Collecting the data

La cromatografía de gases es una técnica analítica que permite la separación de mezclas de compuestos fácilmente volatilizables y térmicamente estables en sus componentes individuales. La muestra es desplazada por medio de una fase móvil (gas portador para cromatografía de gases) a través de una fase estacionaria con la que es inmiscible, la que se encuentra dentro de columnas o una superficie sólida.

La figura 34 muestra un esquema del funcionamiento de un cromatógrafo de gases, señalando los elementos principales en su funcionamiento.

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Figura 34. Esquema de funcionamiento de cromatógrafo de gases

(Córsico et al., 2013)

Inyección de la muestra

La inyección de la muestra se realiza cuidando de introducir un volumen adecuado para la correcta lectura. Este volumen debe ser previamente definido mediante curvas de calibración para el compuesto a analizar. Para introducir la muestra al cromatógrafo se utilizan microjeringas para muestras líquidas o gaseosas, las que permiten inyectar a través de un septum que conecta hacia una cámara de vaporización situada en la cabeza de la columna cromatográfica.

Gas portador

Corresponde a la fase estacionaria del sistema, y su único objetivo es transportar el analito a través de las columnas que contienen la fase estacionaria, debiendo ser inerte ante esta y también ante la propia muestra. Los gases utilizados principalmente son helio, nitrógeno e hidrógeno. La elección del gas portador se determina por una serie de factores relacionados con el tipo de detector, eficiencia de la separación y velocidad. El hidrógeno es el gas portador ideal para la mayoría de compuestos debido a su baja viscosidad, aumentando la velocidad de arrastre. Sin embargo, su alto costo y el cuidado que se necesita para su manejo lo hacen una alternativa utilizada únicamente en casos específicos. Para el caso de estudio, se requiere la

84 utilización de helio para los compuestos carbonados, y nitrógeno para la cuantificación del hidrógeno, debido a que la diferencia de conductividad térmica entre estos compuestos es mayor, mejorando el rango de visibilidad de la banda. Es importante además que el gas portador sea suministrado al equipo de forma continua y correcta, por lo que generalmente se adicionan herramientas como caudalímetros, manómetros y reguladores de presión.

Columna y horno

En la cromatografía de gases (GC) se pueden emplear 2 tipos de columnas: capilares y empacadas. Las columnas capilares son tubos delgados recubiertos internamente por material adsorbente, mientras que las columnas son más gruesas y están rellenas de este tipo de material. El largo de las columnas puede variar entre 2 y 50 metros, y los materiales utilizados en su fabricación pueden ser acero inoxidable, sílice fundido, vidrio o teflón. Un parámetro fundamental para la elección de la columna es la temperatura de ebullición de los compuestos presentes en la muestra. Esto hace necesario que la operación se lleve a cabo dentro de un horno de temperatura controlada, que permita además la implementación de programas de calentamiento para el caso de analitos que requieran alcanzar diferentes temperaturas para su ebullición.

Para el caso de estudio se emplean 2 columnas empacadas en serie, las cuales se detallan en el capítulo 3, al igual que el programa de temperaturas del GC.

Detector

Un detector ideal debe tener las siguientes características: amplio intervalo de temperaturas de trabajo, tiempo de respuesta corto, adecuada sensibilidad, buena estabilidad, manejo sencillo, no destructivo, entre otras. Sin embargo, no existe el detector que cumpla a cabalidad al día de hoy con todos estos requerimientos. Lo que sí existe es una amplia variedad de detectores, utilizados de acuerdo al tipo de compuesto a analizar. Los más utilizados son el de detector de ionización de llama (FID) y el detector de conductividad térmica (TCD), entre muchos otros. Una ventaja del detector de conductividad térmica es que no necesita gases auxiliares para su funcionamiento, utilizando el propio gas portador.

El detector utilizado en el presente trabajo es un TCD de filamento único, el cual se basa en el cambio de conductividad térmica de la corriente de gas, ocasionado por la presencia de moléculas de analito. El sensor de este detector es calentado eléctricamente por una potencia eléctrica constante, alcanzando una temperatura que depende de la conductividad térmica del

85 gas. Para el caso de detectores de filamento único, tanto el gas portador como el analítico se hacen pasar alternadamente por una celda cerámica de detección que contiene este filamento. Este filamento entrega una señal eléctrica proporcional a la diferencia entre la conductividad eléctrica de ambos gases. La figura 35 muestra un esquema general del funcionamiento de un detector TCD.

Figura 35. Esquema de cromatógrafo con detector TCD

(Fuente: Abelló Linde S.A.)

El cromatógrafo de gases utilizado en el análisis de las muestras del presente trabajo se presenta en la figura 36.

Figura 36. Cromatógrafo de gases marca Perkin Elmer, modelo Clarus 580. Lab. de termodinámica, Depto. Ing. Mecánica UTFSM

86 Además, la figura 37 muestra las conductividades térmicas de los gases participantes del análisis realizado en el presente trabajo, lo que permite determinar que el helio es un gas portador adecuado para todos los compuestos carbonados, mientras que el nitrógeno es conveniente para la detección del hidrógeno.

Figura 37. Conductividad térmica de gases portadores y gases de muestra

(NIST, 2017)