Explicación de la cromatografía de gases: qué es y cómo funciona

Si estudia los contaminantes en el aire y el agua o controla la calidad de los alimentos o las bebidas, probablemente esté familiarizado con un detector de GC y sepa bastante sobre cromatografía de gases (GC).

Este artículo es para el resto de nosotros. Aquellos que pueden estar un poco familiarizados con el término pero podrían usar una muy buena definición de qué es GC y cómo funciona.

Al botánico Mikhail Tswett se le atribuye la creación del primer cromatograma en 1900 para estudiar los pigmentos vegetales, incluidos la clorofila y los carotenos. Con el tiempo, su uso se ha extendido a muchas otras aplicaciones para separar mezclas complejas.

Actualmente, la cromatografía de gases se usa ampliamente para el control de calidad de productos, la investigación analítica y las pruebas de seguridad relevantes para aspectos clave de la vida cotidiana, desde la producción de automóviles hasta el refinado químico y el uso industrial farmacéutico, hasta el muestreo de alimentos y bebidas.

Definición y analogía de la cromatografía de gases

Entonces, ¿qué es GC de todos modos? Es una técnica analítica utilizada para separar los componentes químicos de una mezcla de muestra y luego detectarlos para determinar su presencia o ausencia. También se utiliza para calcular cuánto está presente en la muestra. Las moléculas orgánicas y los gases permanentes son los productos químicos más comunes analizados por GC. Puede analizar compuestos en el rango de ebullición de nC1 a nC100 como es el caso del petróleo crudo; sin embargo, la mayoría de las aplicaciones están en el rango de punto de ebullición de nC3 a nC44.

La palabra cromatografía proviene de la raíz griega croma y gráfico y se traduce como «escritura de color». La GC es una técnica que separa una mezcla de sustancias químicas dejándolas pasar lentamente por otra sustancia, normalmente un líquido o un sólido. En esencia, tenemos un gas que se mueve sobre la superficie de otra cosa en otro estado de la materia (líquido o sólido) que permanece donde está. La sustancia en movimiento se llama  fase móvil  y la sustancia que permanece fija es la  fase estacionaria .

GC utiliza un gas portador inerte o no reactivo como fase móvil, y la fase estacionaria es generalmente una capa delgada de líquido. A medida que la fase móvil se mueve, separa la mezcla en sus componentes individuales en la fase estacionaria. Entonces podemos identificarlos uno por uno 2 .

5 pasos simples para GC, 1 salto gigante para químicos en todas partes

Un cromatógrafo de gases se compone de un puerto de entrada calentado, un horno, una columna analítica y un detector. Veamos el proceso:

Paso 1: Preparación de muestras

Las muestras generalmente se disuelven o diluyen en un solvente y luego se inyectan en el puerto de entrada. Algunas muestras, como los aceites esenciales, no se diluyen. Otros métodos de preparación de muestras incluyen técnicas de introducción de muestras como la desorción térmica y el espacio de cabeza. Estas son técnicas sencillas ya que, por lo general, la preparación de la muestra es mínima o nula.

Paso 2: Vaporización

Esto es tan simple como suena. La muestra líquida se vaporiza en la entrada caliente y se convierte en gas.

Paso 3: Separación

Aquí, un gas inerte como el helio transporta la muestra a través de la columna. Las diferentes sustancias en la muestra interactúan de manera diferente con la fase estacionaria de la columna, según su química. Esto hace que viajen a través de la columna a diferentes velocidades, separándolos.

Paso 4: Detección

Los compuestos separados abandonan la columna uno tras otro y entran en un detector, como un espectrómetro de masas (MS). El uso de un detector de MS es útil. Debido a la gran cantidad de compuestos orgánicos, a veces, los compuestos pueden eluirse al mismo tiempo. Un MS ayuda a identificar cuál es el compuesto y los separa por masa. El tiempo que tarda un compuesto en viajar a través de la columna se denomina tiempo de retención.

Paso 5: Cromatograma

El GC produce un gráfico llamado cromatograma, que muestra picos: el tamaño de un pico indica la cantidad de cada componente que llega al detector. El número de picos muestra diferentes compuestos presentes en la muestra. La posición de cada pico muestra el tiempo de retención de cada compuesto .

Figura 1: Cómo funciona GC.

Como se ilustra arriba, el gas portador transporta las moléculas de la muestra a través del sistema GC.

¿Cómo funciona la cromatografía de gases (GC)?

  • La muestra se introduce primero en el GC , normalmente con una jeringa de un muestreador automático líquido (Figura 1 (2))
  • La muestra se inyecta en la entrada del GC (Figura 1 (3)) a través de un tabique que permite la inyección de la mezcla de muestra sin perder la fase móvil. Conectada a la entrada está la columna analítica (Figura 1 (4)), un tubo largo (10 a 150 m), estrecho (0,1 a 0,53 mm de diámetro interno) de sílice fundida o de metal que contiene la fase estacionaria recubierta en las paredes internas.
  • La columna analítica se mantiene en el horno de columna que se calienta durante el análisis para eluir los compuestos de diferentes puntos de ebullición.
  • La salida de la columna se inserta en el detector ( Figura 1 (5)) que responde a los componentes químicos que eluyen de la columna para producir una señal.
  • El software de adquisición registra la señal en una computadora para producir un cromatograma. (Figura 1 (6), (Figura 2) Si es necesario, el software puede cuantificar o producir una cantidad de ese compuesto haciendo referencia a una cantidad conocida de ese compuesto.

Cuando piense en GC, piense en separación y detección

En pocas palabras, la GC se usa para separar los componentes químicos de una muestra y luego detectarlos para determinar su presencia o ausencia. También se puede usar para saber qué cantidad de algo está presente en la muestra.

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Nota

  1. https://www.technologynetworks.com/analysis/articles/gas-chromatography-how-a-gas-chromatography-machine-works-how-to-read-a-chromatograph-and-gcxgc-335168
  2. https://www.shsu.edu/~chm_tgc/primers/pdf/GC.pdf
  3. La derivatización es una técnica que convierte un compuesto en un producto (el derivado de la reacción) de estructura similar llamado derivado. Los grupos NH y OH polares en los que se forman enlaces de hidrógeno pueden convertirse en grupos relativamente no polares en un compuesto relativamente no volátil. El producto resultante puede ser menos polar y, por lo tanto, más volátil, lo que permite el análisis CG. Fuente: https://web.archive.org/web/2016304002519/https://www.chromspec.com/pdf/gc_derivatization_methods.pdf

Otras fuentes utilizadas para escribir este blog: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8075776 , https://elscience.co.uk/our-lab/gcms-work/ , https://www.explainthatstuff .com/cromatografía.html

 

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