial especifica de al menos 1 m2/g. Adems, el material debe ser inerte a elevadas temperaturas y proclive a humectarse de modo homogneo con la fase liquida. Todava no se dispone de ninguna sustancia que rena perfectamente todas estas caractersticas.El material de soporte ms utilizado desde el principio hasta la actualidad para cromatografa de gases. Esta preparado de tierra de diatomceas, la cual est constituida por esqueletos de miles de especies de vegetales unicelulares que habitaron antiguos mares y lagos. Estas plantas tomaban sus nutrientes y eliminaban sus desechos mediante difusin molecular a travs de sus poros. Por tanto, sus restos resultan muy adecuados como materiales de soporte porque la cromatografa de gases tambin se fundamenta en este tipo de difusin molecular.

CONCLUSIONESPor medio de la cromatografa es posible identificar que sustancias esta compuesta una mezcla. As mismo como la polaridad del solvente utilizados para la cromatografa determinan el resultado mostrndonos sus diferentes compuestos. Esta tcnica es muy extensa y consta de muchas caractersticas que se desarrollaron ampliamente como sus principios, mtodos y funcionamientos. De igual forma se puede detallar su aplicabilidad ya que es muy extensa puesto que ella nos puede desde determinar que cantidad de un compuesto existe en una mezcla hasta cual de ellos es el responsable del sabor de dicha muestra. Es por eso que se estudio el funcionamiento y la interpretacin de los resultados de los anlisisCon respecto a los detectores que se trataron en el trabajo se pudo observar que no existe un detector que cumpla con todas las caractersticas deseadas ya que cada uno de ellos es utilizado para tratamientos especficos de diferentes muestras y esto se debe a la variabilidad que incide en cada uno al momento de evaluar el analito, pero su uso es de mucha importancia ya que nos dan resultados detallados y muy especficos de una muestra.Tambin hablamos de las columnas capilares donde comparamos las tubulares abiertas de las empacadas. En la actualidad predominan las columnas tubulares abiertas en cromatografa de gases porque, sin relleno, las columnas se pueden hacer mas angostas y ms largas, lo que ocasiona eficiencias ms altas que con las columnas empacadas.De esta manera se puede sealar que el estudio de la cromatografia de gases es muy importante y cabe destacar que no solo se limita a gases, tambin existe la cromatografa de liquido que es mucho mas extensa.

REFERENCIAS1. Skoog, D; West, D. Principios de anlisis instrumental. CENGAGE learning. 6ta edicin. D.F., Mxico. 2008.40