Detectores universales y selectivos en CG y su aplicación en el análisis químico

Clasificación de los detectores Introducción Clasificación de los detectores Universales Selectivos Específicos Ofrecen la ventaja de responder prácticamente ante cualquier compuesto que puede eluir de la columna. Ventajoso, responden únicamente frente a un grupo limitado de compuestos , los cromatogramas que son simplificados.

Características de un detector ideal para CG Adecuada sensibilidad Buena estabilidad y reproducibilidad Respuesta lineal para los solutos Amplio intervalo de temperatura, hasta los 400 °C Tiempo de respuesta corto Alta fiabilidad y manejo sencillo Respuesta selectiva y predecible No produce la destrucción de la muestra

Detector de Ionización de Flama (FID) Responde rápidamente a los componentes que contienen carbono e hidrogeno para una menor medida para algunos componentes que contienen solamente carbono. Es insensible al agua, aire y a la mayoría de los gases acarreadores. Puede ser construido con un pequeño volumen interno, el cual lo hace especialmente adecuado para el capilar de CG. Para el uso con columnas capilares, una punta de chorro más pequeño se utiliza con el fin de aumentar la sensibilidad del detector.

Respuesta de un FID La muestra que está siendo quemado en una mezcla rica en combustible y la producción de iones. Se producen electrones Cualquiera de iones o de electrones se recogen en un electrodo y producen una pequeña corriente. No hay iones presentes La línea de base es estable La corriente se convierte fácilmente en un Voltaje y se amplifica para producir una señal

Los gases empleados deben estar libres de impurezas de hidrocarburos El FID es sensible a la masa de flujo, lo que significa que la respuesta de área para un compuesto no cambia La comprobación de la presencia de vapor de agua es el mejor método para asegurarse de que el encendido de la llama ha sido un éxito Gas portador El funcionamiento correcto de este detector depende de la elección adecuada de los tres flujos usados: Realiza medidas absolutas Hidrógeno Aire

El funcionamiento de la FID se basa en la detección de iones formado durante la combustión de compuestos orgánicos en una llama de hidrógeno. Llama de hidrogeno Detector Sistema de electrodos Registrador Resistencia entre electrodos Flujo de corriente

Grupos funcionales que no dan respuesta en este detector: Carbonilo Alcohol halógeno Amina Tampoco responden gases no inflamables: Agua Óxidos de nitrógeno SO2 CO2

DETECTOR DE IONIZACIÓN DE FLAMA

Detector de conductividad térmica (TCD). Miden cambios en la conductividad térmica de un gas eluido. Forma más general de detectar toda clase de compuestos. No es sensible en columnas tubulares de pequeño calibre de alta resolución. Útil para trabajo cuantitativo No requiere de otro gas a parte del gas acarreador. No requiere de otro gas a parte del gas acarreador por lo que es de mucha utilidad cuando no hay suficiente suministro de gas.

Consiste en 4 filamentos: 2 están inmersos en una corriente de gas de referencia, y los otros 2 se sumergen en la corriente de gas eluido. Con un flujo constante de gas portador puro a través de los filamentos, se tiene una transferencia de calor constante de los filamentos al gas. La sensibilidad incrementa a medida que la diferencia de temperatura entre el filamento y la pared del detector incremente Los filamentos están hechos de tugsteno permitiendo que tenga una gran resistencia al coeficiente de temperatura.

El helio es el gas portador que conduce a medidas de mayor sensibilidad, referida a un mayor cambio en la conductividad del gas eluido con respecto a su cambio en concentración. Los componentes de las muestras tienen conductividades térmicas por debajo de las del helio.

Detector de fotoionización (PID photoionization detector) Este tipo de detector es muy selectivo para los compuestos aromáticos y no saturados Utiliza una fuente ultravioleta para ionizar un analito Longitud de onda entre 106-150nm Los iones producidos son colectados por electrodos Es un método no destructivo dependiente de la concentración Límite de detección de ~2pg/seg Su modo de detección es debido a los potenciales de ionización de los componentes analizados.

Detector de fotoionización

Detectores de quimioluminiscencia del azufre (SCD) El eluyente se mezcla con hidrógeno y aire y se produce la llama. Los gases obtenidos se mezclan con el ozono, y se mide la intensidad de emisión resultante Se basa en la reacción entre componentes azulfurados y el ozono Útil en la detección de contaminantes como los mercaptanos

Detectores de emisión atómica (AED) El efluente se introduce en un plasma de helio obtenido con microondas (acoplado a un espectrómetro óptico de emisión de diodos en serie) El plasma atomiza todos los elementos de la muestra Los espectros son recogidos en un espectrómetro que utiliza una serie de diodos

Detectores termoiónicos (TID) Selectivo de compuestos orgánicos que contienen fósforo y nitrógeno Genera una gran corriente de iones P⁺ y N⁺ Es más sensible que el FID Útil para la detección y determinación de pesticidas que contienen fósforo El efluente de la columna se mezcla con hidrógeno, pasa a través de la llama y se quema

Detectores fotométricos de llama (FPD) Es selectivo El eluyente se hace pasar por una llama de hidrógeno-aire a baja temperatura Sensible a compuestos que contengan azufre y fósforo Convierte parte del fósforo a HPO (510 y 526 nm), y el azufre en S₂ (394 nm) Utilizado para análisis de contaminantes en el aire y el agua Las bandas se aíslan a través de filtros

Tipo de detector Muestras aplicables Ionización de llama (FID) Hidrocarburos Conductividad térmica (TCD) Detector universal Captura de electrones (ECD) Compuestos halogenados Espectrómetro de masas (MS) Para cualquier especie Termoiónica (TID) Compuestos de nitrógeno y fósforo Conductividad electrolítica Compuestos que contienen halógenos, azufre o nitrógeno Fotoionización Compuestos ionizados por radiación UV IR de transformada de Fourier (FTIR) Compuestos orgánicos

Acoplamiento de la CG con métodos espectroscópicos Proporcionan la identificación de componentes de mezclas complejas Antes Se evitaba la destrucción y la selectividad de los gases efluentes Se recogían como fracciones en una trama fría Las fracciones se investigaban por RMN, IR o EM En la actualidad Utilizan un detector selectivo para controlar el efluente de la columna

Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC/MS) La columna capilar se une directamente en la cámara de ionización de un EM En el caso de columnas rellenas o columnas megacapilares, la unión es a través de un separados de chorro

A partir de los 70´s se han diseñado espectrómetros de masa como detectores, como el instrumento de cuadrupolo compacto

Los detectores de EM presentan sus datos en dos categorías: De tiempo real Se presentan en la pantalla de un osciloscopio o como un gráfico a tiempo real Reconstruidos por ordenador Pueden presentarse en la pantalla o pueden imprimirse

Dentro de estos se puede elegir entre diferentes cromatogramas Los que registran la intensidad de los iones Los que registran la intensidad de un ion seleccionado Los espectros de masas de diversos picos

Aplicaciones Identificación de componentes en sistemas naturales y biológicos Identificación de contaminantes en el agua Útiles para diagnósticos médicos Estudios sobre los metabolitos de fármacos

Detectores de trampa de iones El más simple Los iones se generan por impacto de electrones o por ionización química Requiere una muestra eluida, y mantenida en un campo de radiofrecuencia Los iones atrapados se expulsan del área de almacenamiento hacia un detector multiplicador de electrones

Es muy utilizado en el campo de medio ambiente, fundamentalmente para la determinación de residuos de plaguicidas, debido a su sensibilidad y especificidad. Responde a hidrocarburos.

Detector de captura electrónica Ocupa el segundo lugar entre los detectores de más utilización Como gas portador solo utiliza hidrogeno, gases nobles o nitrógeno Utiliza una fuente de radiación β para bombear el gas portador Especifico para moléculas que contienen halógenos, carbonilos conjugados, nitrilos y nitrocompuestos Si se utiliza la inyección con división debe contener mayor o igual a 100 ppb de cada analito No destruye la muestra

Referencias Pasto, D., Johnson, C. Determinación de estructuras orgánicas. Reverté: Barcelona, 2005. pp. 43, 44 Olguín, L; Métodos en biotecnología. Cromatografía de gases. Universidad nacional autónoma de México [en línea] 2004, 46, 19-20 Harris, D; Análisis químico cuantitativo, 3° ed. Editorial Reverté, España, 2007. Pp 594 Skoog, ., Holler, ., Nieman, . Principios de análisis instrumental 5ª ed. Editorial Pp 765, 767-770 , 777-780 Daniel Harris ;Análisis químico cuantitativo; Ed reimpresa; editorial Reverte, 2007. p 599

Equipo Aguilar Diana Falla María Fernanda Gonzales Nubia Martínez Paola Ramírez Javier Ravell Ariday