Historia y evolución de las columnas capilares y su impacto en la Cromatografía de Gases. Equipo: Loremy Cauich Suárez Erick Gómez Castillo Karla May Ché Carolina Solís Conde Noemí Tamayo Cabrera Salón 1. Prof. Alfredo Araujo León MOEC

Un panorama general: CROMATOGRAFÍA DE GASES Cromatografía de Gas-liquido Cromatografía de Gas-sólido FE: liquido sobre un sólido portador FE: sólida Tipos de columnas PLOT EMPAQUETADAS CAPILARES (Tubular abierta) WCOT SCOT FSOT

Columnas Consiste en un tubo largo que contien la fase estacionaria. Los materiales más usados son el cobre, el acero, el aluminio, el vidrio y sílice fundida. El material de la columna no debe intraccionar con la fase estacionaria ni con la muestra. Las columnas tubulares abiertas de sílice fundida (FSOT) son las más usadas en CG. Recubrimiento de poliamida Tubo de sílice fundida Fase estacionaria unida químicamente Sección transversal de una columna abierta de sílice fundida

Clasificación de las columnas Las columnas se clasifican en empacadas y capilares Generalmente tienen forma de espiral, de acuerdo con el equipo.

Las columnas capilares o tubulares son básicamente de dos tipos: Tubulares abiertas de pared recubierta (WCOT). Tubos recubiertos de una película liquida. Tubulares abiertas de soporte recubierto (SCOT). Material de soporte adsorbente impregnado por la fase estacionaria líquida. WCOT Fase estacionaria líquida sobre un soporte sólido Fase estacionaria líquida SCOT Pared de la columna

Fase estacionara CG En cromatografía gas-líquido de reparto, la fase estacionaria es un líquido no volátil que recubre la pared interior de una columna o un oporte sólido. En la cromatografía gas-sólido de adsorción, el analito se adsorbe directamente sobre las partículas sólidas de la fase estacionaria.

Sección transversal de una columna tubular abierta Fase estacionaria El tiempo de retención de un soluto en una columna depende de su coeficiente de distribución, que está relacionado con la naturaleza química de la fase estacionaria. El líquido inmovilizado ha de originar diferentes coeficientes de distribución para los distintos solutos. Coeficientes de distribución grandes= Tiempo retención prolongado Coeficientes de distribución pequeños= Separación incompleta. Sección transversal de una columna tubular abierta El soluto se disuelve en la fase líquida con que está recubierta la superficie de un soporte sólido Cromatografía de reparto

Características la fase estacionaria: Baja volatilidad Estabilidad térmica Naturaleza químicamente inerte Con características tales que los valores de k y α sean adecuados. La polaridad de la fase estacionaria debe guardar correspondencia con la de los componentes de la muestra. “Igual disuelve a lo igual”

Fases estacionarias Fenil-polidimetilsiloxano Polidimetil siloxano Polisiloxano Fenil-polidimetilsiloxano Polidimetil siloxano Cianopropil-polidimetilsiloxano R = (-C3H6CN) Polietilenglicol Trifluoropropil-polidimetil siloxano R = (-C3H6CF3)

¿Cómo selecciono una fase estacionaria? Consultar en notas de publicaciones o en las de los fabricantes. SELECTIVIDAD, que se refiere a la capacidad para diferir entre un analito y otro de acuerdo a sus propiedades fisicoquímicas. POLARIDAD, la cual está dada por la estructura de las moléculas.

DIFERENCIAS ENTRE CADA FASE ESTACIONARIA Descripción Ejemplos Hidrocarburos Es una fase estacionaria apolar. Son de elevado peso molecular. Se usan mayormente como caracterización de otras fases estacionarias. Escualano. Trabaja a temperaturas muy bajas (120°C) Apolano. Puede ser usado en lugar del escualano. Polisiloxanos Son los mas utilizados, debido a su estabilidad térmica. Se puede modificar la estructura de base para obtener fases con diferentes polaridades y selectividades. Muy selectivos. R= Grupos metilo, vinilo, fenilo, cianoetilo, trifluoropropil, etc. Polifeniléteres Son moderadamente polares. Tienen un peso molecular pequeño y por lo tanto su volatilidad es baja. Los polímeros 20 anillos trabajan a elevadas temperaturas (400°C). Estructura base.

DIFERENCIAS ENTRE CADA FASE ESTACIONARIA Descripción Ejemplos Poliésteres Son un grupo de polímeros resinosos formados por policondensación de un acido polibásico con un alcohol. Son fases estacionarias moderadamente polares. Los poliésteres son fácilmente hidrolizables, pueden reaccionar con componentes de la muestra (aminas) y son sensibles a la oxidación. Adipatos y succinatos de etilenglicol, dietilenglicol, butanodiol. Principalmente el Polietilenglicol succinato. Polietilenglicoles Útiles para la separación de componentes polares y con posibilidades de formar enlaces de hidrogeno. Se preparan por polimerización del oxido de etileno. La retención de los compuestos esta caracterizada por el numero de gpos hidroxilo y no por el peso molecular. Polietilenglicol OH-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)n-OH

FASES ESTACIONARIAS LIGADAS La fases estacionaria es inmovilizada debido a: Un anclaje químico de la fase liquida sobre la superficie o pared del tubo capilar. Un entrecruzamiento químico de las moléculas en la fase estacionaria puede formar un retículo tridimensional de baja movilidad. Este tipo de fases estacionarias ligadas pueden trabajar a temperaturas mas elevada en comparación a la fase estacionaria convencional Se puede inyectar un gran volumen de disolvente y no es afectada porque son prácticamente insolubles

TABLA COMPARATIVA Fase estacionaria Interacciones Matrices/Analitos Ventajas Desventajas Hidrocarburos Dispersión Hidrocarburos: Saturados Olefinas Aromáticos Halocarburos Mercaptanos Sulfuros Se oxidan fácilmente Sangrado de columna Modifican tiempos de retención. Polisiloxanos Dipolo Enlaces Hidrógeno Dependiendo del grupo funcional agregado Ver tabla de analitos Puede ser sustituido por mezclas de grupos funcionales. Inertes y estables térmicamente. Residuos de catalizadores para formación de polímeros. Polifeniléteres Dispersión. Dipolo inducido. Moderadamente polar. Éteres , Cetonas, Aldehídos, Éteres, Aminas terciarias, Nitrocompuestos. Alcoholes, ácidos carboxílicos, fenoles, aminas 1° y 2°. Realizar separaciones de analitos de alto punto de ebullición (hasta 400°).

Poliésteres TABLA COMPARATIVA Fase estacionaria Interacciones Matrices/Analitos Ventajas Desventajas Poliésteres Dispersión Dipolo-dipolo inducido Polaridad intermedia Éteres , Cetonas, Aldehídos, Éteres, Aminas terciarias, Nitrocompuestos. Alcoholes, ácidos carboxílicos, fenoles, aminas 1° y 2°. Variedad en la separación de analitos con polaridad intermedia. Presentan escasa estabilidad debido a que son fácilmente hidrolizables. Pueden reaccionar con algunos analitos Muy sensibles a la oxidación. Ya no son tan utilizadas. Polietilenglicoles Dipolo-Dipolo. Enlaces Hidrogeno. Ácidos libres, alcoholes, éteres, aceites esenciales y glicoles Su alta polaridad y alto punto de ebullición permiten el análisis de diversos analitos. Fácil oxidación.

Conclusión UN POCO DE HISTORIA Los primeros estudios de cromatografía de gases se realizaron en la década de los 50 y se realizaron en columnas empaquetadas en las que la fase estacionaria era un película fina de un liquido retenida por adsorción en un solido inerte y finamente dividido, pero estas columnas no eran tan eficientes y se comenzaron a buscar alternativas para esta problemática y así surgió el concepto de la columna capilar. Las columnas tubulares abiertas fueron descritas por Gulay en 1957 y son las más utilizadas gracias a la gran eficiencia de separación que proporcionan.

Las columnas Capilares: Al principio las columnas se construían de acero inoxidable, aluminio, cobre o plástico y posteriormente se utilizo vidrio. Las nuevas columnas de sílice fundida, tiene paredes mas delgadas que sus equivalentes de vidrio. Se encuentran en el comercio y ofrecen diferentes ventajas. Las columnas de sílice han sustituido a las de vidrio. Las columnas capilares de sílice más frecuentemente utilizadas tienen diámetros internos de 320 y 250 µm

Tipos de columnas

Ventajas vs Desventajas COLUMNAS CAPILARES Mejor eficiencia en la separación (Mayor número de platos teóricos. Absorción del analito sobre la superficie Permiten la aplicación de una menor presión del sistema. Cantidades de muestras muy pequeñas. Una mayor longitud da como resultado mayor rapidez en los análisis y mejor resolución de los picos, con menor volumen de la muestra inyectada. Sirven para análisis de trazas. Debido a que inyectan menor cantidad de muestra se requieren inyectores especiales y detectores de alta sensibilidad. Facilidad de acoplamiento a detectores de espectrometría de masas. Costos

Referencias: Pinzón, R. S. Fundamentos de tecnología de productos fitoterapéuticos; Convenio andres bello: Colimbia, 2003; pp 115. Skoog, D.; West, D. Et al. Fundamentos de Química Analítica, 8a ed.; Cengage Learning Editores: México, 2005; pp. 971-974. Gomis, V.; Cromatografía de gases, Universidad de Alicante: España, 2008; pp 13. Harris, D. Análisis Químico Cuantitativo, 3ª ed.; Reverté: España, 2007; pp 579-586. Museo Nacional de Ciencias Nacionales http://www.mncn.csic.es/docs/repositorio/es_ES/investiga cion/cromatografia/cromatografia_de_gases.pdf (Consultado Octubre 2014)

POLISILOXANOS ANALITOS Fase estacionaria POLISILOXANOS ANALITOS Polidimetil siloxano (-CH3) Hidrocarburos, aromáticos polinucleares, esteroides y bifenilos policlorados 5% de Fenil-polidimetilsiloxano (-C6H5) Ésteres de metilo de ácidos grasos, alcaloides, fármacos y compuestos halogenados 50% de Fenil-polidimetilsiloxano Fármacos, esteoides, plaguicidas y glicoles 50% de Trifluoropropil-polidimetil siloxano (-C3H6CF3) Aromáticos clorados, nitroaromáticos, bencenos con sustituciones alquilo Cianopropil-polidimetilsiloxano al 50% (-C3H6CN) Ácidos grasos poliinsaturados, ácidos rosin, ácidos libres y alcoholes