miniatura|Unha cromatografía de gases cun mostreador na parte superior A cromatografía de gases ou CG (GC na literatura inglesa) é un tipo común de cromatografía usada en química analítica para separar e analizar compostos que poden ser vaporizados sen que se descompoñan. Usos típicos desta cromatografía son comprobar a pureza dunha determinada substancia ou separar os diferentes compoñentes dunha mestura (poden determinarse tamén as cantidades relativas deses compoñentes). Nalgunhas situacións, a cromatografía de gases pode axudar a identificar un composto. Na cromatografía preparativa, a cromatografía de gases pode utilizarse para preparar compostos puros a partir dunha mestura.
Na cromatografía de gases, a fase móbil é un gas transportador, xeralmente un gas inerte como o helio ou un gas non reactivo como o nitróxeno. O helio é o máis usado en aproximadamente o 90% dos instrumentos aínda que o hidróxeno é o preferido para conseguir separacións melloradas. A fase estacionaria é unha capa microscópica de líquido ou polímero sobre un soporte sólido inerte, dentro dunha peza de vidro ou tubo metálico chamado columna (unha homenaxe á columna de fraccionamento usada en destilacións). O instrumento usado para realizar a cromatografía de gases denomínase cromatógrafo de gases (ou "aerógrafo" ou "separador de gases").
Os compostos gasosos que van ser analizados interaccionan coas paredes da columna, que están cubertas cunha fase estacionaria. Isto causa que cada composto elúa nun diferente momento, coñecido como tempo de retención do composto. A comparación dos tempos de retención é o que lle dá á cromatografía de gas a súa utilidade.
A cromatografía de gas é en canto aos seus principios similar á cromatografía en columna (e a outras formas de cromatografía, como a cromatografía líquida de alto rendemento ou HPLC, e a cromatografía en capa fina), pero ten varias diferenzas notables. Primeiro, o proceso de separación dos compostos dunha mestura lévase a cabo entre unha fase estacionaria líquida e unha fase móbil gasosa, mentres que na cromatografía en columna a fase estacionaria é un sólido e a fase móbil un líquido. (Por tanto, o nome completo do proceso é "cromatografía gas-líquido", referíndose ás fases móbil e estacionaria, respectivamente.) Segundo, a columna a través da que pasa a fase de gas está situada nun forno onde a temperatura do gas pode ser controlada, mentres que a cromatografía en columna (normalmente) non ten control de temperatura. Finalmente, a concentración dun composto na fase de gas está só en función da presión de vapor do gas.
A cromatografía de gases coñécese tamén como cromatografía en fase de vapor (VPC), ou cromatografía de partición gas–líquido (GLPC). Estes nomes alternativos ou as súas abreviacións, aparecen usadas frecuentemente na literatura científica. Falando estritamente, GLPC é a terminoloxía máis correcta e a preferida por moitos autores.
Historia
A cromatografía data de 1903, xa que foi utilizada nos traballos do científico ruso Mikhail Semenovich Tswett, que separou pigmentos de plantas por cromatografía en columna líquida. A química alemá Erika Cremer en 1947 xunto co estudante graduado austríaco Fritz Prior desenvolveron os fundamentos teóricos da cromatografía de gases e construíron o primeiro cromatógrafo líquido-gas, pero o seu traballo foi considerado irrelevante e foi ignorado durante longo tempo. Archer John Porter Martin, que recibiu o premio Nobel polo seu traballo do desenvolvemento da cromatografía líquido–líquido (1941) e en papel (1944), acabou por ser considerado o fundador da cromatografía de gases. A popularidade da cromatografía de gases aumentou rapidamente despois do desenvolvemento do detector de ionización de chama.
Análise de cromatografía de gases
Un cromatógrafo de gases é un instrumento de análise química para separar compostos químicos nunha mostra complexa. Unha cromatografía de gas usa un tubo estreito de fluxo chamado columna, pola cal pasan os distintos constituíntes químicos dunha mostra nunha corrente de gas (gas portador, fase móbil) a diferentes velocidades dependendo das súas propiedades químicas e físicas e as súas interaccións cun recheo específico na columna, chamado fase estacionaria. A medida que os compostos químicos sae polo extremo final da columna, son detectados e identificados electronicamente. A función da fase estacionaria na columna é a de separar os diferentes compoñentes, causando que cada un saia da columna nun diferente momento (tempo de retención). Outros parámetros que se poden usar para alterar a orde ou o tempo de retención son a velocidade do fluxo do gas portador, a lonxitude da columna e a temperatura. miniatura|Diagrama dunha cromatografía de gas. Nunha análise de cromatografía de gas, inxéctase un volume coñecido dun analito gasoso ou líquido na "entrada" (cabeza) da columna, usualmente usando unha microxiringa (ou, fibras de microextracción en fase sólida ou un sistema interruptor dunha fonte de gas). Como o gas portador arrastra as moléculas do analito a través da columna, este movemento é inhibido pola adsorción das moléculas do analito sobre as paredes da columna ou sobre materiais de empaquetado na columna. A velocidade á cal a molécula avanza ao longo da columna depende da forza de adsorción, que á súa vez depende do tipo de molécula e dos materiais da fase esacionaria. Como cada tipo de molécula ten unha diferente velocidade de progresión, os diversos compoñentes da mestura do analito sepáranse a medida que avanzan pola columna e alcanzan o final da columna en diferentes momentos (tempo de retención). Utilízase un detector para monitorizar a corrente de saída da columna; así, poden determinarse o tempo ao que cada compoñente chega á saída e a cantidade dese compoñente. Xeralmente, as substancias identifícanse (cualitativamente) pola orde na cal saen (elúen) da columna e polo tempo de retención do analito na columna.
Compoeñtes físicos Automostreadores
O automostreador ou mostreador automático serve para introducir a mostra automaticamente nas entradas do aparato. A inserción manual da mostra é posible mais xa non é moi común. A inserción automática permite unha mellor reproducibilidade e optimización de tempo. miniatura|Un automostreador para mostras gasosas e líquidas que usa unha microxiringa Existen diferentes tipos de automostreadores. Os automostreadores poden clasificarse segundo a capacidade de mostrear (autoinxectores fronte a automostreadores, entre que os autoinxectores poden traballar cun pequeno número de mostras), ou as tecnoloxías robóticas (robot XYZ fronte robot rotador, que é o máis común), ou segundo a análise, en:
Líquido. De espazo de cabeza (head-space) estático por tecnoloxía de xiringa. De espazo de cabeza dinámico por tecnoloxía de liña de transferencia. De microextracción en fase sólida (SPME).
Entrada miniatura|Entrada dividida/non dividida.
A columna de entrada (inlet ou inxector) proporciona o medio para introducir a mostra nun fluxo continuo de gas portador. A entrada é unha peza de hardware unida á cabeza da columna.
Tipos de entradas comúns son: Inxector S/SL (split/splitless ou dividido/non dividido).- A mostra introdúcese nunha pequena cámara quentada por medio dunha xiringa a través dun septo (a calor facilita a volatilización da mostra e da matriz da mostra. O gas portador arrastra despois a totalidade da mostra (modo splitless ou non dividido) ou só unha porción (modo dividido) á columna. No modo dividido, unha parte da mostra/gas portador da mestura na cámara de inxección é expulsada pola abertura de división. A inxección con división é a preferida cando se traballa con mostras con altas concentracións de analito (>0,1%) mentres que a inxección non dividida é máis axeitada para análises de trazas con baixas cantidades de analitos (<0,01%). No modo splitless ou non dividido, a válvula de división abre despois dunha certa cantidade de tempo preestablecido para purgar os elementos máis pesados que doutro modo contaminarían o sistema. Este tempo preestablecido (no modo sen división) debe optimizarse, os tempos máis curtos (por exemplo, 0,2 min) aseguran menos eliminación de elementos pesados pero con perdas na resposta; os tempos máis longos (2 min) incrementan ditos elementos pero tamén o sinal. Entradas sobre columna.- A mostra aquí introdúcese directamente na columna na súa totalidade sen quentar ou a unha temperatura por debaixo do punto de ebulición do solvente. A baixa temperatura fai que se condense a mostra nunha zona estreita. A columna e a entrada poden despois ser quentadas, liberando a mostra na fase gasosa. Isto asegura a temperatura máis baixa posible para realizar a cromatografía e mantén as mostras sen descompoñer sen superar o seu punto de ebulición. Inxector PTV.- a introdución da mostra programada a unha temperatura foi descrita por W. Vogt en 1979.Wolfgang Vogt, Karl Jacob, Hans Werner Obwexer. Sampling method in capillary column gas—liquid chromatography allowing injections of up to 250 μl. Journal of Chromatography A Volume 174, Issue 2, 1 July 1979, Pages 437-439 Orixinalmente Vogt desenvolveu a técnica como un método para a introdución de grandes volumes de mostra (ata 250 µL) en cromatografía de gas capilar. Vogt introduciu a mostra no liner a unha velocidade de inxección controlada. A temperatura do tubiño chamado liner elixiuse que estivese lixeiramente por debaixo do punto de ebulición do solvente. O solvente de baixa ebulición era evaporado continuamente e vertido pola liña de división. Baseándose nesta técnica, Poy desenvolveu o inxector de vaporización a temperatura programada ou PTV (do inglés programmed-temperature vaporising). Introducindo a mostra a unha temperatura de liner inicial baixa podían evitarse moitas das desvantaxes das técnicas clásicas de inxección en quente.[https://www.glsciences.eu/html/ptv-injection.html PTV inlet for gas chromatography] GL Sciences Entrada da fonte de gas ou válvula interruptora do gas.- As mostras gasosas en botellas colectoras conéctanse normalmente a unha válvula interruptora de seis portos. O gas portador non é interrompido mentres que a mostra pode ser expandida nun bucle de mostra previamente evacuada. Ao facer o cambio na válvula, o contido do bucle da mostra é inserido na corrente de gas portador. Sistema P/T (Purge-and-Trap ou purga e tampa).- Un gas inerte vértese en burbullas nunha mostra acuosa causando que os compostos químicos insolubles volátiles se purguen da matriz. Os volátiles son 'atrapados' nunha columna absorbente (coñecida como trampa ou concentrador) a temperatura ambiente. A trampa quéntase despois e os volátiles son dirixidos á corrente de gas portador. As mostras que requiren unha preconcentración ou purificación poden introducirse por medio deste sistema, xeralmente enganchado ao porto S/SL.
A elección do gas portador (fase móbil) é importante. O hidróxeno ten un rango de velocidades de fluxo que son comparables en eficiencia ás do helio. Porén, o helio pode ser máis eficiente e proporcionar unha mellor separación se se optimizan as velocidades de fluxo. O helio non é inflamable e funciona cun maior número de detectores e instrumentos vellos. Por tanto, o helio é o gas portador utilizado máis común. Non obstante, o prezo do helio subiu considerablemente nos últimos anos, facendo que máis cromatógrafos pasasen a usar o hidróxeno. O uso histórico ou tradicional, máis que consideracións racionais, pode contribuír tamén a que se continúe preferindo o helio.
Detectores