Técnicas de Inyección en HRGC: seleccione el Inserto adecuado

Seleccione el Modo de Inyección más adecuado

Existen muchas técnicas de inyección en función de la muestra y clase de análisis y una gran parte de los problemas de separación en Cromatografía de Gases se deben a una elección pobre tanto de la técnica como del tipo de inyección.
Tanto la geometría del inserto del inyector y la técnica de inyección requieren consideraciones que pueden resultar críticas.

En función del Método de  Inyección le proponemos el tipo de Inserto más adecuado par obtener los mejores resultados.

La Inyección en Split
Figura 1. Inyector Split-Splitless en modo Split.
Figura 1. Inyector Split-Splitless en modo Split.

El inyector más universal en HRGC es el inyector Split / Splitless. (Ver Figura 1).

Un inyector de división (split) divide la muestra vaporizada en dos partes: una minoritaria que se transfiere a la columna y otra mayoritaria que se expulsa del inyector por la válvula de split. La inyección en split evita sobrecargar la columna con los efectos negativos que pueden producirse. Es el método de inyección más usual en el análisis de muestras complejas muy concentradas como las usuales en la industria petrolífera o en la industria de los aceites esenciales.

La Relación de Split es la relación entre el volumen de gas portador que entra en la columna y el que sale por la línea de Split.

Un inconveniente de la inyección en split es la discriminación por masa molecular si la muestra contiene compuestos con un amplio espectro de pesos moleculares. La discriminación puede provocar una cuantificación inadecuada y puede minimizarse con insertos con lana de cuarzo que permitan una homogenización máxima de la muestra con el gas portador.

Los Insertos para Split con lana de cuarzo ofrecen las siguientes ventajas:

  • Favorecen la mezcla homogénea  de los analitos y mejora la cuantificación
  • Aumenta la superficie de vaporización y favorece la vaporización de muestras líquidas.
  • Retiene residuos no volátiles de la muestra
  • Protege a las columnas frente a muestras “sucias”
  • Evita que la muestra alcance el fondo del inyector antes de la vaporización
  • Si la lana está fija en el inserto (ver Insertos FocusLiner) en la posición óptima permite mejorar la reproducibilidad y disminuir la discriminación.

La Figura 2 muestra unos ejemplos de Insertos para Split.

Figura 2. Ejemplos de Insertos para Split.
Figura 2. Ejemplos de Insertos para Split.
La Inyección en Splitless

En este caso la muestra se inyecta con la válvula de split cerrada. El componente mayoritario, el solvente, se evapora y llena en parte el volumen interno del inserto. Puesto que este volumen puede ser de 1 ml o más (ver Cálculo de Flashback) y el caudal de gas portador en la columna suele ser de 1 ml/min, puede deducirse que el tiempo mínimo necesario para la transferencia de los vapores a la columna sea igual a:

Ecuacion 1

En general este tiempo suele ser de 60” tras el cual se vuelve a abrir la válvula de split para permitir evacuar los restos de vapores que pudieran estar todavía en el inyector. El solvente usado y la temperatura de horno inicial son dos parámetros críticos para producir el llamado Efecto Solvente que permite concentrar los componentes, especialmente más volátiles, en bandas iniciales muy estrechas (Ver Figura 3).

Figura 3. Efecto de Focalización de un bucle de retención de 5m. Gasolina diluida en hexano, On-Column 2 ml. E mismo efecto se obtiene en Spliless si la temperatura de la columna se mantiene unos 10ºC por debajo de la temperatura de ebullición del solvente.
Figura 3. Efecto de Focalización de un bucle de retención de 5m. Gasolina diluida en hexano, On-Column 2 ml. E mismo efecto se obtiene en Spliless si la temperatura de la columna se mantiene unos 10ºC por debajo de la temperatura de ebullición del solvente.

Este método requiere inyectar la muestra más lentamente que en los métodos split y se usan insertos preferentemente rectos y vacíos. Para unos resultados óptimos el extremo de la columna ha de estar a 1 o 2 cm por debajo de la punta de la aguja de la jeringa de inyección.

La Figura 4 muestra unos ejemplos de Insertos para Splitless.

Figura 4. Insertos típicos de Splitless con estrechamientos.
Figura 4. Insertos típicos de Splitless con estrechamientos.

Para evitar que los vapores de solvente y componentes de la muestra entren en contacto con las zonas metálicas del inyector se recomienda el uso de intsertos con estrechamiento (gooseneck) en la zona inferior.

La Inyección Directa
Figura 5. Inyector adaptado para Inyección Directa en columnas Wide Bore de 0.53mm DI.
Figura 5. Inyector adaptado para Inyección Directa en columnas Wide Bore de 0.53mm DI.

La muestra se inyecta en el inserto y luego pasa directamente a la columna sin ningún tipo de división o purga. Puesto que no hay un divisor se evita la discriminación.

El inserto es un tubo abierto, con estrechamiento en la base o con doble estrechamiento para minimizar el Flashback.

Este método se usa en equipos originalmente diseñados para columnas empacadas. Requiere el uso de  columnas capilares de 0.53mm de Diámetro Interior (Wide Bore) que operan con caudales de portador relativamente altos y permiten que los vapores de muestra y disolvente se transfieran a la columna en un plazo relativamente corto.

Para unos resultados óptimos recomendamos el uso de Bucles de Retención de, al menos, 5 m de longitud.

La Inyección Directa permite la práctica transferencia de la totalidad de los vapores de la muestra a la columna cromatográfica.

Como la geometría de este tipo de insertos puede ser critica, hay que tener en cuenta que:

  • Los inyectores con Control Electrónico de la Presión (EPC) requieren un orificio en el inserto para mantener el caudal de gas.
  • Los insertos ConnecTite™ con orificio inferior resultan útiles si la cola del solvente enmascara los compuestos más volátiles que eluyen pronto.
  • Los insertos ConnecTite™ con orificio superior resultan útiles si la muestra es acuosa o si los compuestos de interés eluyen lejos de la cola del solvente.

La Figura 5 muestra unos ejemplos de Insertos para inyección Directa.

Figura 6. Insertos para Inyección Directa. Notar las versiones con orificio superior o inferior para el EPC.
Figura 6. Insertos para Inyección Directa. Notar las versiones con orificio superior o inferior para el EPC.
La inyección On-Column
Figura 7. Inyector On-Column típico
Figura 7. Inyector On-Column típico

En este tipo de inyector la muestra se inyecta directamente a temperatura ambiente o subambiente, en la columna capilar con jeringas especiales. Las columnas han de tener un diámetro interior de, al menos, 0.32mm par permitir la entrada de la aguja de la jeringa en la columna.

Si el método prescribe columnas de diámetro interno de 0.25mm o inferior, es necesario la instalación de una precolumna de diámetro adecuado (0.32 o 0.53mm).

Esta técnica de inyección es necesaria con compuestos térmicamente inestables o muy activos, para evitar la discriminación (ver discriminación por masa molecular) o si los componenets de interés están a nivel de trazas. La inyección ha de ser lenta.

El inyector On-Column no dispone de válvulas de Purga o de Split por lo que se utiliza con muestras muy diluidas, limpias o con componentes que sean térmicamente inestables.

Figura 8. On Column Shimadzu.
Figura 8. On Column Shimadzu.

La introducción de la muestra se efectúa en la columna mediante una jeringa con una aguja de Sílice Fundida con un diámetro externo inferior al diámetro interno de la columna capilar y de una longitud suficiente..

El inyector On-Cólumn clasico dispone de una válvula de cierre especial que permite, en posición abierta, la introducción de la aguja en la cabeza de la columna capilar.

La Figura 8 muestra una variante en la que la muestra no se inyecta directamente en la columna sino en un inserto externo frío de diámetro interno muy pequeño como los de la Figura 9. Este sistema usa jeringas con agujas convencionales

Figura 9. Liners para Iyección Directa On-Column
Figura 9. Liners para Iyección Directa On-Column
La inyección con Crio-Focalización

La Inyección con Crio-Focalización permite la purga de grandes cantidades de solvente a través de la columna y la concentración de los analitos al principio de la misma. La temperatura de columna se mantiene unos 10ºC por encima de la temperatura de ebullición del solvente y unos 20ºC por debajo de la temperatura de ebullición del analito más volátil. Tras la purga del solvente se calienta la columna para la elución de los acompuestos de interés. Es una variante de la Inyección en Splitless y utiliza los mismos insertos (ver Figura 4).

Inyección de Temperatura Programada (PTV)
Figura 10. Inyector PTV típico
Figura 10. Inyector PTV típico

El Inyector de Teperatura Programada tiene una geometría similar a un inyector Split / Splitless convencional, con la salvedad que puede funcionar a temparatura constante o variable.

La muestra se inyecta en un inserto a temperatura ambiente o subambiente que luego se calienta rápidamente con un gradiente lineal o balístico de temperatura programable permitiendo que cada compuesto evapore según su punto de ebullición a temperatura inferiores a las que puedan causar descomposición.

Una variante consiste en mantener el inserto del inyector a una temperatura adecuada para la evaporación y purga del solvente por la válvula de split,  manteniendo en el inserto los compuestos de interés de mayor punto de evaporación. Este procedimiento puede repetirse varias veces para conseguir la concentración de analitos a nivel de trazas. Tras varias inyecciones se calienta el inserto para vaporizar los compuestos de interés preconcentrados e introducirlos en la columna. Para obtener los mejores resultados la temperatura inicial de la columna se mantiene baja durante el proceso inicial de eliminación de solvente o de concentración de analitos y se calienta según el programa de temperaturas después de que inserto alcance su temperatura máxima.

Un inyector PTV puede funcionar en Split o SplitLess tradicional: en este caso se mantiene constante la temperatura antes de la introducción de la muestra.

Los inyectores PTV permiten introducir la muestra a temperatura baja y vaporizarla en una segunda fase mediante un rápido incremento de la temperatura para permitir su transferencia a la columna.

Esta técnica puede funcionar también para la inyección de grandes volúmenes de muestra (LVI) puesto que permite la evaporación previa del solvente con la válvula de Split abierta, manteniendo los compuestos de interés en el inserto. En una fase posterior se evaporan  mediante un rápido incremento de temperatura, en Split o en Splitless,  minimizando el efecto de grandes cantidades de vapores de solvente en el sistema.

La baja temperatura inicial de vaporización permite que los compuestos térmicamente más sensibles no se degraden durante la inyección, puesto que la evaporación se realiza en una segunda fase en un ambiente totalmente inerte.

En general un Inyector PTV permite las siguientes técnicas:

  1. Inyección Caliente en Split : Introducción de la muestra con la Válvula de Split abierta y el inyector caliente. Este modo es comparable a la Inyección Split convencional.
  2. Inyección Fría en Split: Introducción de la muestra con la Válvula de Split abierta y el inyector frío. El inyector se calienta tras la inyección de la muestra. Los componentes de la muestra evaporan sobre una superficie inerte disminuyendo o eliminando los riesgos de degradación térmica de compuestos sensibles.
  3. Inyección Caliente en Splitless: Introducción de la muestra con la Válvula de Split cerrada y el inyector caliente. La válvula de split se abre tras un período suficiente para garantizar que la mayor parte de los vapores entren en la columna (60″ generalmente)  Este modo es comparable a la Inyección Splitless  convencional.
  4. Inyección Fría en Splitless: Introducción de la muestra con la Válvula de Split cerrada y el inyector frío. El inyector se calienta tras la inyección de la muestra. Los componentes de la muestra evaporan sobre una superficie inerte disminuyendo o eliminando los riesgos de degradación térmica de compuestos sensibles. La válvula de Split se abre tras el período de Splitless (60″ normalmente).
  5. Inyección Fría en Splitless y Eliminación de Solvente: En una primera fase se introduce la muestra con la Válvula de Split abierta y el inyector frío. Antes de calentar el inyector el solvente se elimina por la  línea de Split. Se puede concentrar la muestra en el inserto repitiendo la operación varias veces o se puede inyectar volúmenes de muestras mayores a los usuales. Tras la eliminación del solvente la válvula de split se cierra y se calienta en inyector.  El Inyector LVI (Large Volumne Injector) utiliza esta técnica.

Los Insertos que se utilizan en este tipo de inyector han de tener una masa térmica mínima para permitir su calefacción y enfriamiento rápido. Son de muy bajo diámetro interno. Ver Figura 11.

Figura 11. Insertos típicospara Inyectores PTV.
Figura 11. Insertos típicospara Inyectores PTV.

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