Cromatografía de gases para niños
La cromatografía de gases es una técnica científica que sirve para separar y analizar las diferentes sustancias que forman una mezcla. Imagina que tienes una mezcla de varios gases o líquidos que se pueden convertir en gas. Con esta técnica, puedes identificar cada uno de esos componentes.
Funciona así: la muestra se calienta hasta que se vuelve gas y se inyecta en un tubo largo llamado columna. Dentro de la columna, un gas especial (llamado "gas portador") empuja la muestra. A medida que la muestra avanza, sus componentes se separan porque interactúan de forma diferente con el material que hay dentro de la columna. Es como una carrera donde cada sustancia viaja a una velocidad distinta.
Existen dos tipos principales de cromatografía de gases: la cromatografía gas-sólido (GSC) y la cromatografía gas-líquido (GLC). La GLC es la más usada y a menudo se le llama simplemente cromatografía de gases (GC). En la GSC, el material dentro de la columna es sólido. En la GLC, este material es un líquido especial que está fijo sobre una superficie sólida.
Un equipo de cromatografía de gases, llamado cromatógrafo, tiene varias partes importantes: el gas portador, el sistema para inyectar la muestra, la columna (que suele estar dentro de un horno para controlar la temperatura) y un detector.
Contenido
- Historia de la Cromatografía
- El Gas Portador: ¿Qué es y para qué sirve?
- Sistema de Inyección de Muestra: ¿Cómo se introduce la muestra?
- Columnas y Control de Temperatura: El Corazón del Cromatógrafo
- Detectores: ¿Cómo sabemos que algo salió de la columna?
- Columnas y Tipos de Fases Estacionarias: El Material Secreto
- Aplicaciones de la Cromatografía de Gases
- Cómo se Configura una Técnica de Cromatografía de Gases
- Galería de imágenes
- Véase también
Historia de la Cromatografía
La idea de la cromatografía surgió en 1903 gracias al científico ruso Mijaíl Tsvet. Él fue el primero en usar esta técnica para separar colores de plantas.
Más tarde, en 1947, el estudiante alemán Fritz Prior desarrolló la cromatografía de gas-sólido. Un científico muy importante, Archer John Porter Martin, quien ganó un Premio Nobel por su trabajo en otras formas de cromatografía, sentó las bases para la cromatografía de gases en 1950.
El Gas Portador: ¿Qué es y para qué sirve?
El gas portador es como el "vehículo" que transporta los componentes de tu muestra a través de la columna. También ayuda al detector a identificar las sustancias.
Para que un gas portador sea bueno, debe cumplir varias condiciones:
- Debe ser un gas inerte, es decir, que no reaccione con la muestra ni con el material de la columna.
- Debe ayudar a que los gases se mezclen lo menos posible.
- Debe ser fácil de conseguir y muy puro.
- Debe ser económico.
- Debe ser compatible con el detector que se va a usar.
Los gases más comunes para esto son el helio, argón, nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono. La elección depende a veces del tipo de detector. El gas se guarda en cilindros especiales o se produce en el momento con un generador. Luego, unos aparatos llamados manómetros y reguladores aseguran que el gas fluya de manera constante y que esté libre de humedad.
La pureza del gas es muy importante, debe ser de al menos 99.995%. Para proteger la columna, se usan "trampas" que evitan que entren impurezas como hidrocarburos o agua.
Sistema de Inyección de Muestra: ¿Cómo se introduce la muestra?
Introducir la muestra es un paso clave. Se debe inyectar la cantidad justa y de forma muy rápida para que los componentes no se dispersen antes de entrar a la columna.
Lo más común es usar una microjeringa para poner la muestra en una cámara que la convierte en vapor al instante. Esta cámara está muy caliente, a una temperatura más alta que el punto de ebullición de la sustancia más difícil de evaporar de la muestra.
Si se necesita que la cantidad de muestra inyectada sea siempre la misma, se puede usar una válvula especial que mide una cantidad fija.
Para columnas muy finas (capilares), a veces se inyecta una cantidad mayor de muestra y luego se divide el flujo para que solo una parte entre a la columna. Esto se llama modo "split". Si se usa toda la muestra, se llama modo "splitless", que es útil para detectar cantidades muy pequeñas de sustancias.
Si la muestra es sólida, se disuelve primero en un líquido. Cuando se inyecta, el líquido se evapora y no molesta en el análisis.
El gas hidrógeno es el mejor gas portador porque ayuda a separar mejor los componentes de la muestra. Aunque es inflamable, los equipos modernos tienen sistemas de seguridad para evitar problemas. Además, es más económico que otros gases.
Columnas y Control de Temperatura: El Corazón del Cromatógrafo
En la cromatografía de gases se usan dos tipos de columnas: las "empacadas" (o de relleno) y las "tubulares abiertas" (o capilares). Las capilares son las más usadas hoy en día porque son más rápidas y eficientes.
Estas columnas pueden medir desde 2 hasta 60 metros de largo y están hechas de materiales como acero inoxidable, vidrio o sílice. Como son tan largas, se enrollan en forma de espiral para que quepan dentro de un horno.
La temperatura del horno es muy importante. De ella depende qué tan bien se separen las sustancias. Se ajusta con mucha precisión y suele ser un poco más alta que el punto de ebullición de las sustancias a analizar. Si la muestra tiene varios componentes con diferentes puntos de ebullición, se usa una "rampa de temperatura". Esto significa que la temperatura del horno va aumentando poco a poco, o por etapas, para que cada sustancia se separe en el momento adecuado. Es mejor usar temperaturas no muy altas para evitar que las sustancias se dañen.
Detectores: ¿Cómo sabemos que algo salió de la columna?
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El detector es la parte del cromatógrafo que "avisa" cuando una sustancia ha salido de la columna. Un detector ideal debería ser:
- Sensible: Capaz de notar incluso cantidades muy pequeñas de sustancia.
- Preciso: Que su respuesta sea proporcional a la cantidad de sustancia.
- Rápido: Que detecte al instante.
- Resistente: Que funcione bien en un amplio rango de temperaturas.
- Estable y repetible: Que siempre dé la misma señal para la misma cantidad de sustancia.
- Fácil de usar.
- Que pueda detectar muchas sustancias o que sea muy específico para algunas.
Algunos tipos comunes de detectores son:
- Detector de Ionización de Llama (FID).
- Detector de Conductividad Térmica (TCD).
- Detector Termoiónico (TID).
- Detector de Captura de Electrones (ECD).
- Detector de Emisión Atómica (AED).
Existen otros detectores más específicos, como el fotométrico de llama, que se usa para compuestos que contienen fósforo o azufre. También está el detector de fotoionización, que usa luz ultravioleta para identificar las sustancias.
Columnas y Tipos de Fases Estacionarias: El Material Secreto
- Columnas de relleno
Son tubos de vidrio o metal, de 2 a 3 metros de largo y unos pocos milímetros de ancho. Por dentro, están llenas de un material sólido muy fino, cubierto con una capa delgada de un líquido especial. Este material debe ser muy resistente y tener una gran superficie para que las sustancias interactúen bien con él. El material más usado es la tierra de diatomeas, que son restos de organismos microscópicos extintos.
- Columnas capilares
Son tubos muy finos, de hasta 60 metros de largo. Hay dos tipos principales: las WCOT (con la pared recubierta) y las SCOT (con un soporte recubierto). Las WCOT son las más comunes y eficientes. Están hechas de sílice muy pura y se cubren con una capa de poliimida para hacerlas más fuertes y flexibles.
Estas columnas capilares tienen diámetros internos muy pequeños, lo que permite una separación muy precisa. A veces, las sustancias pueden pegarse a la superficie de la sílice, pero esto se soluciona tratando la superficie para que no reaccione.
- La fase estacionaria
La fase estacionaria es el líquido especial que recubre el interior de la columna. Es el material con el que interactúan las sustancias de la muestra para separarse. Debe tener ciertas características:
- Que separe bien las sustancias.
- Que no se evapore fácilmente, incluso a altas temperaturas.
- Que no reaccione con las sustancias de la muestra.
- Que sea estable al calor.
Solo hay una docena de líquidos que cumplen estas condiciones. La elección depende de la "polaridad" de las sustancias que se quieren separar. Si las sustancias son muy polares, la fase estacionaria también debe ser polar.
Algunas fases estacionarias comunes son:
- Polidimetilsiloxano: Para hidrocarburos, aromáticos, esteroides y otros compuestos.
- Poli(fenilmetildifenil)siloxano (10% fenilo): Para ésteres, alcaloides y compuestos halogenados.
- Poli(fenilmetil)siloxano (50% fenilo): Para esteroides y compuestos halogenados.
- Poli(trifluoropropildimetil)siloxano: Para aromáticos clorados y nitroaromáticos.
- Polietilenglicol: Para compuestos polares, glicoles, éteres y aceites esenciales.
- Poli(dicianoalildimetil)siloxano: Para ácidos grasos y ácidos libres.
Para que la fase estacionaria no se pierda, se "pega" químicamente a la superficie de la columna. El grosor de esta capa varía según la volatilidad de las sustancias a analizar. Las sustancias muy volátiles necesitan una capa más gruesa para interactuar más tiempo y separarse mejor.
Aplicaciones de la Cromatografía de Gases
La cromatografía de gases es muy útil en dos áreas principales: 1. Separar mezclas complejas: Puede separar mezclas de sustancias orgánicas, compuestos que contienen metales y sistemas biológicos. 2. Identificar y medir sustancias: Sirve para saber qué componentes hay en una muestra (análisis cualitativo) y en qué cantidad (análisis cuantitativo).
Para saber qué sustancia es, se usa el "tiempo de retención", que es el tiempo que tarda cada sustancia en salir de la columna bajo condiciones específicas. Para saber la cantidad, se mide el área de la señal que produce cada sustancia en el detector.
Cómo se Configura una Técnica de Cromatografía de Gases
Configurar una técnica de cromatografía de gases es un proceso de "prueba y error". Depende mucho de las sustancias que se quieren analizar y del equipo que se use.
La elección del gas portador, la columna (con su fase estacionaria, largo y diámetro), el detector, las temperaturas del inyector y del detector, y el volumen de la muestra, todo debe ajustarse para lograr la mejor separación posible de las sustancias.
Es un trabajo que puede llevar muchas horas a un experto en cromatografía. La pureza de la muestra también es clave y depende de cómo se prepare antes del análisis.
La cromatografía de gases es una técnica muy efectiva para analizar compuestos orgánicos. Existe una técnica similar, la Cromatografía HPLC, que usa un líquido como fase móvil en lugar de un gas.
La cromatografía de gases es tan sensible que puede detectar cantidades muy pequeñas de sustancias, incluso microgramos. La cantidad de una sustancia se calcula midiendo el área de su "pico" en el cromatograma, que es proporcional a su concentración.
Galería de imágenes
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Un equipo de cromatografía gaseosa.
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Un muestreador automático para emplear la técnica de Espacio de Cabeza o Head Space para GC (accesorio).
Véase también
En inglés: Gas chromatography Facts for Kids
