Optimización en Cromatografía de Gases: Control Térmico y Selección de Columnas

Control de Temperatura en Cromatografía de Gases (GC)

El control de la temperatura es un factor crítico y necesario en diversas partes del cromatógrafo de gases para asegurar una separación eficiente y reproducible:

1. Sistema de inyección: La temperatura debe ser lo suficientemente alta para vaporizar los solutos de manera completa, pero a la vez, lo suficientemente baja para evitar su descomposición térmica.
2. Columna cromatográfica: La temperatura ejerce una influencia significativa sobre el proceso de separación en cromatografía de gases, siendo la variable que impacta en mayor medida la resolución y el tiempo de elución.
3. Sistema de detección: La temperatura debe ser la adecuada para prevenir la condensación de los solutos, lo que podría afectar la señal del detector.

Los sistemas termorreguladores de la columna operan en un amplio intervalo de temperaturas (30-400 °C), permitiendo la programación de la variación de temperatura y un control y monitorización precisos desde el software del sistema cromatográfico. Es fundamental que el control de la temperatura sea preciso y exacto, con una reproducibilidad del orden de 0.1 °C, tanto en la selección de una temperatura fija como en la aplicación de un gradiente.

Modos de Trabajo de la Temperatura en GC

Existen dos modos principales de operación térmica en GC:

1. Isoterma: La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso cromatográfico. Este modo es aplicable principalmente a la separación de analitos con una retención similar, ya que los picos tienden a ensancharse rápidamente con el tiempo.
2. Gradiente de temperatura: La temperatura varía con el tiempo a lo largo del proceso cromatográfico. Este modo permite un análisis más rápido para solutos con retenciones muy diferentes y produce un menor ensanchamiento de picos. Requiere enfriar el horno entre análisis.

Parámetros Clave para la Selección de Columnas Capilares en GC

Las columnas cromatográficas son el componente central en la cromatografía de gases, y sus dimensiones y características influyen directamente en la eficacia y resolución del sistema. Se distinguen dos tipos principales:

• Columnas rellenas: La fase estacionaria se deposita sobre partículas sólidas que llenan completamente el tubo. Ofrecen una baja resolución en comparación con las capilares.
• Columnas abiertas (capilares): La fase estacionaria se impregna sobre la pared interna del tubo, dejando un canal central para el flujo de la fase móvil. Son las más utilizadas por su alta eficiencia.

Parámetros para la Selección de Columnas Capilares

La elección de la columna capilar adecuada es crucial y se basa en los siguientes parámetros:

1. Sangrado de la columna: Se refiere a la diferencia en la señal del detector medida a una temperatura baja (100-120 °C) y a la temperatura máxima isotérmica de la columna. Un bajo nivel de sangrado es deseable, ya que permite trabajar con detectores de alta sensibilidad, como el espectrómetro de masas (MS).
2. Fase estacionaria: Se selecciona en función de la polaridad de los analitos. Siempre que sea posible, se recomienda utilizar columnas con fase ligada y entrecruzada, ya que ofrecen una mayor estabilidad térmica y durabilidad.
   • Los compuestos no polares se separan principalmente por sus puntos de ebullición.
   • Los compuestos polares son retenidos por fases estacionarias polares.
   • Los analitos de polaridad media pueden ser retenidos tanto por puntos de ebullición como por enlaces de hidrógeno.
3. Longitud de columna: Un aumento en la longitud de la columna incrementa la resolución (aproximadamente un 40% al duplicar la longitud), pero también prolonga el tiempo de análisis. La longitud estándar para un buen equilibrio entre resolución y tiempo de análisis es de 15-30 metros.
   • Columnas de 15 m: Análisis rápido con resolución moderada.
   • Columnas de 50-60 m: Mayor tiempo de análisis, pero con una resolución elevada.
4. Diámetro interno: Un menor diámetro interno resulta en una mayor eficacia, pero reduce la capacidad de carga de la columna.
   • 0.1 mm: Excelente resolución y rapidez, pero baja capacidad de carga.
   • 0.25-0.32 mm: Buen equilibrio entre resolución, rapidez y capacidad.
   • 0.32 mm: Baja resolución, buena rapidez y muy buena capacidad de carga.
5. Espesor de la película: El espesor de la fase estacionaria influye en el número de platos teóricos de la columna, su capacidad de carga, el nivel de sangrado y la temperatura de elución de un compuesto. El espesor estándar es de 0.25-0.32 µm.
   • 3-5 µm: Ideal para gases, disolventes y compuestos volátiles a temperatura ambiente.
   • 1-1.5 µm: Para sustancias que eluyen entre 100-200 °C.
   • 0.25-0.32 µm: Para sustancias que eluyen a más de 300 °C.
   • 0.1 µm: Para compuestos de alta presión que eluyen por encima de los 300 °C.