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Cero aire, nitrógeno e hidrógeno para cromatografía de gases
¿Qué es la cromatografía de gases?
La cromatografía de gases (CG) es un proceso químico muy sensible y ampliamente utilizado para separar y analizar los componentes de una mezcla gaseosa. Es especialmente adecuada para muestras volátiles que se convierten fácilmente en gases y son estables cuando se calientan. Algunos ejemplos son el análisis de disolventes residuales, alcoholes en sangre, ácidos grasos metabólicos y el análisis de drogas de abuso.
¿Cómo funciona el proceso?
La cromatografía de gases se basa en un principio de separación. La muestra se inyecta en el inyector del cromatógrafo de gases y se vaporiza. Un gas portador transporta la muestra vaporizada a través de una columna. Se trata de un tubo largo, hueco y revestido de vidrio con un diámetro interior estrecho. El interior de la columna está recubierto de un sustrato (la fase estacionaria) a través del cual pasa el gas (la fase móvil) que contiene la mezcla de la muestra. A medida que la fase móvil se desplaza por la columna, los componentes se separan debido a sus diferentes interacciones con la fase estacionaria en función de sus propiedades físicas y químicas. Como resultado, los diferentes compuestos se mueven a través de la columna a diferentes velocidades y permiten la separación completa o parcial de las mezclas en los componentes individuales.
A continuación, los componentes separados abandonan la columna y pasan por un detector que registra la cantidad de cada componente. Para ello se utilizan métodos de detección adecuados, como detectores de ionización de llama (FID), detectores de conductividad térmica (TCD) o espectrometría de masas (GC-MS).
¿Qué gases se utilizan en la cromatografía de gases?
Los gases de servicio de gran pureza y un sistema de suministro de gases adecuado son requisitos importantes para el funcionamiento fiable y sin problemas del cromatógrafo de gases. Para ello se utilizan diferentes gases:
Como gas detector El uso más común del aire cero en GC es proporcionar gas oxidante para la detección. Los detectores de ionización de llama (FID) más comunes miden la conductividad eléctrica de una llama muy limpia de hidrógeno/aire cero para medir la presencia de hidrocarburos en la muestra. Como detector de hidrocarburos, su buen funcionamiento depende de la ausencia de hidrocarburos residuales procedentes de fuentes distintas de la muestra, como el suministro de aire del quemador. Por esta razón, el aire cero es esencial para un análisis GC-FID sensible y reproducible.
Como gas portador
A menudo se utiliza nitrógeno como gas portador, ya que no reacciona con los componentes de la muestra. Los gases portadores transportan la muestra a través de la columna de GC. Dado que en los últimos años el helio se ha vuelto mucho más caro y difícil de obtener como gas portador, el nitrógeno está ganando importancia. El nitrógeno es químicamente inerte, fácil de obtener, barato y una opción ideal para aplicaciones generales en cromatografía de gases.
Como gas detector
En el detector de conductividad térmica (DCT), el nitrógeno se utiliza como gas portador puro para la medición comparativa con el gas de la columna de separación. El gas que debe analizarse fluye a través de una célula, mientras que el gas puro fluye continuamente a través de la otra célula de medición y se utiliza para la medición comparativa. Si el gas portador puro, como el nitrógeno, fluye a través de la célula de medición, las conductividades térmicas en las células de medición y de referencia son las mismas. Sin embargo, si se añade un componente de muestra al gas portador, la conductividad térmica de la mezcla de gases cambia en comparación con el gas portador puro de la célula de referencia. Este cambio genera una señal que se registra.
El hidrógeno es otro gas portador utilizado con frecuencia. El hidrógeno ofrece la ventaja de que permite separaciones más rápidas y, por tanto, tiempos de análisis más cortos debido a su menor viscosidad y mayor coeficiente de difusión en comparación con el helio.
Como gas detector, los detectores de ionización de llama (detectores FID) requieren hidrógeno como gas combustible para la llama. La muestra de la columna GC se introduce en una llama de hidrógeno/aire. Esto ioniza los compuestos orgánicos de la muestra. Los iones generan una corriente eléctrica que se mide y convierte en una señal que indica la cantidad de sustancias que contienen hidrocarburos presentes en la muestra. El hidrógeno también se utiliza en el detector de conductividad térmica (TCD) como gas portador puro para realizar mediciones comparativas con el gas de la columna de separación. El TCD se utiliza, entre otras cosas, para detectar gases permanentes y gases nobles, pero también se pueden detectar óxidos de nitrógeno, hidrógeno, carbono y azufre.
Ejemplo de instalación
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Ventajas de los generadores de gas en química analítica
Los detectores GC necesitan gases portadores y combustibles. Éstos pueden suministrarse desde una botella o, alternativamente, desde un generador de gas.
Las principales ventajas de los generadores de gas frente a las botellas son:
- Reducción de costes a largo plazo gracias a la demanda relativamente alta de gases.
- Reducción del riesgo debido a la entrega, manipulación y almacenamiento de botellas de alta presión.
- Eliminación de la reproducibilidad lote a lote entre diferentes cilindros.
- No hay riesgo de que la bombona se agote durante los análisis largos o nocturnos.
- Bajos costes de mano de obra para el mantenimiento y la manipulación manual.