Cromatografía de Gases
(Gas Chromatography)


Cromatografía

Keulemans ha definido la cromatografía como un método físico de separación en el cual los componentes a separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales constituye la fase estacionaria, de gran área superficial, y la otra es un fluido (fase móvil) que pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria.

La fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que actúa como soporte, de gran área superficial. La fase móvil es un fluido (puede ser gas, líquido o fluido supercrítico) que se usa como portador de la mezcla.

En la cromatografía ocurren dos fenómenos muy importantes y que son prácticamente los rectores del proceso de separación: la adsorción y la absorción.

La adsorción es la retención de una especie química en los sitios activos de la superficie de un sólido, quedando delimitado el fenómeno a la superficie que separa las fases o superficie interfacial.
Esta retención superficial puede ser física o química. La adsorción depende de la naturaleza de la substancia adsorbida, de la temperatura, de la naturaleza y estado de subdivisión del adsorbente, y de la concentración.
La absorción es la retención de una especie química por parte de una masa y depende de la tendencia que tiene ésta a formar mezcla o reaccionar químicamente con la misma.

Existen muchas maneras de clasificar los métodos cromatográficos.
Según, Giddings, se puede clasificar la Cromatografía por sus variantes:

Teorías del proceso Cromatográfico

El proceso cromatográfico, aparentemente simple en práctica, es en realidad una compleja unión de fenómenos tales como hidrodinámica, cinética, termodinámica, química de superficie y difusión.

Hasta la fecha se han propuesto muchas teorías, que incluyen complejos modelos matemáticos para poder explicar el comportamiento de los solutos en las columnas cromatográficas. Las más estudiadas son: La Teoría de los Platos Teóricos (Martin y Synge), la Teoría Cinética (Van Deemter, Zuiderweg, Klinkenberg y Sjenitzer) y la Teoría Desarrollada (Golay) para Columnas Capilares.

Según la Teoría de los Platos, una columna cromatográfica está constituída por una serie de platos que contiene una fase estacionaria. Supone que el volúmen de fase estacionaria en cada plato es constante; que el volúmen de fase móvil es constante de plato a plato; que en cada plato las dos fases están en equilibrio, y que el valor del Coeficiente de Distribución es constante e independiente de la concentración del soluto.

La principal desventaja de la Teoría de los Platos Teóricos es la falta de conexión entre la eficiencia de la columna cromatográfica, el tamaño de la partícula, la difusión, la velocidad de flujo y la temperatura. La otra desventaja es que utiliza un modelo basado en muchas suposiciones.

La Ecuación que rige esta teoría es:

N = 16(tr/w)2

La Teoría Cinética considera el proceso cromatográfico en función de los factores cinéticos que intevienen en él.
Siendo estos factores:

La Ecuación de Van Deemter,

HETP ó H = A + B/u + Cu

donde u= L(cm)/ traire(seg)

Columna

Es el lugar donde ocurre la separación. Se dice que es el corazón de un cromatógrafo.
Los materiales con los cuales generalmente se pueden elaborar las columnas son: cobre, aluminio, acero inoxidable, vidrio ó teflón.
El relleno puede ser un sólido, ó un líquido recubriendo un sólido.
Podemos clasificar las columnas según el propósito del proceso cromátografico:

Factores que Afectan la Eficiencia de una Columna

Soporte

La función básica del soporte es la de "mantener" (sostener, retener) la fase estacionaria. Idealmente debería ser un material inerte que "mantiene" la fase estacionaria sobre su superficie como una película delgada.
La mayoría de los soportes cromatográficos está hecha de diatomita. Químicamente es casi todo sílice, con algunas impurezas. También se conoce como Tierras Diatomáceas ó Kiselguhr (palabra alemana). Domina el campo de los soportes debido a su estructura, superficie y disponibilidad.

Hay que tener en cuenta dos cosas a la hora de escoger un soporte:

Además de las características anteriores, la selección del soporte va a depender también de:

Podemos resumir que un buen soporte debe reunir las siguientes características:

La eliminación ó reducción de los sitios activos de adsorción (también conocido como Desactivación de la Supeficie) de un soporte cromatográfico puede efectuarse de varias maneras:

Fase Estacionaria Líquida

Al hablar de fase estacionaria líquida entramos en contacto con dos palabras ó términos: Polaridad y Selectividad.

Las fases líquidas podemos clasificarlas según sus polaridades cromatográficas, nos valemos de unas constantes que determinan dicha polaridad. Existen dos sistemas:

Existen muchas discusiones sobre este tema para poder definir y describir el parámetro polaridad en cromatografía, podemos decir que la polaridad de una fase estacionaria líquida se refiere a las interacciones intermoleculares que involucra dipolos permanentes.
Selectividad es definida como las diferentes atracciones intermoleculares
Varias cualidades ha de reunir un líquido para servir como fase estacionaria:

Gas Portador

El gas portador cumple básicamente dos propósitos: Transportar los componentes de la muestra, y crear una matriz adecuada para el detector.

Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:

Detectores

Un detector es un dispositivo para revelar la presencia de las sustancias eluídas a la salida de la columna cromatográfica. Podemos expresar que el detector son los "ojos" de un cromatógrafo.
El Detector es un dispositivo capaz de convertir una propiedad física, no medible directamente, en una señal elaborable y ofrecernos información sobre la naturaleza y magnitud de la propiedad física.
En cromatografía un detector funciona comparando una propiedad física entre el gas portador puro y el mismo gas portador llevando cada uno de los componentes que previamente se han separado en la columna, esta acción se traduce en una señal tipo eléctrica, que posteriormente se amplificará mediante un registrador gráfico ó integrador permitiendo indicar el momento que salen de la columna los componentes.

Clasificación de los detectores

Estos pueden ser clasificados:

Características de los Detectores

Detectores más usados en Cromatografía de Gases

Cromatograma y su Interpretación

Los siguientes términos son los utilizados en un cromatograma típico y recomendados por la IUPAC:

Medida de la Altura ó Área de Pico

Análisis Cualitativo

Los procedimientos para identificación de los picos cromatográficos podemos dividirlos en dos categorías:

Análisis Cuantitativo

Existen varios métodos para cuantificar un pico cromatográfico:

Referencias Bibliográficas Recomendadas


Esta sección es elaborada y mantenida para la Red Latinoamericana de Química por: Rubén Darío Cortez

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