Guia Completa de Cromatografia: GC, HPLC i Detectors

Cromatografia de Gasos (GC): Components Clau

La cromatografia de gasos (GC) és una tècnica analítica fonamental per a la separació i anàlisi de compostos volàtils. A continuació, es detallen els seus components principals:

Gas Portador

El gas portador és la fase mòbil en GC. Les seves característiques principals són:

• És una fase mòbil amb un flux constant.
• No afecta la separació dels components.
• És inert per evitar interaccions amb la mostra o la fase estacionària.
• Ha de ser disponible, pur i econòmic.
• Exemples comuns inclouen: heli, nitrogen, hidrogen, argó i diòxid de carboni (CO2).

Sistema d'Injecció

El sistema d'injecció permet introduir la mostra a la columna:

• La mostra s'introdueix a la columna mitjançant una xeringa a través d'una membrana de goma o silicona (septum).
• L'objectiu és introduir la mostra a la columna de forma immediata.
• La quantitat introduïda es determina per la xeringa utilitzada, generalment en microlitres (µL).

Cambra d'Injecció

La cambra d'injecció, amb la seva capacitat calorífica, permet que les mostres introduïdes es vaporitzin. El gas portador, en entrar, s'emporta els vapors de la mostra, fent-los entrar i avançar a través de la columna.

Columnes (GC)

Les columnes de GC es troben a l'interior del forn:

• La seva longitud varia de 2 a 50 metres.
• Tenen una forma helicoïdal, amb un diàmetre de 10 a 30 cm.
• Estan fabricades amb materials com acer inoxidable, vidre, sílice fosa o tefló.
• Si la mostra és apolar, la fase estacionària de la columna ha de ser apolar per a una separació òptima.

Fase Estacionària (GC)

La fase estacionària en GC ha de complir les següents propietats:

• Ha de tenir una baixa volatilitat.
• Ha de ser selectiva als components a separar.
• Una solubilitat petita dels analits en la fase estacionària pot resultar en una mala resolució.
• Generalment, és una fase estacionària líquida amb baixa viscositat.

Forn (GC)

El forn controla els canvis de temperatura (T). La seva finalitat és aconseguir l'interval de temperatura òptim per obtenir pics clars i ben separats per a cada component.

Detectors (GC)

Els detectors en GC han de posseir les següents característiques:

• Alta sensibilitat.
• Bona estabilitat i reproductibilitat.
• Rang de temperatura de treball: des de la temperatura ambient fins a 400 ºC.
• Temps de resposta curt.
• Alta fiabilitat i facilitat d'ús.
• Resposta selectiva i predictible per a diferents analits.
• Preferiblement, no destructiu per a la mostra (tot i que alguns sí ho són).

Detector d'Ionització de Flama (FID)

El detector d'ionització de flama (FID) funciona escalfant l'analit en una flama d'hidrogen. El component s'ionitzarà i perdrà un electró, fent que la flama sigui més conductiva i activant un senyal en el detector. Els gasos auxiliars són hidrogen (H2) i aire. S'utilitzen principalment per a compostos orgànics, com els hidrocarburs.

Detector de Conductivitat Tèrmica (TCD)

El detector de conductivitat tèrmica (TCD) mesura el canvi en la conductivitat tèrmica de la fase mòbil quan un component la travessa. Cada component té una conductivitat tèrmica diferent a la de l'heli (He) o l'hidrogen (H2), que són fases mòbils comunes.

Detector Termoiònic de Flama (FTD)

El detector termoiònic de flama (FTD) és un detector selectiu de compostos que contenen nitrogen (N) o fòsfor (P) mitjançant una reacció química que genera ions en una flama. Ofereix una sensibilitat superior al FID per a compostos amb N o P.

Detector de Captura d'Electrons (ECD)

El detector de captura d'electrons (ECD) detecta la captura d'electrons per compostos electronegatius, com halògens (F, Cl, Br, I) i compostos electròfils. Mesura el canvi de corrent dins la cambra del detector, que és proporcional a la concentració de l'analit.

Detector d'Emissió Atòmica (AED)

El detector d'emissió atòmica (AED) funciona quan un element, com un metall, es desexcita després de ser excitat per una font d'energia (plasma), emetent llum característica en una longitud d'ona específica per a aquell element. El detector mesura aquesta radiació i la correlaciona amb la concentració de l'element present a la mostra.

Detector de Fotoionització (PID)

El detector de fotoionització (PID) mesura els gasos instantàniament. Utilitza raigs UV per ionitzar molècules, la qual cosa fa que s'alliberi un electró i es formi un ió positiu. Els ions generats són mesurats per un corrent elèctric. És ideal per a la detecció de compostos orgànics volàtils (COVs).

Cromatografia Líquida d'Alta Resolució (HPLC): Elements Essencials

La cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC) és una tècnica versàtil per a la separació de compostos no volàtils o termolàbils. A continuació, es descriuen els seus components clau:

Bomba d'Alta Pressió

La bomba d'alta pressió és fonamental en HPLC:

• Impulsa la fase mòbil a través de la columna.
• Assegura un cabal constant i precís per evitar errors en la separació.
• Treballa a altes pressions (fins a 400 atm), ja que el pas a través de les micropartícules a l'interior de la columna és lent a causa de la seva gran resistència.
• Existeixen tres tipus principals:
  • Recíproques
  • De xeringa o desplaçament
  • Pneumàtiques o de pressió constant

Vàlvula de Càrrega/Injecció

La vàlvula de càrrega/injecció permet que la mostra entri a la columna dissolta en la fase mòbil. Es tracta d'una vàlvula rotativa amb dues posicions: càrrega i injecció.

Precolumna

La precolumna té diverses funcions:

• Elimina possibles impureses o partícules de pols de la mostra, protegint la columna principal.
• Està farcida del mateix compost que la columna analítica, però amb partícules de major mida.
• No sempre és present en tots els sistemes HPLC.

Columnes (HPLC)

A les columnes de HPLC es realitza el procés d'elució:

• Com més afinitat tinguin els components de la mostra amb la fase estacionària, més temps estaran retinguts a la columna.
• Estan fabricades amb materials com acer inoxidable o plàstic.
• La mida interna sol ser de 2-5 mm de diàmetre i la longitud de 10-30 cm.
• El final de la columna té una placa filtrant per evitar que marxin partícules de la fase estacionària.
• El material de farciment sol consistir en micropartícules de sílice i d'alúmina.

Fase Estacionària (HPLC)

La fase estacionària en HPLC pot ser de diversos tipus:

Tipus de Fase Estacionària

• Pel·licular: Consisteix en boles de vidre o polímer no porós recobertes amb una fina capa de sílice o alúmina. Són utilitzades sovint en precolumnes.
• Partícules Poroses: Són micropartícules poroses amb diàmetres de 3-10 micres, fetes de sílice, alúmina o resina d'intercanvi iònic.

Fase Normal

En la fase normal, la fase estacionària és polar.

Fase Inversa

En la fase inversa, la fase estacionària és apolar.

Detectors (HPLC)

Els detectors en HPLC es classifiquen segons la propietat que mesuren:

Detectors Basats en Propietats de la Fase Mòbil

• Detector d'índex de refracció
• Detectors electroquímics
• Detector de dispersió de llum

Detectors Basats en Propietats del Solut

• Detector d'absorbància UV
• Detector d'absorbància IR
• Detector de fluorescència

Característiques Fonamentals dels Detectors (HPLC)

Independentment del tipus, els detectors han de tenir les següents característiques fonamentals:

• Adequada sensibilitat.
• Rang apropiat per a la mostra.
• Ampli rang lineal.
• Fàcils d'usar.

Espectroscòpia de Masses (MS)

L'Espectroscòpia de Masses (MS) és un detector molt potent que identifica molècules segons la seva massa molecular i estructura. Es pot utilitzar tant en sistemes de HPLC com de GC. Ionitza i fragmenta les molècules, generant un espectre característic per a cada substància. En HPLC, la ionització sol ser més suau perquè els components no es poden volatilitzar tan fàcilment com en GC.