MÉTODOS ÓPTICOS ELECTROQUÍMICOS Y CROMATOGRÁFICOS Detectores universales y selectivos en CG y su aplicación en el análisis químico INTEGRANTES: Alma Basto Jessica Chi Ángel Canul Fátima Cano Irvin Castillo

Características del detector ideal Los detectores El dispositivo espectrométrico sirve no sólo para detectar la aparición de los picos de los analitos al final de la columna, sino también para identificarlos. Características del detector ideal El detector ideal tiene las siguientes características: Adecuada sensibilidad. La sensibilidad de un instrumento o método es una medida de su capacidad de diferenciar pequeñas variaciones en la concentración del analito. Limitantes de la sensibilidad: La endiente de la curva y la reproducibilidad o precisión del sistema de medida.

Buena estabilidad y reproducibilidad. Respuesta lineal para los solutos que se extienda a varios órdenes de magnitud. Intervalo de temperatura de trabajo comprendido entre la ambiente y menos de 400 °C. 5. Tiempo de respuesta corto. 6. Alta fiabilidad y manejo sencillo. Respuesta semejante para todos los solutos o una respuesta selectiva y altamente predecible para uno o más tipos de solutos. No destructivo de la muestra. Límite de detección La mínima cantidad de analito que produce una señal que sea el doble del nivel de ruido.

Obtención de la muestra Clasificación de los detectores Clasificación Sub-clasificación Características Obtención de la muestra Destructivos Destruyen la muestra No destructivos No destruyen la muestra Sensibles Concentración Señal proporcional a la cantidad por volumen. Masa Átomos por unidad de tiempo, independiente del volumen de elución. Respuesta Universal Responde a todos los solutos que pasan por el detector Específica o selectiva Responde a un grupo particular de substancias.

1. Detector de ionización de llama (FID) Descripción ( detector de ionización de llama) FUNCIÓN Los compuestos orgánicos se pilorizan a la temperatura de la llama de hidrógeno/aire, produce iones que conducen la electricidad, el número de iones que se produce es relativamente proporcional al número de átomos de carbono reducidos. Se producen iones y electrones que conducen electricidad al quemarse en una llama H2 -aire. -El efluente de la columna se mezcla con hidrógeno y con aire para luego encenderse eléctricamente. TIPO DE MUESTRA A ANALIZAR (SELECTIVIDAD) Es selectivo a enlaces C-H. Compuestos orgánicos (Analiza trazas orgánicas en muestras ambientales, bebidas alcohólicas y materiales biológicas). CUALIDADES -Respuesta lineaL. -Fase estacionaria debe ser un material poroso Responde al número de átomos de carbono que entra al detector (Sensible a la masa). Poco sensible 10 -3 g/s -Se puede acoplar a una columna de etilenglicol.

Detector de ionización de llama (FID) Desventajas Ausencia de respuesta para gases permanentes. Baja respuesta para hidrocarburos de bajo punto de ebullición Ventajas Alta sensibilidad de 10-13 g Sensible a la masa e insensible a sustancias inorgánicas Bajo ruido

2. Detector de conductividad térmica(TCD) Descripción (detector de conductividad térmica) FUNCIÓN Se basa en los cambios de la conductividad térmica de la corriente de gas ocasionados por la presencia de analitos. -Elemento calentado que cuya temperatura depende de la conductividad térmica del gas circundante (el elemento puede ser de oro, tungsteno, platino, renio) La resistencia del hilo, da una medida de la conductividad térmica del gas TIPO DE MUESTRA A ANALIZAR (SELECTIVIDAD Materia orgánica e inorgánica. CUALIDADES Por la baja sensibilidad no se utiliza en columnas capilares, debido al bajo tamaño de muestra en el que operan. -Universal -No destructivo -Gas portador helio e hidrógeno -Amplio intervalo lineal -baja sensibilidad 10 -8 g de soluto/ mL de gas portador.

Detector de conductividad térmica (TCD) El gas portador debe ser de Hidrógeno o Helio. Ventajas No destructivos Universal Amplio intervalo lineal Sensibilidad de 10 -8 g/s Desventajas No es sensible en las columnas tubulares de pequeño calibre de alta resolución.

3. Detector de captura de electrones (ECD) Descripción FUNCIÓN El efluente de la columna pasa sobre un emisor, un electrón provoca la ionización del gas portador y produce una ráfaga de electrones. La corriente disminuye en presencia de compuestos orgánicos TIPO DE MUESTRA A ANALIZAR Muestras ambientales (pesticidas, bifenilos policlorados). Compuestos que contienen halógenos, peróxidos, quinonas y grupos nitro. CUALIDADES Respuesta no lineal. Gas portador nitrógeno. No sensible a aminas, alcoholes e hidrocarburos No altera la muestra de manera significativa (a diferencia del detector de llama)

4. Detector de quimioluminiscencia del azufre (SCD) Descripción FUNCIÓN El eluyente se mezcla con hidrógeno y aire, los gases obtenidos se mezclan con ozono y se mide la intensidad de emisión resultante. La intensidad de fluorescencia es proporcional a la concentración de analito. Determina concentración TIPO DE MUESTRA A ANALIZAR Compuestos azufrados (determina contaminantes y mercaptos) CUALIDADES -Determina concentración -Adaptado para cromatografía de fluidos supercríticos

5. Detector de emisión atómica (AED) Determina Etil-terc-butiléteres y alcoholes alifáticos. Permite la detección de la radiación emitida por los diferentes elementos presentes en los analitos separados por la columna cromatográfica. La radiación emitida se colima y se refleja en una red de difracción, descomponiéndose en longitudes de ondas individuales que son detectados en una fila de diodos. El plasma de helio es suficientemente energético como para atomizar todos los elementos de una muestra, excitarlos, y así obtener sus espectros de emisión característicos.

Detector de emisión atómica(AED). El detector de emisión atómica utiliza helio como gas portador, que debe contener niveles bajos de impurezas de agua y oxígeno, ya que estos elementos pueden interactuar con la fase estacionaria. Provoca: Un elevado ruido de línea base Purga de la columna en el cromatograma de gases de salida. Resultados imprecisos. Ventajas : Era posible obtener el carbono, hidrógeno y otros contenidos de los elementos de una molécula desconocida y así calcular una fórmula empírica. Teóricamente puede detectar un gran número de elementos simultáneamente con alta sensibilidad y selectividad.

6. Detector termoiónico También llamado detector nitrógeno- fosforo. Utiliza una llama de hidrógeno/aire a través de la cual se pasa la muestra, para obtener una gran corriente de iones. Utiliza un cordón alcalino de cloruro de cesio o de rubidio calentado por una bobina. Los materiales de nitrógeno y fósforo parcialmente combustionados son adsorbidos en la superficie del cordón.

Detector termoiónico(TID). Características. Rango de detección. 10-8-10-14 Rango lineal. 105-107 Tipo de detector. Selectivo a N y P Tratamiento de soluto. Destructivo Ventajas Alta sensibilidad Alta selectividad Muy estable Desventajas Desgaste de la fuente. Frecuentes calibraciones. Es muy dependiente a los parámetros de temperatura, forma y tamaño de la flama y geometría del detector. Las fases a base de siliconas afectan el elemento activo.

7. Detector fotométrico de llama (FPD) Es un método con selectividad para S, P, Sn, B, As, Ge. Una característica negativa de este detector es que presenta un rango lineal dinámico no muy amplio cuando se trabaja con filtro de azufre y LD bajo. Utiliza una llama de H para excitar a un estado electrónico elevado, fragmentos de moléculas que contengan átomos de azufre ó fósforo. También puede ser utilizado para detectar pesticidas y herbicidas organofosforados, así como de componentes sulfurados volátiles en el análisis de alimentos. La llama es H/ aire

8. Detector de fotoionización Método no destructivo dependiente de concentración, con selectividad para compuestos alifáticos, aromáticos, heterocíclicos, organosulfurados y algunos organometálicos, cetonas, ésteres, aldehídos y aminas. Utiliza un tubo de descarga que contiene una mezcla de gases a baja presión.

Acoplamiento de la cromatografía de gases con métodos espectroscópicos CG/SM Se utilizan métodos acoplados para identificar componentes de mezclas complejas. Los gases después de ser detectados por un detector no destructivo se puede continuar su análisis. La muestra resultante es muy pequeña. Necesita un detector selectivo para controlar el efluente de la columna.

GC/MS (Cromatografía de gases/espectrometría de masa) Es difícil introducir la muestra directamente al espectrómetro de masa. Se utiliza un separador de chorro, para eliminar la mayor parte del gas portador . Los átomos de helio ligeros se desvían por el vacío, son succionados al exterior y las moléculas más pesadas (analito) se desplazan en línea recta hasta la fuente de ionización del espectrómetro de masas.

El detector de masas más simple para cromatografía de gases es el detector de trapa de iones. Los iones se generan por impacto de electrones (La muestra se somete a una temperatura elevada, produce vapor y se ioniza bombardean las moléculas con un haz d electrones de alta energía) o por ionización química (Los átomos gaseosos de la muestra se ionizan al colisionar con los iones producidos al bombardear con electrones un exceso de gas reactivo) a partir de una muestra eluida y luego se mantiene en un campo de radiofrecuencias. Los iones atrapados son expulsados al multiplicador de electrones (la expulsión se controla de tal forma que es posible un barrido en función de la relación masa/carga).

Cuádruplo Rango de masas que puede medir está entre 0 y 2000. Es uno de estos analizadores un conjunto de 4 barras solidas están dispuestas paralelas a la dirección de la corriente de electrones. Un voltaje de corriente continua (DC) y una radiofrecuencia (RF) son aplicadas a las barras, generando un campo electrostático oscilante en la región entre las barras. Dependiendo de la amplitud de la RF y del voltaje de DC, los iones adquieren una oscilación en este campo electrostático. Los iones de una relación m/z incorrecta obtendrán una oscilación inestable. Inestabilidad aumenta hasta que los iones chocan con las barras. Los iones de una adecuada relación m/z viajaran con una oscilación constante y saldrán del cuádrupolo sin chocar hacia el detector. Rango de masas que puede medir está entre 0 y 2000. Tienen baja Resolución, entorno a 3000, por lo cual no se pueden usar para calcular la masa elemental exacta.

Cromatografía de gases/ espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier (GC/FTIR) - GC/FTIR , proporciona un potente medio para la separación y la identificación de los componentes de las de mezclas complejas. - El interfase es un tubo o conducto de 10 a 40 cm longitud y de 1 a 3 mm de diámetro interno, se conecta a la columna mediante un tubo estrecho. El tubo Pyrex recubierto internamente con oro. La transmisión de la radiación tiene lugar por múltiples reflexiones con la pared - El barrido se provoca por la salida de un pico cromatográfico en un detector no destructivo y empieza después de un pequeño intervalo de tiempo que permite que el componente se desplace desde la región del detector hasta la celda de infrarrojo.

Conclusión Los detectores son importantes para identificar o determinar concentración de analitos. Estos detectores son selectivos ya que no detectan todos los analitos, aunque algunos son universales. Estos detectores tienen la ventaja de ser acoplados con otros instrumentos, es decir se puede determinar el análisis cualitativo o cuantitativo de una muestra compleja de acuerdo a las propiedades de los detectores y de sus métodos acoplados. Se recomienda a analizar primero las características de la muestra antes de utilizar un detector.

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