DETERMINACION DE ALCOHOLES POR CROMATOGRAFIA DE GASES González V, Oscar F; Umensa, Cristian Laboratorio de Análisis Instrumental Facultad de Ciencias Universidad del Valle RESUMEN En el desarrollo y posterior análisis de esta práctica de laboratorio se determino el contenido de etanol en una muestra de aguardiente blanco del valle, mediante la utilización de un patrón interno (1-butanol), se prepararon cinco estándares para realizar la curva de calibración y posteriormente se trato la muestra siguiendo las indicaciones de la guía. Al final se determino la concentración de etanol por el método de cromatografía de gases, dando una concentración de 26,73 ± 4.86 % (V/V) con un error del 7,82%
DATOS
ANALISIS DE RESULTADOS
Tabla 1: área de los picos obtenidos por cromatografía de gases para los estándares de etanol con su respectiva concentración
La cromatografía es una técnica para separar sustancias químicas que se basa en las diferencias en conductas partitivas de una fase móvil y de una fase estacionaria para separar los componentes en la mezcla. La muestra es transportada por una corriente de gas a través de una columna empacada con un sólido o tal vez recubierta con una película de un líquido. Debido a su simplicidad, sensibilidad y efectividad para separar los componentes de mezclas, la cromatografía de gas es una de las herramientas más importantes en química. Es ampliamente usada para análisis cuantitativos y cualitativos de mezclas, para la purificación de compuestos, para la determinación de constantes termoquímicas tales como calores de solución y vaporización, presión de vapor y coeficientes de actividad. La cromatografía de gas es también usada para monitorear los procesos industriales en forma automática: se analizan las corrientes de gas periódicamente y se realizan reacciones en forma manual o automática para contrarrestar variaciones no deseadas1. En el laboratorio se determino la concentración de etanol en una muestra alcohólica, mediante un cromatógrafo de gases; el cual lo forman una serie de elementos, es
Concentración etanol (%v/v)
0,4 0,8 1,2 1,6 2
Área etanol 174,65 375,84 693,09 705,47 1056,6
área butanol 587,89 587,89 587,89 587,89 587,89
Área etanol/butanol
0,30 0,64 1,18 1,20 1,80
Tabla 2: Área de los picos obtenidos en la cromatografía de gases para la muestra por duplicado.
Muestra de Aguardiente Blanco del Valle (5 mL) en 100 mL de solución
Área del Pico
1 2
682,56 662,77
La columna puede ser de vidrio, pero se confecciona más habitualmente de otros materiales (cobre, aluminio, acero inoxidable) con un recubrimiento interno, el cual posee la fase estacionaria necesaria para realizar la separación de la mezcla; en nuestro caso usamos un recubrimiento de (5% fenil)-metilpolisiloxano, el cual es una película polimérica en la que el 5% de los átomos de silicio se encuentran enlazados con un anillo fenilo, obteniéndose una fase no polar que separa por interacciones de London. La columna se encuentra dentro de un horno, cuya función consiste en mantener la temperatura deseada, que dependiendo del programa nos puede interesar que permanezca constante, o bien que varíe de una forma u otra con el tiempo. A la salida de la columna se encuentra el detector, que es el encargado de mostrarnos la salida de los componentes, normalmente en gráficas en forma de picos conformando el cromatograma2.el detector usado fue un detector FID (detector de ionización en llama) usado principalmente para compuestos orgánicos, el cual mezcla la muestra con hidrógeno y aire para luego quemar la composición y producir iones que se separan por una diferencia de potencial, detectando el numero de átomos de carbono por unidad de tiempo3 El cromatograma obtenido mostro dos picos para cada estándar, así como para la muestra; esto se debe a que todos se prepararon con cierta cantidad de butanol con el fin de obtener una referencia y evitar cualquier incertidumbre inducida por la manera en que se inyecta la muestra. Así pues el primer pico obtenido es de etanol, puesto a que
este es de más bajo peso molecular y de mayor movilidad, mientras que el butanol es el último en salir por ser más pesado. Otra explicación es su número de carbonos, ya que la cadena carbonada del butanol es más larga que la del etanol, y por tanto incrementa el carácter no polar de la molécula e igualmente la interacción con la fase estacionaria. Para la determinación de etanol en la muestra alcohólica, además del cromatógrafo es necesario la preparación de estándares con los cuales se halla la línea promedio de la curva, áreas de picos etanol/butanol vs concentración de etanol, de acuerdo a cada estándar (ver tabla 1 y figura 1) la cual es generada tras someter cada uno de los estándares a la cromatografía de gases y obtener sus respectivos valores de área para cada pico.
Area Pico etanol / Area pico butanol
un aparato sencillo. Consiste en una corriente de gas, que recordemos debe ser inerte, el Helio (He) como fase móvil. La salida del gas a unas 150-180 atm requiere de una serie de mano-reductores, 2, 3, en todo caso suficiente para que la presión no supere las 4 o 5 atm al llegar a la siguiente pieza, el inyector. Éste es el encargado de introducir la muestra en la columna. Hay que reseñar que el volumen muerto del inyector debe ser el menor posible, con el fin de compactar lo más posible la muestra gaseosa y hacer que entre en la columna lo mas junta posible, para así lograr una separación mucho más exacta.
2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00
y = 0,89x - 0,05 R² = 0,9539
0
0,5 1 1,5 2 Concentración de Etanol (%V/V)
2,5
Figura 1: Gráfica de (área de pico vs concentración de etanol) obtenida para cada estándar en el cromatógrafo de gases.
A partir de los datos de las tablas 1,2 y usando la recta de regresión se calculó la concentración de etanol en el aguardiente con su desviación estándar, además de otros parámetros estadísticos registrados en las tabla 3 y 4.
Tabla 3: Concentración de etanol encontrada en el aguardiente por CG con su desviación y su porcentaje de error
Concentración Etanol en el Aguardiente (%V/V Valor Teórico (%V/V) % Error
26.73 ± 4.86 29 7.82
Tabla 4: Parámetros estadísticos determinados a partir de la recta de regresión y la eficiencia de la columna usada
Ec. Recta Regresión y = 0,89x - 0,05 Coef. Correlación (R) 0.9767 2 Coef. Correl. Cuadrado (R ) 0.9539 IC pendiente al 95% 0.89±0.36 IC intercepto al 95% -0.05±0.48 Límite de detección CD (%V/V) 0.48 Platos Teóricos 142314.17 Platos por Metro (m-1) 4743,81 Altura del Plato teórico (mm) 0.21
CONCLUSIONES La cromatografía de gases (GC), es una de las técnicas analíticas de separación de mayor importancia, la cual ofrece mejor poder de resolución para compuestos orgánicos volátiles. El cromatógrafo de gases, se caracteriza por ser una técnica de separación que tiene incorporado un sistema de detección, generalmente continuo (tipo on-line), ya que realiza tanto la separación como la determinación cualitativa y cuantitativa de los solutos. La principal limitación se encuentra en la labilidad térmica de los solutos, los cuales deben ser estables a la temperatura requerida para su volatilización; de allí, la importancia de la temperatura en esta técnica de separación. Las señales del detector se registran adecuadamente obteniéndose una serie de picos que constituyen el cromatograma; la posición de dichos picos es el denominado tiempo de retención, el cual se utiliza con fines cualitativos; mientras que el tamaño de los mismos se relaciona con la concentración de los solutos.
BIBLIOGRAFIA 1. http://hiq.aga.com.co/International/Web/LG/C O/likelgspgco.nsf/docbyalias/anal_gaschrom visitado 19/10/2009 2. http://www.elergonomista.com/tecnicas/cg.ht m visitado 19/10/2009 3. SKOOG, D. Principios De Análisis Instrumental. 5ta Edición, McGraw-Hill, interamericana de España, 2001. pp. 765-766.
CÁLCULOS ANEXOS Promedio de aéreas de tabla 2. (682,56 + 662,77)/2 = 672,66 Relación pico etanol/butanol para la muestra 672.66/587.89 = 1.14 De la ecuación de la línea promedio en la figura 1 se obtiene fácilmente la concentración de etanol en la muestra alcohólica y luego a partir del factor de dilución la concentración total en el aguardiente blanco del valle. Y=m x + b =
=>
1.14 = 0.89 X – 0.05
1.14 + 0.05 = 1.34% / 0.89
1.34%
0.100 = 26.73% ⁄ 0.005
Desviación estándar de la concentración de la muestra !" !% ' !( ' = #$ & + $ & + … )
!" = 1.14 +,
'
0.113 ' -.0.01/' + .0.15/' 0 +$ & = 0.24 % 1.19 0.89
Desviación estándar de la concentración total de etanol ![23%456] = 26.73 #$ % 8 =
0.24 ' 0.1 ' 0.1 ' & +$ & + $ & = 4.86 % 1.34 100 3
| ó ; − 8=| 100 ó ;
% 8 =
|29 − 26.73 | 100 = 7.82% 29
El cálculo de la regresión se realizó por Excel obteniéndose:
Pendiente = 0.89
Desviación de la pendiente = 0.11
Coef. Correlación R = 0.9767
Intercepto = -0.05
Desviación del intercepto = 0.15
Desviación de R = 0.1428
A partir de esto se calculó Intervalo de confianza de la pendiente al 95% (t = 3.18) >?@24AB2432 = C ± . !E >?@24AB2432 = 0.89 ± 3.18 0.11
Intervalo de confianza del intercepto al 95% >?B432FG2@35 = ) ± . !( >?B432FG2@35 = −0.05 ± 3.18 0.15 Límite de detección (k = 3) !F 0.1428 ?H = I . ?H = 3 C 0.89
>?@24AB2432 = 0.89 ± 0.36
>?B432FG2@35 = 0.89 ± 0.48
?H = 0.48 % . ⁄/
Platos teóricos (N) (tr = tiempo de retención y w = ancho de pico) se usó el estándar de 1.2% V/V de etanol F ' 1.575' J = 16 ' = 16 = 142314.17 = L K 0.0167'
# De platos por metro (N/L) (longitud de la columna (L)=30 m) J 142314.17 M L = N = = = 4743.81 COP = L/C 30 C
Altura equivalente a un plato teórico (H) 30000 CC Q= Q= Q = 0.21 CC J 142314.17
