Cromatografía de gases

Resumen

La cromatografía de gases es el procedimiento
comúnmente utilizado en el análisis químico,
en concreto cromatografía de gases consiste en una muestra
que se vaporiza y se inyecta en la cabeza de la columna
cromatografía. La muestra se transporta a través de
la columna por el flujo de fase inerte, móvil gaseosa. La
propia columna contiene una fase líquida estacionaria que
se adsorbe sobre la superficie de un sólido
inerte.

Antecedentes

La cromatografía de gases fue inventado por AJP
Martin, quien, con RLM Synge, propusieron que la fase
líquida móvil utilizada en la cromatografía
líquida podría ser reemplazado por un gas adecuado.
La base de esta recomendación fue que, debido a
difusividad de los gases es mucho más alta de solutos en
los gases en comparación con los líquidos, el
equilibrio en un proceso cromatográfico sería mucho
más rápido y por lo tanto, las columnas mucho
más eficiente con tiempos de separación mucho
más cortos. Así, el concepto de
cromatografía de gases fue concebido hace más de
cincuenta años.

La primera separación publicado por
cromatografía de gases fue la de una serie de
ácidos grasos, un procedimiento de valoración se
utiliza, junto con una micro bureta, como detector, tiempo
después la bureta se automatizó para proporcionar
una respuesta integra más eficaz. El cromatógrafo
de gases fue también uno de los primeros instrumentos de
análisis que se asocian con un ordenador que controlaba el
análisis, procesar los datos e informó de los
resultados.

Una forma más sofisticada de la
cromatografía de gases fue construido por James y Martin y
descrito por James en 1955. El instrumento era un
dispositivo algo voluminoso con una columna recta llena con una
camisa de vapor. Inicialmente, el detector se encuentra en la
base de la columna y consistía en el dispositivo de
valoración automática, la separación se
presenta como un cromatograma en forma de una serie de pasos, la
altura de cada paso de ser proporcional a la masa de soluto
diluida. El aparato fue utilizado con éxito para separar
algunos ácidos grasos, pero la capacidad limitada del
dispositivo para detectar sólo material iónico
motivado Martin para desarrollar un detector más
versátil, el balance densidad del gas.

Investigación

Diagrama de flujo funcional del Cromatografo de
gases

Principio de funcionamiento del cromatografo de
gases:

Puesto que estoy estudiando ingeniería
química petrolera, relacionare al cromatógrafo de
gases es con una destilación fraccionada con millones de
platos.

Tenemos un gas que buscamos analizar y separar en sus
componentes, este se pasa por un aparato a una temperatura fija,
en este aparato, el gas pasa por una columna que contiene un
sólido ,o en su defecto, un sólido embebido en
líquidos; esto se llama Fase Fija y el gas, se llama fase
móvil.

La columna es muy larga, como de unos 2 mts y medio cm
de espesor, este tubo está lleno de polvo de
cerámica, el cual está en forma de espiral metido
en un horno a unos 150ºC

La separación se efectúa porque los
diferentes componentes de la mezcla de gases interactúan
con la fase fija. Los que más sean afines a la fase fija,
tardan más en salir del tubo y los otros tardan menos. Con
este principio, la separación de los
componentes.

Luego, a la salida pones un detector que analiza los
gases y te informa que componente sale primero y cuál
después, a medida que sale se van quemando y por la
cantidad de calor sabemos la cantidad y por el tiempo en que
salen la sustancia que es y la concentración de cada
componente.

Aplicaciones industriales de la cromatografía
de gases

La cromatografía de gases se puede aplicar a
gases y cualquier compuesto que pueda ser volatilizado o co
nvertido en un derivado volátil; la cromatografía
de gases tiene amplia aplicación, en las industrias se
enfoca principalmente a evaluar la pureza de los reactantes y
productos de reacción o bien a monitorear la secuencia de
la reacción, para los fabricantes de reactivos
químicos su aplicación para la determinación
de la pureza es lo más importante.

En la investigación es un auxiliar indispensable
para diversas técnicas de evaluación, entre las
principales están los estudios cinéticos,
análisis de adsorción a temperatura programada,
determinación de áreas específicas por
adsorción de gas y determinación de isotermas de
adsorción.

En el campo también pueden ser aplicados,
principalmente en estudios de contaminantes del agua:
insecticidas en agua, pesticidas en aguas de lagos, lagunas,
ríos; desechos industriales descargados en ríos o
lagunas.

En la industria del petróleo juega una
función primordial, por medio de la cromatografía
se pueden analizar los constituyentes de las gasolinas, las
mezclas de gases de refinería, gases de combustión,
etc.

Medición de hidrocarburos mediante
cromatografía de gases.

Este método de análisis se ha desarrollado
para determinar concentraciones medias ponderadas en el tiempo de
vapores de hidrocarburos aromáticos en aire, mediante la
utilización de equipos de toma de muestras de baj o
caudal, tanto para muestreos personales como en lugares fijos. No
puede ser utilizado para medir concentraciones
instantáneas ó fluctuaciones de
concentración en periodos cortos de tiempo.

Metodología

La muestra se recoge haciendo pasar una cantidad
conocida de aire a través de un tubo relleno dé
carbón activo, mediante una bomba de muestreo personal,
que dando los vapores orgánicos adsorbidos sobre el
carbón. Posteriormente se desorben con sulfuro de carbono
y se analiza la disolución resultante en un
cromatógrafo de gases equipado con detector de
ionización de llama.

Se obtienen las áreas de los picos de los
analitos de interés y del patrón interno,
determinando la cantidad' presente en la muestra.

A partir de la masa de los analitos presentes en la
muestra se obtienen las concentraciones ambientales.

Reactivos y productos

Gases

Nitrógeno purificado

Hidrógeno purificado

Aire sintético puro

Reactivos

Benceno

NOTA: SUSTANCIA TOXICA Y FÁCILMENTE
INFLAMABLE.

Tolueno

NOTA: SUSTANCIA NOCIVA Y FÁCILMENTE
INFLAMABLE.

Etilbenceno

NOTA: SUSTANCIA NOCIVA Y FÁCILMENTE
INFLAMABLE. p-Xileno

NOTA: SUSTANCIA NOCIVA.

Trimetilbenceno n-Propilbenceno

NOTA: SUSTANCIA IRRITANTE.

Sulfuro de carbono, debe estar exento de
compuestos que convivan con los analitos de interés. NOTA:
SUSTANCIA MUY INFLAMABLE Y MUY TOXICA.

Disoluciones

Disolución desorbente: sulfuro de
carbono conteniendo el patrón interno en una
concentración de 1 µl/ml.

Disolución patrón para la
calibración a un nivel de concentración. Se prepara
añadiendo mediante micro jeringas de precisión, una
cantidad determinada de cada analito a un volumen de
disolución desorbente a fin de obtener una
disolución patrón de concentración similar a
la muestra a analizar. Dicha concentración se debe
expresar en términos de mg/ml de disolución
desorbente.

Disolución patrón para la
calibración multinivel. Se preparan cinco disoluciones
añadiendo mediante micro jeringas de precisión
diferentes cantidades de cada analito a un volumen de
disolución desorbente a fin de obtener disoluciones
patrón de concentraciones que cubran el intervalo de
aplicación del método. Dichas concentraciones se
deben expresar en términos de mg/ml de disolución
desorbente.

Procedimiento de
análisis

Preparación de muestras y
blancos

Añadir 1 ml de la disolución desorbente
(4.3.1.) a un tubo roscado y cerrarlo inmediatamente. Hacer u na
muesca en el tubo de carbón enfrente de la primera
sección de carbón activo y romper el tubo. Se saca
y se desecha la lana de vidrio. Añadir la primera
sección de carbón al tubo con la disolución
desorbente y volver a cerrar. Agitar el tubo ocasionalmente
durante un período de 30 minutos para asegurarse que la
desorción sea máxima. Repetir el mismo
procedimiento para la segunda sección de
carbón utilizando otro tubo roscado.

Calibración

Análisis
cromatográfico

Condiciones cromatografías. Las
condiciones típicas de trabajo para el cromatógrafo
de gases equipado según se indica. son las
siguientes:

Temperatura del inyector 230
oC

-Temperatura del horno 100
oC

-Temperatura del detector 250
oC

-Gas portador nitrógeno 30
ml/min

–Hidrógeno 40
ml/min

-Aire sintético 300
ml/min

Determinación de la eficacia de
desorción

La eficacia de desorción de los vapores de
hidrocarburos aromáticos puede variar con el tipo y lote
de carbón usado, siendo necesario calcularla para cada
lote de carbón y para cada analito sobre el intervalo de
aplicación del método.

Para calcular dicha eficacia de desorción, se
inyectan diferentes cantidades de los analitos de interés
en al menos tres tubos conteniendo 100 mg de carbón
(primera sección de un tubo de muestreo) para cubrir el
intervalo de aplicación del método. Una vez
adicionados los contaminantes a los tubos de carbón, se
guardan refrigeradas durante toda la noche para asegurar la
completa adsorción. Estos tubos se tratan como muestras.
Paralelamente debe prepararse un tubo blanco por cada
concentración, de la misma manera que las muestras,
excepto que no se le ha añadido contaminante.

Asimismo, se preparan dos o tres patrones inyectando el
mismo volumen de los contaminantes en 1 m l de disolución
desorbente, cola misma micro jeringa utilizada en la
preparación de las muestras.

Tanto los tubos blancos como de muestra, se desorben con
1 ml de disolución desorbente, analizándose dichas
disoluciones, así como las disoluciones patrón de
la misma manera que se ha descrito.

Cálculos

o Cálculo de la eficacia de
desorción

La eficacia de desorción (ED) se
calcula basándose en los resultados mediante la siguiente
expresión:

donde:

mi es la cantidad promedio (mg) de analito
recuperada en la primera sección del tubo de
carbón (tubo tratado como
muestra).

m es la cantidad promedio (mg) de analito
añadida al patrón. mb es la cantidad de analito
(mg) encontrada en el blanco

Precisión

El coeficiente de variación del método,
calculado a partir de los datos intra laboratorio de muestras
captadas en atmósferas de hidrocarburos
aromáticos de concentraciones conocidas, es inferior a 3%
en todo el intervalo de aplicación del
método.

De esta manera, con los cálculos ya mencionados y
algunos otros cálculos de calibración, junto con la
comparación de anexos, que no hemos adicionado en este
trabajo por cuestiones de extensión, podemos obtener las
cantidades y concentraciones de los hidrocarburos que mencionamos
mediante la cromatografía de los gases.

Autor:

Jesús Ricardo Salazar
Rosas

Instituto Politécnico
Nacional

E.I.S.Q.I.E.

Química y Catálisis del
Petróleo