Introducción a la cromatografía de gases

La cromatografía de gases (GC) es una poderosa técnica instrumental utilizada para separar y analizar mezclas en un equipo llamado cromatografo. Un cromatógrafo de gases es un equipo estándar en los laboratorios forenses, médicos y de pruebas ambientales.

Para ejecutar un GC, una muestra se diluye y luego se inyecta en el instrumento donde se vaporiza. La muestra gaseosa es empujada a través de una larga y delgada columna capilar (típicamente 30 metros o aproximadamente 100 pies de largo) por un gas portador inerte. La columna separa los componentes de una mezcla, los detecta y se genera un espectro que muestra picos que corresponden al material que ha salido de la columna en determinados momentos. En la figura 2.76 se muestra un espectro GC de gasolina de 87 octanos. Cada pico representa uno o más compuestos, y como hay al menos 50 picos, ¡este espectro GC demuestra que la gasolina contiene al menos 50 compuestos diferentes!

Cromatograma de una muestra de gasolina de Octano 95. De El-Naggar, Ashraf & Majthoub, M.M.. (2013). Study the toxic effects of aromatic compounds in gasoline in Saudi Arabia petrol stations. International Journal of Chemical Sciences. 11. 106-120.
Cromatograma de una muestra de gasolina de Octano 95. De El-Naggar, Ashraf & Majthoub, M.M.. (2013). Study the toxic effects of aromatic compounds in gasoline in Saudi Arabia petrol stations. International Journal of Chemical Sciences. 11. 106-120.

La cantidad de tiempo que un compuesto pasa dentro de una columna GC antes de ser detectado se denomina su “tiempo de retención”, que representa el tiempo que un compuesto es “retenido” en la columna. Este valor es el eje x del espectro del GC en minutos. En muchos instrumentos, el tiempo de retención de cada pico se puede etiquetar en los espectros con el clic de un botón, y el valor se muestra sobre los máximos de cada pico. El tiempo de retención de un compuesto es similar al Rf en la cromatografía de capa fina, y debería ser reproducible entre corridas idénticas. Sin embargo, a diferencia de Rf, los tiempos de retención son muy precisos, y los tiempos de retención típicamente varían en no más de 0,01 minutos entre corridas idénticas (cuando los espectros tienen buenas formas de pico).


Usos de la cromatografía de gases

Evaluación de la pureza

Un instrumento GC es muy bueno para verificar (o refutar) la pureza de las muestras, y a menudo puede detectar trazas de impureza. En la figura 1 se muestran los espectros GC de “n-hexano” y “hexanos”, dos reactivos que a menudo se pueden encontrar en un almacén de productos químicos.

El espectro GC de n-hexano (Figura 1b) muestra un pico prominente, aunque hay indicios de otros tres picos en la línea de base. La botella de n-hexano afirma que es puro en un 95%, lo que es consistente con lo que se ve en su espectro GC.

Sin embargo, los “hexanos” son una verdadera mezcla, ya que hay múltiples picos significativos en su espectro GC (Figura 1d). Los hexanos contienen n-hexano como componente principal, pero también contienen isómeros estrechamente relacionados (2-metilpentano, 3-metilpentano y metilciclopentano) (El metilciclopentano (C6H12) no es un verdadero isómero del n-hexano (C6H14)). El hexano es un disolvente de uso común, en el que su falta de pureza no es crucial, y es considerablemente más barato que el n-hexano puro.


Figura 1: a) Botella de n-hexano, b) Espectro GC de n-hexano, c) Botella de "hexanos", d) Espectro GC de "hexanos". Los compuestos presentes en los hexanos son: 2-metilpentano, 3-metilpentano, n-hexano y metilciclopentano (en orden de elución).
Figura 1: a) Botella de n-hexano, b) Espectro GC de n-hexano, c) Botella de “hexanos”, d) Espectro GC de “hexanos”. Los compuestos presentes en los hexanos son: 2-metilpentano, 3-metilpentano, n-hexano y metilciclopentano (en orden de elución).

Una muestra que produce un espectro de cromatografía de gases con un solo pico no siempre es pura. En la figura 2 se muestra el espectro GC de una muestra que contiene tanto 2-pentanol como 3-pentanol, aunque sólo se observa un único pico. La columna GC utilizada para esta corrida se separa en función de las diferencias en el punto de ebullición, y estos isómeros difieren en el punto de ebullición en sólo 4oC, lo que hace que se coeluyan.

Figura 2: Espectro GC de una muestra que contiene 2-pentanol y 3-pentanol. Ambos compuestos están representados por el pico a 2.510min
Figura 2: Espectro GC de una muestra que contiene 2-pentanol y 3-pentanol. Ambos compuestos están representados por el pico a 2.510min

Una muestra impura también puede producir un espectro GC con un solo pico si algunos componentes eluyen fuera de la ventana de tiempo detectada por el instrumento. Por ejemplo, el espectro GC de la figura 2 comienza a recoger datos a 1,50min (el valor en el eje x), y no se detectará ningún compuesto que eluya antes de ese tiempo. ¡También es posible que los componentes de una mezcla no salgan de la columna antes de que cese el recorrido, en cuyo caso permanecen en la columna y a veces eluyen por encima de un recorrido posterior!

Identificación de los componentes

Debido a la precisión de los tiempos de retención, la cromatografía de gases puede utilizarse para identificar los componentes de una mezcla si se adquieren muestras puras y si los componentes se separan en la columna.

Por ejemplo, en la figura 3a se muestra un espectro GC de una muestra que contiene tanto 3-pentanol como 1-pentanol. Los puntos de ebullición pueden utilizarse para predecir qué pico representa qué isómero, pero otro método definitivo es ejecutar un GC de uno de los componentes puros. En la figura 3b se muestra un espectro GC de 1-pentanol, y su tiempo de retención se aproxima a uno de los dos picos de la mezcla original, lo que permite su identificación.

Figura 3: a) Espectro GC de una muestra que contiene 3-pentanol y 1-pentanol, b) Espectro GC de 1-pentanol puro.
Figura 3: a) Espectro GC de una muestra que contiene 3-pentanol y 1-pentanol, b) Espectro GC de 1-pentanol puro.

La inyección de normas conocidas puede ser útil para descifrar mezclas confusas y para identificar componentes estrechamente eluyentes, como los isómeros cis-trans, en los que la diferencia en los puntos de ebullición puede ser mínima. Si se utiliza un detector del espectrómetro de masas, una base de datos computarizada del espectro de masas también es útil para identificar los componentes.


Para más información Overview of GC

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