Como vimos en uno de los primeros post, para poder saber cuándo algo sale de nuestra columna (en aquel caso del canal de agua) necesitamos un detector (un "becario" que cuente) ya que la cromatografía de por sí sólo separa (espero que quedase claro entonces). Dependiendo del medio en el que trabajemos, el tipo de cromatografía, lo que queramos ver y, más importante aún, lo que NO queremos ver, el límite de detección que queramos conseguir (lo mínimo que queremos ver) y, como todo en esta vida, de lo que cuesta (no sólo comprarlo si no mantenerlo también) debemos hacer la elección de nuestro detector. Vamos a ver cuáles hay y sus principales características.
Además de todos los detectores presentes en este post existen los detectores de espectrometría de masas que pienso que merecen un post aparte y lo tendrá en la Parte II.
Además de todos los detectores presentes en este post existen los detectores de espectrometría de masas que pienso que merecen un post aparte y lo tendrá en la Parte II.
¿Qué es un cromatograma?
Un cromatograma es una representación de la señal que nos ofrece un detector con respecto al tiempo, como si fuese un electrocardiograma. Debido a que la cromatografía separa, lo que vamos a obtener son diferentes picos correspondientes a cada especie. Se ha demostrado que el área de cada pico es proporcional a la concentración de cada especie y no la altura de cada pico (como parecería ser.
No siempre los picos están totalmente separados (separados a línea base), especialmente cuando hay por lo que a veces la cuantificación es complicada. Esta es una de las razones por las que se utilizan distintos detectores, para intentar ver unos picos y no ver otros. Vamos a ver los detectores y veremos también qué maneras hay de evitar estos picos indeseables.
Detectores para TLC
Habitualmente, los soportes para cromatografía en capa fina vienen con un revelador fluorescente que, al ponerlo debajo de la luz ultravioleta, emite luz (una ligera luz verde) dejando manchas oscuras (que no emiten luz) donde haya un compuesto. Para saber dónde hay una mancha sin necesidad de estar debajo de una luz ultravioleta se recurre al "sofisticado" sistema de rodear con un lápiz (como a los muertos en las películas con la tiza). De esta manera se puede calcular su retención y ser capaz de compararlo e identificarlo.
Detectores para GC
Los detectores de GC que vamos a mostrar aquí tienen una característica en común, que son destructivos (excepto el ECD que no siempre es destructivo) no podemos obtener la muestra otra vez de nuevo. Por ello deben ser sensibles y medir rápido ya que los picos de GC son muy estrechos.
Detector de ionización por llama (FID)
Este detector es uno de los más empleados en GC debido al sencillo y mínimo mantenimiento. Se basa en crear una llama de hidrógeno (H2 +O2 (aire)= H2O + energía) e ir quemando todo lo que sale de la columna. El gas portador, normalmente N2 o He, no se queman por lo que únicamente da señal cuando llega algo capaz de ser quemado (como cualquier molécula orgánica).
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| Funcionamiento de un detector FID https://rockylouproductions.com/blog_wp/2013/10/02/gifs-gimp-and-me/ |
Una vez que el compuesto se quema se produce un intercambio de electrones que puede ser medido por dos electrodos situados al lado. Cuantas más moléculas, más carbono, más señal y más intensidad veremos en el cromatograma.
Los FID no pueden detectar sustancias inorgánicas y algunas especies altamente oxigenadas o funcionalizadas, como la tecnología de infrarrojos y láser. En algunos sistemas, el CO y el CO2 se pueden detectar en el FID usando un metanizador, que es un lecho de catalizador de Ni que reduce el CO y el CO2 al metano, que a su vez puede ser detectado por el FID. El metanizador está limitado por su incapacidad para reducir los compuestos que no sean CO y CO2 y su tendencia a ser envenenado por una serie de productos químicos que se encuentran comúnmente en los efluentes de GC.
Las principales ventajas son su sensibilidad (10-13 g/s) y su rango dinámico (hasta 107 g/s, casi 20 órdenes de magnitud), su bajo mantenimiento y su robustez.
Este detector de GC es específico para compuestos que contienen nitrógeno y/o fósforo. Se basa en el aumento de corriente producido en la reacción del fósforo o el nitrógeno con hidrógeno descompuesto catalíticamente por una capa de cesio o rubidio. Con este detector se obvian elementos muy comunes en compuestos orgánicos como el carbono o el oxígeno, detectando únicamente los compuestos de interés.
Los FID no pueden detectar sustancias inorgánicas y algunas especies altamente oxigenadas o funcionalizadas, como la tecnología de infrarrojos y láser. En algunos sistemas, el CO y el CO2 se pueden detectar en el FID usando un metanizador, que es un lecho de catalizador de Ni que reduce el CO y el CO2 al metano, que a su vez puede ser detectado por el FID. El metanizador está limitado por su incapacidad para reducir los compuestos que no sean CO y CO2 y su tendencia a ser envenenado por una serie de productos químicos que se encuentran comúnmente en los efluentes de GC.
Las principales ventajas son su sensibilidad (10-13 g/s) y su rango dinámico (hasta 107 g/s, casi 20 órdenes de magnitud), su bajo mantenimiento y su robustez.
Detector de nitrógeno-fósforo (NPD)
Este detector de GC es específico para compuestos que contienen nitrógeno y/o fósforo. Se basa en el aumento de corriente producido en la reacción del fósforo o el nitrógeno con hidrógeno descompuesto catalíticamente por una capa de cesio o rubidio. Con este detector se obvian elementos muy comunes en compuestos orgánicos como el carbono o el oxígeno, detectando únicamente los compuestos de interés.
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| Detector de nitrógeno-fósforo (NPD) https://clu-in.org/char/technologies/npd.htm |
Detector de captura electrónica (ECD)
El detector de captura de electrones es un tipo de detector utilizado en cromatografía de gases para detectar trazas de compuestos químicos en una muestra. Su funcionamiento se basa en ionizar el gas portador (normalmente N2) con 63Ni o tritio (3H) generando una corriente eléctrica. Cuando un compuesto con un elemento más electronegativo como halógenos, peróxidos, quinonas, grupos nitro, grupos que contienen átomos de halógeno (cloro, bromo, yodo), oxígeno o nitrógeno pasa por el detector, estos átomos capturan los electrones, disminuyendo la intensidad de la corriente producida. Hay grupos como el alcohol, amina e hidrocarburos que no dan señal, siendo selectivo para los demás compuestos. Presentan la característica principal de ser muy sensible (hay en muestras que son el que más) junto con la desventaja de contener elementos radiactivos, por lo que deben ser tratados con cuidado y revisados periódicamente. |
| Detector de captura electrónica (ECD) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electron_capture_detector.png |
Detectores de LC
Es este caso hay mucha más variedad de detectores, no todos destructivos, no todos igual de sensibles, no todos sirven para lo mismo. Vamos a repasar los detectores más habituales:
Detectores fotométricos (Ultravioleta-visible (UV-Vis) e infrarrojo (IR))
Estos detectores son de los más utilizados en LC (especialmente los UV-Vis) debido a su bajo coste, bajo mantenimiento, su variedad de detecciones y de detectores derivados. Se basan en la absorción de luz visible o ultravioleta por las moléculas. Esta absorción puede ser específica de una molécula, de algunas pocas o de todas pudiendo elegir qué compuestos se detectan. Además este tipo de detectores son no destructivos, lo que significa que el compuesto a estudiar puede recuperarse tal cual disuelto en la fase móvil o puede ser colocado delante de otro detector que ofrezca información complementaria.
También se puede medir varias absorciones con diferentes luces a la vez mediante unos detectores en serie, conocido como detector de serie de diodos, diode array detector o DAD.
Una variante importante de estos detectores son los detectores de fluorescencia, que se basan en medir la emisión de luz de ciertas moléculas después de iluminarlas con otro tipo de luz (emiten luz menos energética de la que absorben). En un próximo post hablaremos de la absorción y emisión de luz, de fluorescencia y fosforescencia.
A principios de esta semana publiqué en Facebook cómo es el encendido del plasma de mi equipo de ICP-MS.
Hasta aquí los detectores más importantes y más utilizados en cromatografía excepto el de espectrometría de masas, que como ya comenté merece un post para él solo.
Si tenéis dudas, querés que comente algún otro detector a parte, más detalles técnicos o analíticos me los podeis preguntar por comentarios aquí, en facebook o por privado.
Nos vemos!
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| Diferentes detectores UV http://www.chromatographyonline.com/important-aspects-uv-detection-hplc |
Una variante importante de estos detectores son los detectores de fluorescencia, que se basan en medir la emisión de luz de ciertas moléculas después de iluminarlas con otro tipo de luz (emiten luz menos energética de la que absorben). En un próximo post hablaremos de la absorción y emisión de luz, de fluorescencia y fosforescencia.
Detectores electroquímicos
Se basan en medir la diferencia de potencial o la intensidad de corriente que pasa por el eluyente de la columna. No son destructivos pero pueden modificar algunas moléculas debido a reacciones de oxidación-reducción. La manera más habitual de medir es mediante voltamperometría de onda cuadrada. Es utilizado principalmente en cromatografía iónica después de la columna supresora de iones.Plasma acoplado inductivamente (ICP)
Este detector se basa en un plasma de Ar a una temperatura entre 8000 y 10000 grados (aprox. la temperatura en la superficie de Sol). A esta temperatura se rompen (casi) todos los enlaces químicos y, además, es capaz de arrancar un electrón de la mayoría de los elementos. Esta recombinación de los electrones con los iones emite luz que puede ser medida mediante métodos ópticos (ICP-OES) o también se puede colocar un espectrómetro de masas antes de que se produzca esa recombinación para separar los iones (ICP-MS). Se utiliza principalmente (cuando está acoplado a cromatografía) para especiación de metales. |
| Esquema de un equipo ICP-OES sin acoplar a cromatografía http://www.rohs-cmet.in/content/icp-oes |
Detectores de índice de refracción
Estos detectores no son muy utilizados excepto en industrias muy especializadas como en alimentación. Se basan en el cambio del índice de refracción que se produce al pasar un soluto por el detector.Detectores quirales
Este tipo de detectores se basan en que las moléculas con carbonos asimétricos (quirales). Este tipo de moléculas absorben y transmiten la luz polarizada a diferentes velocidades por lo que se puede saber qué forma asimétrica (enantiómero) está pasando a partir de las desviaciones producidas en la luz polarizada. Estos detectores son especialmente utilizados en medicina y farmacia, así como en algunos campos de la alimentación. Las técnicas acopladas en contínuo son la polarimetría y el dicroísmo circular. |
| Dicroísmo circular https://es.slideshare.net/manuelgug/expo-espectroscopa |
Hasta aquí los detectores más importantes y más utilizados en cromatografía excepto el de espectrometría de masas, que como ya comenté merece un post para él solo.
Si tenéis dudas, querés que comente algún otro detector a parte, más detalles técnicos o analíticos me los podeis preguntar por comentarios aquí, en facebook o por privado.
Nos vemos!
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