Etiqueta de confidencialidad 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc CONSTRUYENDO UNA CIENCIA MEJOR ENTRE AGILENT Y USTED Fundamentos.

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1 Etiqueta de confidencialidad 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 1 CONSTRUYENDO UNA CIENCIA MEJOR ENTRE AGILENT Y USTED Fundamentos de la cromatografía de gases: teoría

2 Exclusivamente para fines educativos 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 2.Agilent Technologies está comprometida con la comunidad educativa y desea proporcionar acceso a este material de la empresa. Este conjunto de diapositivas ha sido preparado por Agilent Technologies. El uso de las diapositivas está exclusivamente limitado a fines didácticos. Este material y la información aquí contenida se aceptan «tal como están». Agilent no realiza declaraciones ni ofrece garantías de ningún tipo con respecto a los mismos y declina cualquier responsabilidad por el uso o reproducción que usted pueda realizar de ellos. Agilent no será responsable de los daños derivados del uso, copia o divulgación de los materiales aquí contenidos. Usted se compromete a exonerar de responsabilidad a Agilent frente a cualquier reclamación contra ella derivada del uso o reproducción que usted haga de estos materiales.

3 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 3 Índice Introducción Separación de compuestos ¿Qué sucede en el interior de la columna?¿Qué sucede en el interior de la columna? Parámetros clave Tiempo de retención y anchura de picoTiempo de retención y anchura de pico Factor de retención Selectividad o factor de separación Eficiencia Resolución ¿Cómo se puede influir sobre la selectividad? Número de platos Interrelación Ecuación de Van Deemter Difusión turbulenta Difusión axial Resistencia a la transferencia de masa Más información sobre la ecuación de Van DeemterMás información sobre la ecuación de Van Deemter Más información Página web de Agilent para instituciones académicasPágina web de Agilent para instituciones académicas Publicaciones

4 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 4 Introducción En la química analítica, los científicos utilizan la cromatografía de gases (GC) para separar y analizar compuestos que pueden evaporar sin descomponerse. A menudo, emplean la GC para analizar la pureza de una determinada sustancia o para separar los componentes de una mezcla y determinar la cantidad relativa presente de cada uno de ellos. Los científicos usan la GC para realizar análisis cuantitativos y cualitativos de analitos volátiles. El instrumento utilizado, al que se denomina cromatógrafo de gases, utiliza una fase móvil y una fase estacionaria. Es decir, un gas móvil transporta la muestra a lo largo de un soporte estacionario (una pieza de vidrio o metal a la que se conoce como columna) ubicado en el interior del instrumento.

5 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 5 Introducción Separación de compuestos Índice Tiempo (t) Separación (t r2 -t r1 ) Anchura de pico (W b1,2 ) Flujo de gas portador Los compuestos se separan debido a sus diferentes afinidades a la columna durante la fase estacionaria. Los compuestos con menor afinidad eluirán antes de la columna, mientras que aquellos que posean una mayor afinidad eluirán más tarde.

6 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 6 Introducción ¿Qué sucede en el interior de la columna? En la cromatografía de gases se utiliza una fase móvil gaseosa para transportar la muestra a través de la columna, que puede estar rellena o tener revestida la superficie interior. En la mayoría de los casos, las columnas GC tienen un diámetro interior de menor tamaño y una longitud mayor que las columnas HPLC. Al calentar la columna GC, los compuestos comienzan a separarse en función de su punto de ebullición. Si se cambia la columna por otra que contenga una fase estacionaria polar, se modificará la capacidad de separación. Los compuestos se separarán de acuerdo con su punto de ebullición y su polaridad. Columnas GC Columnas HPLC Índice

7 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 7 Introducción ¿Qué sucede en el interior de la columna? t r2 -t r1 Separación de mayor calidad Separación de menor calidad Separación de mayor calidad Separación de menor calidad W b1 W b2 W b1 W b2 frente a t r2 -t r1 Índice

8 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 8 Parámetros clave Tiempo de retención y anchura de pico t r1 t r2 W b1 W b2 W 1/2 h t t ri Tiempo de retención del compuesto "i" W 1/2 Anchura de pico a la mitad de la altura W bi Anchura de pico en la línea de base El tiempo de retención de un compuesto no retenido (t M o t 0 ) también se conoce como tiempo muerto. Las moléculas del soluto no retenido avanzan por la columna a la misma velocidad que el gas portador. Índice

9 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 9 Parámetros clave Factor de retención (k') El factor de retención (también conocido como coeficiente de reparto o factor de capacidad) es la relación entre los tiempos que un soluto pasa en las fases estacionaria y móvil. Se calcula dividiendo el tiempo de retención entre el tiempo de un pico no retenido (t M ). Para un compuesto no retenido, tiene un valor nulo (k = 0). Dado que todos los solutos pasan el mismo tiempo en la fase móvil, el factor de retención es una medida de la capacidad de retención de la fase estacionaria. Parámetros que influyen sobre el factor de retención: Fase estacionaria t r Tiempo de retención t M Tiempo de retención del pico no retenido Índice

10 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 10 Parámetros clave Selectividad o factor de separación (α) La selectividad es una medida del tiempo o la distancia entre dos picos. Si α = 1, ambos picos tendrán el mismo tiempo de retención y coeluirán. La selectividad se define como la relación de los factores de capacidad. Parámetros que influyen sobre el factor de retención: Fase estacionaria Fase móvil Temperatura  Selectividad k 1 Factor de retención del primer pico k 2 Factor de retención del segundo pico Índice

11 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 11 Parámetros clave Eficiencia o número de platos teóricos (N) La eficiencia de la columna se utiliza para comparar el rendimiento de diferentes columnas. Se expresa por medio del número de platos teóricos (N). Las columnas con un número alto de platos son más eficientes. Una columna con un valor N alto generará picos más estrechos para un determinado tiempo de retención que una columna con un valor N más bajo. Parámetros que influyen sobre la eficiencia de la columna: Longitud de la columna (a mayor longitud, mayor eficiencia). Tamaño de partícula (a menor tamaño de partícula, mayor eficiencia). Índice

12 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 12 Parámetros clave Altura equivalente a un plato teórico (H) LLongitud de la columna (mm) NNúmero de platos teóricos Otra medida de la eficiencia de la columna es la altura equivalente a un plato teórico, que se representa como "H". Habitualmente, se expresa en milímetros. Cuanto menor sea cada plato teórico, más platos "contendrá" una determinada longitud de columna. Esto se traduce en un mayor número de platos por metro y una mayor eficiencia de la columna. Índice

13 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 13 Parámetros clave Utilización de la eficiencia teórica (UTE) La eficiencia del revestimiento (CE%) es un término histórico que compara la eficiencia medida de la columna (H real ) con su eficiencia teórica máxima (H teórica ). Tradicionalmente, el valor H teórica se veía tan afectado por la heterogeneidad de la película de fase estacionaria que las contribuciones externas a la columna al valor H real se podían ignorar (como las anomalías de inyección o los retardos mecánicos o electrónicos). Gracias a la mejora de la eficiencia del revestimiento, eso ya no es así. El valor H real habitualmente se ve más afectado por las contribuciones externas a la columna que por la propia columna. El término "utilización de la eficiencia teórica" (UTE) tiene todos esos factores en cuenta. Índice

14 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 14 Parámetros clave Resolución: separación en la línea de base La resolución indica la capacidad de una columna para separar los picos de interés. Sobre la resolución influyen la eficiencia (N), la selectividad (  ) y la retención (k). Debe tener como mínimo un valor igual a 1 para conseguir una separación medible y una cuantificación suficiente. Se necesita un valor igual a 0,6 para que se pueda distinguir un valle entre dos picos de la misma altura. Para los métodos más robustos normalmente se requieren valores iguales o superiores a 1,7. Se considera que un valor igual a 1,6 se corresponde con una separación en línea de base y garantiza unos resultados cuantitativos de precisión máxima. h t R s ≥ 1,5 t ri Tiempo de retención del compuesto "i" W bi Anchura de pico en la base del compuesto "i" Índice

15 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 15 Parámetros clave Resolución: ecuación fundamental La resolución se puede aumentar mejorando cualquiera de esos parámetros: La selectividad es el parámetro con mayor influencia sobre la resolución. Con pequeñas variaciones de selectividad se pueden conseguir grandes cambios en la resolución. La retención influye de manera significativa cuando el valor del parámetro k es bajo. La eficiencia indica el poder de separación de la columna. SelectividadEficienciaRetención Índice

16 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 16 Parámetros clave Influencia de N, α y k sobre la resolución En la figura se muestra la resolución en función de la selectividad, la eficiencia de la columna y la retención. Índice La selectividad produce el mayor impacto sobre la resolución: Cambio de la fase estacionaria. Cambio de la fase móvil. Es la forma más sencilla de aumentar el número de platos.

17 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 17 ¿Cómo se puede influir sobre la separación? ¿Qué es un “plato” en cromatografía? Un plato teórico es la etapa hipotética en la cual dos fases de una sustancia (fase líquida y fase vapor) se encuentran en equilibrio. L C Longitud de la columna d p Tamaño de partícula hAltura reducida de un plato teórico Índice

18 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 18 ¿Cómo se puede influir sobre la separación? Un número de platos (N) alto aporta las siguientes ventajas: picos agudos y estrechos mejora de la detección capacidad de picos que permite separar muestras complejas No obstante, la resolución únicamente aumenta de forma proporcional a la raíz cuadrada del número de platos. R S ~  N. Asimismo, el aumento del número de platos viene limitado por las condiciones experimentales. Por ejemplo, el tiempo de análisis y la presión. Índice

19 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 19 ¿Cómo se puede influir sobre la separación? Interrelación: anchura de pico y altura reducida de un plato teórico h: altura reducida de un plato teórico Índice

20 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 20 Ecuación de Van Deemter La ecuación de Van Deemter expresa las variaciones por unidad de longitud de una columna de separación en función de la fase móvil lineal, de forma que tiene en cuenta las propiedades físicas, cinéticas y termodinámicas de una separación (fuente: Wikipedia). h = f ( w turb + w ax + w C ) h = A + B/u + C u difusión turbulenta coeficiente de difusión resistencia a la transferencia de masa Índice

21 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 21 Ecuación de Van Deemter Difusión turbulenta w turb ~ λ d p λ: calidad del relleno de la columna Diferencias en las vías de difusión causadas por: Trayectorias diferentesRelleno deficiente de la columna Distribución desigual de tamaños de partícula Índice

22 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 22 Ecuación de Van Deemter Difusión axial o longitudinal Aumento de la anchura de pico debido a la autodifusión del analito. A flujos bajos, el analito permanece en la fase móvil durante un tiempo prolongado. Notable aumento de la anchura de pico. Mayor altura de plato teórico. Flujo Índice

23 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 23 Ecuación de Van Deemter Resistencia a la transferencia de masa w C ~ d p 2 Diferentes trayectorias de difusión Partícula porosa Capa estacionaria de fase móvil Índice

24 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 24 Ecuación de Van Deemter Altura reducida de un plato teórico (h) Flujo Curva total (Van Deemter) Difusión axial Difusión turbulenta Resistencia a la transferencia de masa h = A+ B/u+ C u Índice

25 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 25 Ecuación de Van Deemter Gas portador Altura reducida de un plato teórico (h) N2N2 He H2H2 La velocidad lineal (y la velocidad de flujo) del gas portador dependen de la temperatura de la columna. Con una presión constante en cabeza de columna, la velocidad lineal disminuye al aumentar la temperatura de la columna. La mejor forma de observar el efecto de la velocidad lineal media del gas portador (u) sobre la eficiencia es utilizando una curva de Van Deemter. OPGV u opt :eficiencia máxima OPGV: velocidad práctica óptima del gas Consulte las notas para obtener más información Índice

26 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 26 Más información Para obtener más información sobre los productos de Agilent, visite los sitios web www.agilent.com y www.agilent.com/chem/academia. www.agilent.comwww.agilent.com/chem/academia ¿Tiene alguna consulta o sugerencia en relación con esta presentación? Escriba a academia.team@agilent.comacademia.team@agilent.com PublicaciónTítuloN.º pub. Manual técnicoFundamentals of Gas ChromatographyG1176-90000 VídeoFundamentals of Gas ChromatographyFundamentals of Gas Chromatography (14 min) GuíaAgilent J&W GC Column Selection Guide5990-9867EN Sitio web CHROMacademyCHROMacademy (acceso gratuito a los cursos online para estudiantes y personal universitario) Compendio de aplicaciones A compilation of Application NotesA compilation of Application Notes (22 Mb)5991-3592EN Índice

27 Exclusivamente para fines educativos 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 27 Número de publicación 5991-5422ES GRACIAS POR SU ATENCIÓN

28 01 de octubre de 2020 © Agilent Technologies, Inc. 2016 Exclusivamente para fines educativos 28 Abreviaturas AbreviaturaDefinición αSelectividad dpdp Tamaño de partícula ΔΦRango del gradiente FVelocidad de flujo hAltura reducida de un plato teórico (medida del poder de resolución de una columna) HAltura equivalente a un plato teórico kFactor de retención, también denominado factor de capacidad (k') o coeficiente de reparto L, L c Longitud (longitud de la columna) λCalidad del relleno de la columna NEficiencia o número de platos de la columna RResolución AbreviaturaDefinición tTiempo trtr Tiempo de retención t 0 o t M Tiempo muerto de la columna o tiempo de retención tGtG Tiempo del gradiente UTE%Utilización de la eficiencia teórica VmVm Volumen de la columna wAnchura de pico W 1/2 Anchura de pico a la mitad de la altura W bi Anchura de pico en la línea de base w turb Difusión turbulenta w ax Difusión axial o longitudinal wCwC Resistencia a la transferencia de masa w av Anchura media de los picos Índice