Informe Cromatografía De Gases
Introducción En el presente informe se dará a conocer en qué se basa la cromatografía de gases y, cómo a través de ella es posible obtener los componentes de una muestra problema, consistente en residuos de laboratorio, para comparar finalmente con el DS 148 que regula el manejo de residuos peligrosos.
Marco teórico La cromatografía de gases es la técnica a elegir para la separación de compuestos orgánicos e inorgánicos térmicamente estables y volátiles. Keulemans ha definido la cromatografía como un método físico de separación en el cual los componentes a separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales constituye la fase estacionaria, de gran área superficial, y la otra es un fluido (fase móvil) que pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria. La fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que actúa como soporte, de gran área superficial. La fase móvil es un fluido (puede ser gas, líquido o fluido supercrítico) que se usa como portador de la mezcla. Tipo s d e cro mat og rafía de Gas es
La cromatografía gas-líquido (GLC, de gas-liquid chromatography ) lleva a cabo la separación por medio del reparto de los componentes de una mezcla química, entre una fase gaseosa que fluye (móvil) y una fase líquida estacionaria sujeta a un soporte sólido. La cromatografía gas-sólido (GSC, de gas-solid choromatography ) utiliza un absorbente sólido como fase estacionaria. La disponibilidad de detectores versátiles y específicos, y la posibilidad de acoplar el cromatógrafo de gases a un espectrómetro de masas o a un espectrofotómetro de infrarrojo, amplían aún más la utilidad de la cromatografía de gases. Objet ivo de la cro m atog rafía de gas es
Un cromatógrafo de gases consiste en varios módulos básicos ensamblados para: 1. Proporcionar un gasto o flujo constante constante del gas transportador (fase móvil) 2. Permitir la introducción de vapores de la muestra en la corriente de gas que fluye 3. Contener la longitud apropiada de fase estacionaria 4. Mantener la columna a temperatura apropiada (o la secuencia del programa de temperatura) 5. Detectar los componentes de la muestra conforme eluyen de la columna 6. Proveer una señal legible proporcional en magnitud a la cantidad de cada componente
Un cromatógrafo de gases lo forman una serie de elementos, consiste en una bombona de gas, que debe ser inerte, el Helio (He). La salida del gas a unas 150-180 atm requiere de una serie de manoreductores, 2, 3, en todo caso suficientes para que la presión no supere las 4 o 5 atm al llegar a la siguiente pieza. El inyector 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. La columna puede ser de vidrio, pero se confecciona más habitualmente de otros materiales (cobre, aluminio, acero inoxidable). La columna se encuentra dentro de una cavidad denominada 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 encuentra el detector, como ya había mostrado en repetidas ocasiones. Es el encargado de mostrarnos la salida de los componentes, normalmente en gráficas en forma de picos. A él se conectan dos bombonas de gas, una de H2 y otra de aire. Requerim ientos de un equip o d e crom atografía de gases
El corazón de los procesos de cromatografía de gases es la separación en columna. Los requerimientos básicos en un equipo de cromatografía de gases son: 1. Gas de arrastre o acarreador 2. Puerto de inyección 3. Una columna 4. Un detector 5. Un registrador o cualquier otro dispositivo de salida para medir la señal del detector 6. Cromatogramas En la siguiente figura de detallan estos requerimientos en un cromatógrafo de gases:
Ap licacion es d e la cro mato grafía de gases
La cromatografía de gases tiene amplia aplicación, en las industrias se enfoca principalmente a evaluar la pureza de los reactantes y productos de reacción o bien a monitorear la secuencia de la reacción, para los fabricantes de reactivos químicos su aplicación para la determinación de la pureza es lo más importante. En la investigación es un auxiliar indispensable para diversas técnicas de evaluación, entre las principales están los estudios cinéticos, análisis de adsorción a temperatura programada, determinación de áreas específicas por adsorción de gas y determinación de isotermas de adsorción. En el campo también pueden ser aplicados, principalmente en estudios de contaminantes del agua: insecticidas en agua, pesticidas en aguas de lagos, lagunas, ríos; desechos industriales descargados en ríos o lagunas. En la industria del petróleo juega una función primordial, por medio de la cromatografía se pueden analizar los constituyentes de las gasolinas, las mezclas de gases de refinería, gases de combustión, etc. Las aplicaciones de la cromatografía son múltiples y la convierten en la técnica de análisis más poderosa que existe, su utilización requiere principalmente de constancia y entusiasmo.
Crom atógrafo atógrafo us ado para la act ividad práctica
Cromatógrafo de Gases Modelo 5975C INERT MSD Marca Agilent Technologies
Objetivos - Visualizar y comprender la instrumentación G.C. - Separación y determinación de mezcla de solventes - Caracterización de MP (identidad de los componentes t r y concentración (A)). Determinar los componente de a muestra y si la MP tiene compuesto clorados o no
Actividades - Laboratorio cromatografía - Cromatograma de un de un estándar de curva de calibración - Cromatograma de la MP (caracterización) correspondiente a residuos de solventes usados en laboratorio. Comparar con D.S. 148n
Experimental - Cromatógrafo de Gases: Modelo 5975C INERT MSD Marca Agilent Technologies (with triple – Axis Detector) - Inyector con división de flujo 1:100 - Columna capilar de 25 m de largo, diámetro interno de 250 µm
Materiales - Muestra Problema - Muestras estándar. - Fase móvil (Helio) - Fase estacionaria (dimetil silano y un 5% de grupos fenilo)
Procedimiento El procedimiento de laboratorio fue realizado en su totalidad por una persona encargada del mismo, de lo observado del trabajo que ella realizó se pudo captar lo siguiente: Se inyecta la muestra a través de un inyector con división de flujo 1:100, lo que quiere decir que de un 100% un 1% se va al inyector y el resto fuera de la columna al aire. A la columna sólo entró un flujo de 1mL/min, 99mL/min se fueron al vente (exterior) La muestra es calentada a 180°C para vaporizar todos los componentes de la muestra. Cada columna tiene su propis temperatura, 35°C la primera. La columna capilar de 25 m de largo y diámetro interno de 250 µm, recubierto por una fase estacionaria apolar, grupos dimetilxilanos en un 95% y en un 5% grupos fenilos, lo que le da un carácter polar, pero la columna es apolar. El espesor de la fase estacionaria es de 0,25 µm, la columna aparte del material de fase estacionaria, se ayuda a la separación con la temperatura que influye en la solubilidad. La fase móvil es Helio
Esta cromatografía, es una cromatografía de reparto. Cuando llegue a 6 min, la temperatura va a aumentar, programa de temperatura 35 °C Parte la columna a 35 °C y mantiene esa temperatura a 5 min, a 5 min comienza a aumentar la temperatura a razón de 100°C/min hasta llegar a los 200°C, permanece 2 min. El solvente y metanol retenidos son expulsados del detector de masas, finalmente los compuestos son ionizados, se calienta los compuestos a alto voltaje produciendo que pierdan un electrón y queden con carga positiva, y entren al detector de masas, el cuadrupolo altera el campo magnético y separa los compuestos de la columna.
Datos experimentales Gráficos: Para la determinación del tiempo de retención de la mezcla de solventes Cromatograma estándar 1 (100 mg L-1)
Compuesto
Tiempo de retención (min)
Etanol Acetona Diclorometano Hexano Cloroformo Benceno Tolueno
1.607 1.670 1.803 2.132 2.294 2.750 4.985
rea 17438 41350 108803 61043 164626 371869 514908
Altura 10898 20452 45767 42292 59969 119428 119297
Cromatograma estándar 2 (500 mg L-1)
Compuesto
Tiempo de retención (min)
Etanol Acetona Diclorometano Hexano Cloroformo Benceno Tolueno
1.606 1.687 1.820 2.155 2.311 2.767 4.991
rea 228251 240168 668976 677763 983626 2381763 3335425
Altura 152323 124631 302462 280584 406670 920382 957140
Cromatograma estándar 3 (1000 mg L -1)
Compuesto
Tiempo de retención (min)
Etanol Acetona Diclorometano Hexano Cloroformo Benceno Tolueno
1.612 1.687 1.820 2.149 2.311 2.767 4.985
rea 501236 458324 1306907 1480487 1897544 4652716 6567331
Altura 446202 324089 873495 915746 1105669 2457534 2204158
Cromatograma estándar 4 (5000 mg L -1)
Compuesto
Tiempo de retención (min)
Etanol Acetona Diclorometano Hexano Cloroformo Benceno Tolueno
1.595 1.676 1.809 2.138 2.300 2.750 4.974
rea 2904118 2567894 7648484 9094654 10697448 25832976 35721022
Altura 1474827 1106014 2871190 3199163 3902328 8549064 9586003
Cromatograma estándar 5 (10000mg L -1)
Compuesto
Tiempo de retención (min)
Etanol Acetona Diclorometano Hexano Cloroformo Benceno Tolueno
1.601 1.681 1.820 2.149 2.305 2.761 4.991
rea 4768025 4360661 13075257 14654504 18375723 42049800 59398039
Altura 2507568 2139659 5681390 6054372 7666783 15583272 16820988
Datos Bibliográficos Masas Masas m olares de:
C: 12.00 g/mol H: 1.009 g/mol O: 35.44 g/mol Cl: 35.46 g/mol
Resultados Concentraciones de los comp uestos en la muestra problema
Diclorometano: 7400.537 mgL -1 Hexano: 4751,37 mgL -1 Benceno: 242.04 mgL -1 Tolueno: 6346.45 mgL -1
Gráfico: Curva de calibración para Etanol
Área vs. Concentración de Etanol 6000000 y = 490.06x + 56821 R² = 0.9879
5000000 l 4000000 a ñ e S a l e 3000000 d a e r Á2000000
1000000 0 0
2000
4000
6000
Concentración mgL -1
8000
10000
12000
Gráfico: Curva de calibración para Acetona
Área vs. Concentración de Acetona 5000000 4500000
y = 443.72x + 60540 R² = 0.9922
4000000 l 3500000 a ñ e3000000 S a l e2500000 d a2000000 e r Á
1500000 1000000 500000 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Concentración mgL -1
Gráfico: Curva de calibración para Diclorometano
Área vs. Concentración de Diclorometano 16000000 y = 1334.2x + 132252 R² = 0.9926
14000000 12000000
l a ñ e 10000000 S a l e 8000000 d a 6000000 e r Á
4000000 2000000 0 0
2000
4000
6000
8000
Concentración mgL -1
10000
12000
Gráfico: Curva de calibración para Hexano
Área vs. Concentración de Hexano 18000000 y = 1512.7x + 171389 R² = 0.9853
16000000 14000000 l a 12000000 ñ e S 10000000 a l e d 8000000 a e r á 6000000
4000000 2000000 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Concentración mgL -1
Gráfico: Curva de calibración para Cloroformo
Área vs. Concentración de Cloroformo 20000000 18000000 y = 1869.6x + 216861 R² = 0.9932
16000000 l 14000000 a ñ e 12000000 S a l e 10000000 d a 8000000 e r Á
6000000 4000000 2000000 0 0
2000
4000
6000
Concentración mgL -1
8000
10000
12000
Gráfico: Curva de calibración para el Benceno
Área vs. Concentración Concentración de Benceno 50000000 45000000 y = 4295x + 798280 R² = 0.9874
40000000 l 35000000 a ñ e 30000000 S a l e 25000000 d a 20000000 e r Á15000000
10000000 5000000 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Concentración mgL -1
Gráfico: Curva de calibración para el Tolueno
Área vs. Concentración de Tolueno 70000000 60000000
y = 6050.6x + 1E+06 R² = 0.99
l 50000000 a ñ e s 40000000 a l e d 30000000 a e r Á
20000000 10000000 0 0
2000
4000
6000
Concentración mgL -1
8000
10000
12000
Gráfico: Programa de Temperatura
Tiempo vs. v s. Temperatura Temperatura 250 200 C ° a r 150 u t a r e p 100 m e T
50 0 0
2
4
6
Tiempo (min)
Gráfico: Muestra Problema
8
10
Compuesto
Tiempo de retención (min)
1 2 3 4
1.815 2.149 2.767 4.991
rea 4281851 3100232 702039 11491556
Altura 10006048 7358788 1837862 39399870
Del gráfico d e la mu estra prob lema, comp arando lo s tiemp os d e retención co n los d el está estánd ar 5, ob tenemo s los s igu ientes resultado s:
El compuesto 1 de nuestra muestra problema corresponde a Diclometano El compuesto 2 de nuestra muestra problema corresponde a Hexano El compuesto 3 de nuestra muestra problema corresponde a benceno El compuesto 4 de nuestra muestra problema corresponde a Tolueno
Demostración de cálculos para la obtención de las concentraciones de los componentes ahora conocidos de la muestra problema Del gráfico de calibración d el Diclom etano o btenem os la ecuación lineal sigu iente:
- Para calcular la concentración de Diclometano en la muestra problema, reemplazamos en la ecuación lineal que obtuvimos del gráfico anteriormente, por el área correspondiente al Diclometano en la muestra problema, entonces nos queda:
Para obtener el valor de , que será la concentración del Diclometano en la muestra problema, lo despejamos de la ecuación Desarrollo:
Entonces, la concentración de Diclometano en la muestra problema correspondería a
Del gráfico de calib ración del Hexano obt enemo s la ecu ación lineal siguiente:
- Para calcular la concentración de Hexano en la muestra problema, reemplazamos en la ecuación lineal que obtuvimos del gráfico anteriormente, por el área correspondiente al Hexano en la muestra problema, entonces nos queda:
Para obtener el valor de , que será la concentración del Hexano en la muestra problema, lo despejamos de la ecuación Desarrollo:
Entonces, la concentración correspondería a
de
Hexano
en
la
muestra
problema
Del gráfico de calib ración del B encen o o btenem os la ecuación lineal siguiente:
- Para calcular la concentración de Benceno en la muestra problema, reemplazamos en la ecuación lineal que obtuvimos del gráfico anteriormente, por el área correspondiente al Benceno en la muestra problema, entonces nos queda:
Para obtener el valor de , que será la concentración del Benceno en la muestra problema, lo despejamos de la ecuación Desarrollo:
Entonces, la concentración correspondería a
de
Benceno
en
la
muestra
problema
Del gráfico de calibrac ión del Tolu eno ob tenemo s la ecu ación lineal siguiente:
- Para calcular la concentración de Tolueno en la muestra problema, reemplazamos en la ecuación lineal que obtuvimos del gráfico anteriormente, por el área correspondiente al Tolueno en la muestra problema, entonces nos queda:
Para obtener el valor de , que será la concentración del Tolueno en la muestra problema, lo despejamos de la ecuación Desarrollo:
Entonces, la concentración correspondería a
de
Tolueno
en
la
muestra
problema
Cálculo del error experimental para las masas molares obtenidos del espectro de masa Gráfico: Tolueno
Masa molar experimental: 91 g/mol Masa molar bibliográfica: 92.072 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Grafico: Benceno
Masa molar experimental: 78 g/mol Masa molar bibliográfica: 78.054 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Gráfico: Cloroformo
Masa molar experimental: 118 g/mol Masa molar bibliográfica: 119.329 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Gráfico: Hexano
Masa molar experimental: 86 g/mol Masa molar bibliográfica: 86.126 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Gráfico: Diclometano
Masa molar experimental: 84 g/mol Masa molar bibliográfica: 84.898 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Gráfico: Acetona
Masa molar experimental: 58 g/mol Masa molar bibliográfica: 58.054 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Gráfico: Etanol
Masa molar experimental: 45 g/mol Masa molar bibliográfica: 46.054 g/mol Error experim experim ental = |x experimental - x verdadero|
Conclusión Al comparar las concentraciones concentraciones obtenidas de la muestra problema con la norma de límites permitidos podemos concluir lo siguiente: Para el Diclometano la norma indica 985 mgL -1, y el valor obtenido de concentración fue de 7400.536 mgL -1, por lo que excede con creces la norma Para el Hexano la norma indica 141 mgL -1, y le valor obtenido de concentración fue de 4751.37 mgL -1, por lo que excede con creces la norma Para el Benceno la norma indica 0.5 mgL -1, y le valor obtenido de concentración fue de 242.04 mgL -1, por lo que excede con creces la norma Para el Tolueno la norma indica 300 mgL -1, y le valor obtenido de concentración fue de 6346.45 mgL -1, por lo que excede con creces la norma Se encontraron compuestos clorados en la muestra, representados por la presencia del diclorometano El análisis de espectro de masas nos dio valores de masas molares cercanas a las bibliográficas con errores experimentales muy leves, entre 0.0691% a 2.28%
Linkografía - http://www.relaq.mx/RLQ/tutoriales/cromatografia/Gas.htm - http://www.elergonomista.com/tecnicas/cg.htm - http://www.quiminet.com/articulos/la-cromatografia-de-gases-18302.htm - http://www.asiquim.cl/web/Legistacion/Legislacion%20Actual/ds148.pdf - http://old.iupac.org/reports/periodic_table/IUPAC_Periodic_Table-21Jan11.pdf
