Detectores en Cromatografía de Gases Karla Acevedo Melissa Ramírez Sergio Huesca Laura Rivero Esteban Polanco Elisa Santos

Un Detector de cromatografía de gases Revela la presencia de las sustancias eluídas a la salida de la columna cromatográfica. Es capaz de convertir una propiedad física, no medible directamente, en una señal elaborable y ofrecernos información sobre la naturaleza y magnitud de la propiedad física. Funciona comparando una propiedad física entre el gas portador puro y el mismo gas portador llevando cada uno de los componentes que previamente se han separado en la columna traduciéndolo en una señal que se amplificará mediante un registrador gráfico ó integrador permitiendo indicar el momento que salen de la columna los componentes. Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, Dean John A., Frank A. Seattle, Métodos Instrumentales de Análisis, Grupo Editorial Iberoamericana, 2004, pp. 543 – 551

Se localiza en la salida de la columna de separación, reacciona ante la presencia de los componentes individuales conforme abandonan la columna. El volumen del detector debe ser pequeño para prevenir el remezclado de los componentes separados en la columna. Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, Dean John A., Frank A. Seattle, Métodos Instrumentales de Análisis, Grupo Editorial Iberoamericana, 2004, pp. 543 – 551

La salida eléctrica analógica del detector se amplifica y después se envía directamente a un registrador de tira continua, o se convierte en una señal digital y se envía a un sistema de microcomputadora. Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, Dean John A., Frank A. Seattle, Métodos Instrumentales de Análisis, Grupo Editorial Iberoamericana, 2004, pp. 543 – 551

Clasificación Los detectores usados en cromatografía de gases pueden dividirse en forma genérica en - Universales - Tienen la ventaja de responder ante cualquier compuesto que eluya de la columna, sin embargo cuando se procede al análisis de mezclas complejas tiene serios inconvenientes Específicos – Tiene la ventaja de responder únicamente frente a un grupo limitado de compuestos, ofreciendo cromatogramas muy simplificados Selectivo - Son aquellos que la superficie absorbente tiene distinta respuesta según sea la longitud de onda de la radiación incidente. Entre ellos están las fotocélulas y los fotomultiplicadores Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, Dean John A., Frank A. Seattle, Métodos Instrumentales de Análisis, Grupo Editorial Iberoamericana, 2004, pp. 543 – 551

Clasificación Existen otro tipo de clasificaciones que no son menos importantes pero no es muy común clasificarlos así. Detectores Destructivos y No destructivos Detectores según su modo de respuesta Dependientes del Flujo Másico Dependiente de la Concentración Detectores según el proceso de detección

Tipos de detectores

Detectores de conductividad térmica (TCD) Tipo de muestras: Detector Universal. Cualidades: Simples Intervalo dinámico bastante lineal No destruye la muestra Los solutos se pueden recuperar tras su detección. Desventajas: Menor sensibilidad a frente otros detectores. Skoog, D.; Holler J.; Nieman, T.; Principios de análisis instrumental; 5ª ed; Mc-GRAWHILL; España, 2003; pp.765-769. Skoog, D.; West, D.; Holler, J.; Crouch, S.; Química Analítica; 7ª ed; McGRAW-HILL; México, 2001; pp. 690-691. Harris, D.; Quantitative Chemical Analysis; 7ª ed; Freeman and company; EUA, 200; pp 541-543.

Detector de ionización de flama. (FID) Forma una llama que ioniza el eluato, produciendo radicales C-H y éstos producen iones 𝐶𝐻𝑂 + . Tipo de muestra: hidrocarburos. Selectividad: Sustancias que contengan uniones C-H en su estructura. Cualidades: Muy sensible Poco ruidoso. Da una respuesta bastante lineal. Resistente y fácil de usar. Desventajas: Destruye la muestra. Skoog, D.; Holler J.; Nieman, T.; Principios de análisis instrumental; 5ª ed; Mc-GRAWHILL; España, 2003; pp.765-769. Skoog, D.; West, D.; Holler, J.; Crouch, S.; Química Analítica; 7ª ed; McGRAW-HILL; México, 2001; pp. 690-691. Harris, D.; Quantitative Chemical Analysis; 7ª ed; Freeman and company; EUA, 200; pp 541-543.

Detector de fotoionización Utiliza una fuente de UV de vacío para ionizar compuestos aromáticos y no saturados, pero apenas responde a hidrocarburos saturados. Recoge y mide los electrones producidos por ionización de estos compuestos. Harris, D. Análisis quimico cuantitativo. Editorial Reverté. 2da ed. España. 2001, pp 672

Detector fotométrico de llama Mide la emisión óptica procedente del fósforo, azufre, plomo, estaño y algún otro elemento concreto. Cuando el eluato pasa por una llama de H2-aire, análoga a la del detector de ionización de llama, los átomos excitados emiten luz característica. Harris, D. Análisis quimico cuantitativo. Editorial Reverté. 2da ed. España. 2001, pp 672

Detector de captura electrónica (ECD) El efluente pasa sobre un emisor β (Ni-63) y un electrón de éste provoca la ionización del gas portador y se produce una ráfaga de electrones. En ausencia de especies orgánicas se obtiene una corriente constante, pero en presencia de ellas la corriente disminuye por su tendencia a capturar electrones. Es muy sensible a compuestos con grupos funcionales electronegativos como halógenos, peróxidos, nitro y quinonas. Insensible a grupos como aminas, alcoholes e hidrocarburos. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Éstos detectores son altamente sensibles y no alteran la muestra de manera significativa. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Detector termoiónico (TID) El detector termoiónico también llamado “de llama alcalina” es un FID modificado poniendole una bolita de vidrio que contiene RbSO4. Selectivo de los compuestos orgánicos que contengan átomos de fósforo y nitrógeno. Comparado con un FID normal, es unas 500 veces más sensible para los compuestos que contienen fósforo y unas 50 veces más sensible a las especies nitrogenadas. No se puede usar N2 como gas acarreador. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Un detector termoiónico posee la siguiente configuración: 1.-El gas de la salida se mezcla con hidrógeno, pasa a través de la llama, y se quema. 2.-El gas caliente fluye alrededor de una bola de silicato de rubidio calentada eléctricamente, la cual se mantiene a unos 180 V con respecto al colector. 3.-La bola caliente forma un plasma que alcanza una temperatura de 600 a 800°C. 4.-Al pasar por el plasma se forman una gran cantidad de iones a partir de las moléculas de fósforo y nitrógeno, las cuales de utilizan para la determinación de los compuestos 5.-Al tener el medio conductor dicha diferencia de potencial permite la aparición de una pequeña corriente eléctrica amplificable y medible. Por lo general, la intensidad de la corriente será proporcional al número de iones formados, y por tanto a la cantidad de analito. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Detector de Emisión Atómica Utiliza la intensidad de una luz emitida por flama, plasma o chispa, a una longitud de onda particular, para cuantificar elementos. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Detector de Quimioluminiscencia La reactividad de compuestos que contienen sulfuro permite su detección. Los compuestos con sulfuro dan ciertas propiedades a alimentos y bebidas, y están presentes en el petróleo. se oxida el sulfuro a SO2 reacciona con H2 y produce SO reacciona con O3 formando SO2 excitado El SO2 genera luz cuando regresa a su estado basal. Mondello, L. Comprehensive Cromatography in Combination with Mass Spectrometry. John Wiley & Sons Inc.: EUA, 2011. pp. 260-261.

Detector de Quimioluminiscencia Ventjas: bajo límite de deteccióm, analiza hasta picogramos. El uso de este detectorcombina la especificidad y la supresión de la matriz, en un nivel de de detección bajo. Mondello, L. Comprehensive Cromatography in Combination with Mass Spectrometry. John Wiley & Sons Inc.: EUA, 2011. pp. 260-261.

De transformada de Fourier Haz de radiación es generado por la fuente Se dirige al interferómetro Rayo láser de He-Ne para conocer la longitud a la que se da la absorción Un espejo conduce el rayo hacia la muestra El rayo pasa por la muestra Llega a un detector El interferómetro , que sustituye a un monocromador, es fundamental ya que proporciona un interferograma (representación de la intensidad vs. Tiempo). Una operación matemática (transformada de Fourier), permite separar las frecuencias de absorción individuales, produciendo un espectro. Sierra, I., Pérez, D., Gómez, S., Morante, S. Análisis Instrumental. Netbiblo: España, 2010. pp. 79-80.

De transformada de Fourier Ventajas: Gran sensibilidad, buena resolución, alta velocidad de adquisición de datos. Desventajas: Costosos, necesitan un ordenador que decodifique los datos. Skoog A. D, Holler J. F, Nieman T. A. Principios de Análisis instrumental. 5°edición. Editorial Mc Graw Hill/ Interamericana Aravaca (Madrid), 2001. Pp. 767-768

Compatibilidad de los detectores con la fase estacionaria

Flujo total (columna + gas soporte) preferente: 20-60 mL/min Ionización por Flama En columnas capilares angostas requiere un gas soporte para mayor sensibilidad (N2) Flujo total (columna + gas soporte) preferente: 20-60 mL/min Cantidad mínima detectable de compuestos orgánicos: 10-100 pg, dependiendo de la estructura. Jennings, W., Shibamoto, T. Qualitative Analysis of Flkavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. Academic Press: EUA, 1980. McMinn. D. Gas Chromatograpgy: Detectors: General. Gonzaga University: EUA, 2000.

Conductividad Térmica Mayormente para columnas empacadas En celdas de 5 µL se recomienda el uso de gas soporte. Celdas de 100 µL se usan con columnas de 530µm de diámetro sin gas adicional. Columnas capilares pueden usarse, pero con menor sensibilidad. El uso de capilares con diámetros mayores (0.75 mm) aumenta la sensibilidad. Jennings, W., Shibamoto, T. Qualitative Analysis of Flkavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. Academic Press: EUA, 1980. McMinn. D. Gas Chromatograpgy: Detectors: General. Gonzaga University: EUA, 2000.

Espectrómetro de Masas La interfase debe tener un volumen muerto mínimo. La interfase debe reducir la presión Con columnas empaquetadas debe reducirse el flujo que entrará al espectrómetro usando separadores. La interfase debe tener un volúmen muerto mínimo para no ensanchar las bandas cromatograficas del cromatograma La interfase debe reducir la presión (en la coluimna, la P es un poco superior a la atmosférica y en el espectr+ómetro es inferior a 10-3 Torr. Jennings, W., Shibamoto, T. Qualitative Analysis of Flkavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. Academic Press: EUA, 1980. McMinn. D. Gas Chromatograpgy: Detectors: General. Gonzaga University: EUA, 2000.

De Captura de Electrones Usa Nitrógeno como gas soporte La sensibilidad se duplica si se emplea Argón en vez de Nitrógeno. Jennings, W., Shibamoto, T. Qualitative Analysis of Flkavor and Fragrance Volatiles by Glass Capillary Gas Chromatography. Academic Press: EUA, 1980. McMinn. D. Gas Chromatograpgy: Detectors: General. Gonzaga University: EUA, 2000.

Ejemplos de acoplamiento Inyector: Split/splitless Detector de Ionización por Flama Columna: 30m×320µm×0.25µm Fase estacionaria: HP-Innowax (polietilenglicol) Para detectar conservativos en alimentos Detector de Captura de Electrones Fase estacionaria: Agilent J&W HP-1701 Gas Portador: N2 Para detectar pesticidas en alimentos HP-Innowax  f.e. de polietilenglicol con alta polaridad y que soporta altas temperaturas. Equivalente cercano a unja f.e. de Trifluoropropylmethylpolysiloxane. Utilizada en analisis de alimentos, sabores y fragancias. La Agilent J&W DB-1701 es de baja polaridad, adherida, lavable con solvente, ideal para analisis de pesticidas, herbicidas, TMS, derivados de azúcares. Agilent Technologies. GC & GC/MS Columns. http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Columns-Sample-Preparation/GC-GC-MS-Columns/Capillary/HP-INNOWax/Pages/default.aspx Consultado Marzo 2014

Referencias Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, Dean John A., Frank A. Seattle, Métodos Instrumentales de Análisis, Grupo Editorial Iberoamericana, 2004, pp. 543 – 551 Skoog, D.; Holler J.; Nieman, T.; Principios de análisis instrumental; 5ª ed; Mc-GRAWHILL; España, 2003; pp.765-769. Skoog, D.; West, D.; Holler, J.; Crouch, S.; Química Analítica; 7ª ed; McGRAW-HILL; México, 2001; pp. 690-691. Harris, D.; Quantitative Chemical Analysis; 7ª ed; Freeman and company; EUA, 2001; pp 541-543, 693. Mondello, L. Comprehensive Cromatography in Combination with Mass Spectrometry. John Wiley & Sons Inc.: EUA, 2011. pp. 260-261. Sierra, I., Pérez, D., Gómez, S., Morante, S. Análisis Instrumental. Netbiblo: España, 2010. pp. 79-80.