Cromatografía de gases: qué es, tipos, partes, aplicaciones
¿Qué es la cromatografía de gases?
La cromatografía de gases (CG) es una técnica analítica instrumental que sirve para separar y analizar los componentes de una mezcla. También se le conoce con el nombre de cromatografía de partición gas-líquido, que es más adecuado para referirse a esta técnica.
En numerosos ámbitos científicos, es una herramienta indispensable en los estudios de laboratorio, ya que es una versión microscópica de una torre de destilación, capaz de generar resultados de gran calidad.
Como su nombre indica, emplea gases en el desarrollo de sus funciones. Más exactamente, son la fase móvil que arrastra los componentes de la mezcla.
Este gas acarreador, que en la mayoría de los casos es el helio, recorre el interior de una columna cromatográfica, mientras que al mismo tiempo terminan separándose todos los componentes.
Otros gases acarreadores utilizados para este fin son nitrógeno, hidrógeno, argón y metano.
Su selección dependerá del análisis y del detector acoplado al sistema. En química orgánica, uno de los principales detectores es el espectrofotómetro de masas (EM). Por lo tanto, la técnica adquiere la nomenclatura CG/EM.
Tipos de cromatografía de gases
En esencia existen dos tipos de cromatografía de gases: la CGS y la CGL.
CGS
La CGS es el acrónimo de Cromatografía de Gas-Sólido. Se caracteriza por tener una fase estacionaria sólida en lugar de una líquida.
El sólido debe tener poros de un diámetro controlado por donde se retienen las moléculas mientras migran por la columna. Este sólido por lo general son tamices moleculares, como las zeolitas.
Se emplea para moléculas muy específicas, ya que por lo general la CGS enfrenta varias complicaciones experimentales. Como ejemplo, el sólido puede retener irreversiblemente una de las moléculas, alterando por completo la forma de los cromatogramas y su valor analítico.
CGL
La CGL es la Cromatografía de Gas-Líquido. Es este tipo de cromatografía de gases el que abarca la gran mayoría de todas las aplicaciones, y es, por lo tanto, la más útil de los dos tipos.
De hecho, la CGL es sinónimo de cromatografía de gases, aun cuando no se especifica de cuál se está hablando. En adelante, solo se hará mención a este tipo de CG.
Partes de un cromatógrafo de gases
En la imagen superior se muestra un esquema simplificado de las partes de un cromatógrafo de gases. Nótese que puede regularse la presión y el flujo de la corriente de gas acarreador, y también la temperatura del horno que calienta la columna.
A partir de esta imagen se puede resumir la CG. Del cilindro fluye una corriente de He, la cual, dependiendo del detector, una parte se desvía hacia él y la otra se dirige al inyector.
En el inyector se coloca una microjeringa con la cual se libera de manera inmediata (no paulatinamente) un volumen de muestra en el orden de los µL.
El calor del horno y del inyector debe ser lo suficientemente elevado como para evaporizar instantáneamente la muestra, a menos que se inyecte una muestra gaseosa directamente.
Sin embargo, la temperatura tampoco puede ser demasiado elevada, ya que podría evaporar el líquido de la columna, que funciona como fase estacionaria.
La columna está empacada como una espiral, aunque también puede tener forma de U. Recorrida la muestra toda la longitud de la columna, llega al detector, cuyas señales se amplifican, obteniendo así los cromatogramas.
Columna
En el mercado existen una infinidad de catálogos con múltiples opciones para columnas cromatográficas.
La selección de estas dependerá de la polaridad de los componentes que se desean separar y analizar. Si la muestra es apolar, entonces se escogerá una columna con una fase estacionaria lo menos polar.
Las columnas pueden ser del tipo empaquetadas o capilares. La columna de la imagen central es capilar, ya que la fase estacionaria recubre su diámetro interno, mas no todo el interior de la misma.
En la columna empaquetada, todo su interior se ha rellenado con un sólido que por lo general es polvo de ladrillo refractario o tierras diatomáceas.
Su material exterior consiste ya sea de cobre, acero inoxidable, o incluso vidrio o plástico. Cada una posee sus características distintivas: su modo de uso, longitud, los componentes que mejor logra separar, la temperatura óptima de trabajo, el diámetro interno, el porcentaje de fase estacionaria adsorbido en el sólido de soporte, etc.
Detector
Si la columna y el horno son el corazón de la CG (sea CGS o CGL), el detector es su cerebro. Si el detector no funciona, no tiene sentido separar los componentes de la muestra, ya que no se sabrá cuáles son. Un buen detector debe ser sensible a la presencia del analito y responder a la mayoría de los componentes.
Uno de los más utilizados es el de conductividad térmica (TCD), responderá a todos los componentes, aunque no con la misma eficiencia que otros detectores diseñados para un conjunto específico de analitos.
Por ejemplo, el detector de ionización a la flama (FID), se destina a muestras de hidrocarburos u otras moléculas orgánicas.
Aplicaciones de la cromatografía de gases
– Un cromatógrafo de gases no puede faltar en un laboratorio de investigaciones forenses o criminalísticas.
– En la industria farmacéutica se utiliza como una herramienta de análisis de calidad en búsqueda de impurezas en los lotes de medicamentos fabricados.
– Ayuda a detectar y cuantificar muestras de drogas, o permite realizar análisis para comprobar si un atleta está dopado.
– Sirve para analizar la cantidad de compuestos halogenados en fuentes de agua. Asimismo, de los suelos puede determinarse su nivel de contaminación por pesticidas.
– Analiza el perfil de ácido graso de muestras de distintos orígenes, ya sea vegetal o animal.
– Transformando las biomoléculas en derivados volátiles, pueden ser estudiados por esta técnica. Así, se puede estudiar el contenido de alcoholes, grasas, carbohidratos, aminoácidos, enzimas y ácidos nucleicos.
Referencias
- Carey F. Química Orgánica. Mc Graw Hill.
- Thet K. & Woo N. Gas chromatography. Recuperado de chem.libretexts.org
- Gas chromatography. Recuperado de teaching.shu.ac.uk