a) Nombre del Laboratorio: Análisis instrumental
b) Nombre del alumno: A
c) Fecha: martes 9:00-11:00 am
d) Nombre del tema: PARÁMETROS CROMATOGRÁFICOS
e) Objetivos:
• Integra los elementos estructurales de un cromatógrafo de gases
• Calcula los parámetros cromatográficos a partir de la información experimental proporcionada.
• Interpreta los resultados obtenidos y selecciona las condiciones experimentales para el análisis de una muestra. Introducción La cromatografía de gases es una técnica utilizada para separar los diferentes compuestos volátiles de una muestra. La muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica (fase estacionaria). La elución se produce por el flujo de una fase móvil de un gas inerte, el cual no interacciona con las moléculas de la muestra; su única función es la de transportar el analito a través de la columna. En cromatografía de gases se usan dos tipos de columnas, las empaquetadas, o de relleno y las tubulares abiertas, o capilares. Entre los detectores más usados se encuentra el detector FID (ionización de llama) y el detector TCD (conductividad térmica).
Procedimiento Disponible en el laboratorio.
f) Resumen de la investigación teórica.


1. Fundamento de la cromatografía y su clasificación con respecto a la fase móvil y a la estacionaria.

La cromatografía de gases es una técnica utilizada para separar los diferentes compuestos volátiles de una muestra. La muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica (fase estacionaria). La elución se produce por el flujo de una fase móvil de un gas inerte, el cual no interacciona con las moléculas del analito; su única función es la de transportar el analito a través de la columna. En cromatografía de gases se usan dos tipos de columnas, las empaquetadas, o de relleno y las tubulares abiertas, o capilares. Entre los detectores más usados se encuentra el detector FID (ionización de llama) y el detector TCD (conductividad térmica).


2. a) Clasifica las columnas cromatográficas.

Empaquetadas o de relleno; son tubos rellenos de un soporte inerte recubierto con una fase liquida no volátil, para utilizarse en cromatografía de gas-liquido o rellenas de un absorbente o de una malla molecular para la cromatografía gas-solido Columnas capilares o abiertas; en estas columnas el trayecto del gas a través de la columna es un orificio sin restricciones, el método separador esta en forma de recubrimiento sobre las paredes del tubo.
b) Menciona por lo menos cinco características para las columnas cromatográficas.
✓ longitud de la columna
✓ diámetro de la columna (1/4’’ , 1/8’’ , 1/16’’ de diámetro externo)
✓ Tamaño de las partículas del empaque
✓ Naturaleza de las fases
✓ Grosor de fase estacionaria
✓ Temperatura de la columna
✓ Velocidad del gas portador
✓ Cantidad de muestra inyectada
✓ Material del cual está elaborada la columna
✓ Enrollado de la columna
3. Para los métodos de cromatografía de gases:


a) ¿Cómo se selecciona una columna?

Se considera la configuración química del problema, también influye la fase liquida, el soporte del material sólido, longitud y diámetro de la columna y además la fase estacionaria debe ser químicamente inerte y estable, el diámetro influye en la eficacia y retención de la columna.
b) Describe el proceso de medición de los diferentes tipos de muestras: sólidas, líquidas y gaseosas.
Muestras solidas: se disuelven en un disolvente adecuado y se utiliza una jeringa para inyectar la disolución, también se puede encapsular la muestra solida en un capilar de vidrio introduciendo así, en el bloque de inyección calentado, donde se rompe mediante medios mecánicos.
Muestras liquidas: los dos sistemas generales utilizados para su introducción en el cromatógrafo son las válvulas rotatorias y las jeringas de inyección.
Muestras gaseosas; En el cromatógrafo se prefiere usar válvulas rotatorias por que presentan mayor reproducibilidad, más facilidad de automatización y requieren menos destreza manual. Cuando la válvula está en posición normal y cuando el embolo esta hacia afuera, la muestra entra por el conducto en la válvula, llenando el bucle de muestra y sale por el conducto a la atmosfera, mientras que el gas portador entra por el y va hacia la columna. En la posición de muestras el embolo esta pasado, de forma que el gas portador fuerza a la muestra que estaba en el bucle a dirigirse hacia la columna.
c) ¿Cómo se selecciona un detector? Debe presentar las siguientes características; sensibilidad, respuesta lineal al analito tiempo de respuesta corto, intervalo de temperatura de trabajo amplio, no destruir la muestra, estabilidad y reproducibilidad, alta fiabilidad y manejo sencillo, respuesta semejante para todos los analitos.
4. La temperatura de la columna, el flujo del gas de arrastre, el volumen de muestra y la naturaleza de la fase estacionaria, son algunos de los factores en las separaciones por cromatografía de gases; explica la influencia de cada uno de ellos.
Temperatura de columna: es una variable importante que se debe controlar dentro de unas pocas decimas de grado. La temperatura optima de la columna depende del punto de ebullición de la muestra y del grado de separación requerido, aproximadamente una temperatura igual o ligeramente superior al punto de ebullición medio de una muestra provoca un periodo de elución de duración razonable (2 a 30 min). Para muestras con una amplia escala de ebullición es conveniente a menudo aumentar la temperatura de la columna, continuamente o por pasos a medida que avanza la separación.

Flujo de gas de arrastre; Debe ser inerte a la muestra, para no afectar las alteraciones de la fase liquida y por lo tanto el cromatograma a mayor peso molecular el proceso de arrastre será mas lento y por lo tanto mas eficiente y viceversa. El caudal optimo del gas de arrastre se controla para obtener tipos de retención reproducibles, la velocidad de flujo será constante si la presión entrada permanece constante.

Volumen de muestra; la eficacia de la columna requiere que la muestra sea de tamaño adecuado, la inyección lenta de las muestras de excesivo tamaño produce ensanchamiento de las bandas y una resolución pobre, se usa una micro jeringa para inyectar las muestras a través de un diafragma de caucho o silicón, mientras menor es la cantidad de la muestra, mejor es la resolución del cromatograma, la forma del pico tendrá una mejor simetría.

Naturaleza de la fase estacionaria; la separación exitosa de los compuestos depende de las interacciones de la muestra con la fase estacionaria que tienen lugar en la columna, las polaridades de la fase estacionaria y el soluto deben ser por lo menos semejantes en cierto grado, otra interacción que aumenta la selectividad es la formación de los enlaces de hidrogeno.

5. ¿Qué es un cromatograma, cómo se elabora y qué información analítica proporciona?

Señal que produce un detector en cuanto responde a la presencia de un analito, consiste en una serie de picos que es igual al número de compuestos separados, los cromatogramas son útiles tanto para análisis cuantitativos como cualitativos.
g) Define los siguientes parámetros cromatográficos, y expresa la ecuación para su cálculo a partir de un cromatograma.
1. Tiempo de retención y tiempo muerto. Tiempo de retención; tiempo transcurrido desde la inyección de la muestra hasta que se obtiene el máximo de un pico. Tiempo muerto: Es el tiempo necesario para que la especie no retenida pase a través de una columna y avance al detector.
2. Tiempo de retención corregido. Es el incremento del tiempo que transcurre desde que aparece el pico del trazado y el del analito. TR’= tr – tm
3. Factor de capacidad. Es un parámetro que describe la velocidad de migración de los analitos en la columna. K= (tr – tm)/tm = tr’/tm
4. Número de platos teóricos. Sirve para medir la eficacia de la columna y esta dado por el tiempo de retención (tr) y el ancho de la base del pico (w). N=16(tr/w)^2
5. Altura equivalente de cada plato teórico. Mide la velocidad de ensanchamiento de la banda y está dado por la longitud de una columna dividida entre el número de platos teóricos H=L/N
6. Selectividad o retención relativa. Se define como la relación de la constante de distribución de soluto mas fuertemente retenido (B) con respecto a la contante de distribución para el soluto retenido con menos fuerza (A) α = 𝑘𝜷 𝑘𝐴 8. Factor de asimetría (T o As). Para el factor de asimetría es necesario trazar una línea vertical desde la punta del pico hasta su base, por lo que hay que dividir, el pico en dos partes iguales, la primera se clasifica como alfa y la segunda como beta. f = 𝜷 /α
f=1 Asimetría en el pico
f >1 pico coleado
f< 1 pico con frente
h) 1. Fundamento y diagrama descriptivo de un cromatógrafo de gases. Una muestra de líquido volátil se inyecta a través de un septo de goma (un disco delgado) en un puerto de inyección caliente, recubierta de vidrio o metal, donde se vaporiza la muestra. Esto es arrastrado rápidamente hacia la columna por un gas portador inerte que actúa como fase móvil. Al pasar por la columna que contiene la fase estacionaria, los solutos separados fluyen por el detector, cuya respuesta se visualiza en una computadora.
2. Fundamento y diagrama descriptivo de un detector de conductividad térmica. Un sistema de detección relativamente sencillo y de gran aplicación se basa en cambios en la conductividad térmica de la corriente del gas.

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