Cromatografía de gases

miniatura|Unha cromatografía de gases cun mostreador na parte superior
A **cromatografía de gases** ou CG (GC na literatura inglesa) é un tipo común de cromatografía usada en química analítica para separar e analizar compostos que poden ser vaporizados sen que se descompoñan. Usos típicos desta cromatografía son comprobar a pureza dunha determinada substancia ou separar os diferentes compoñentes dunha mestura (poden determinarse tamén as cantidades relativas deses compoñentes). Nalgunhas situacións, a cromatografía de gases pode axudar a identificar un composto. Na cromatografía preparativa, a cromatografía de gases pode utilizarse para preparar compostos puros a partir dunha mestura.

Na cromatografía de gases, a *fase móbil* é un gas transportador, xeralmente un gas inerte como o helio ou un gas non reactivo como o nitróxeno. O helio é o máis usado en aproximadamente o 90% dos instrumentos aínda que o hidróxeno é o preferido para conseguir separacións melloradas. A *fase estacionaria* é unha capa microscópica de líquido ou polímero sobre un soporte sólido inerte, dentro dunha peza de vidro ou tubo metálico chamado columna (unha homenaxe á columna de fraccionamento usada en destilacións). O instrumento usado para realizar a cromatografía de gases denomínase *cromatógrafo de gases* (ou "aerógrafo" ou "separador de gases").

Os compostos gasosos que van ser analizados interaccionan coas paredes da columna, que están cubertas cunha fase estacionaria. Isto causa que cada composto elúa nun diferente momento, coñecido como *tempo de retención* do composto. A comparación dos tempos de retención é o que lle dá á cromatografía de gas a súa utilidade.

A cromatografía de gas é en canto aos seus principios similar á cromatografía en columna (e a outras formas de cromatografía, como a cromatografía líquida de alto rendemento ou HPLC, e a cromatografía en capa fina), pero ten varias diferenzas notables. Primeiro, o proceso de separación dos compostos dunha mestura lévase a cabo entre unha fase estacionaria líquida e unha fase móbil gasosa, mentres que na cromatografía en columna a fase estacionaria é un sólido e a fase móbil un líquido. (Por tanto, o nome completo do proceso é "cromatografía gas-líquido", referíndose ás fases móbil e estacionaria, respectivamente.) Segundo, a columna a través da que pasa a fase de gas está situada nun forno onde a temperatura do gas pode ser controlada, mentres que a cromatografía en columna (normalmente) non ten control de temperatura. Finalmente, a concentración dun composto na fase de gas está só en función da presión de vapor do gas. que separou pigmentos de plantas por cromatografía en columna líquida. A química alemá Erika Cremer en 1947 xunto co estudante graduado austríaco Fritz Prior desenvolveron os fundamentos teóricos da cromatografía de gases e construíron o primeiro cromatógrafo líquido-gas, pero o seu traballo foi considerado irrelevante e foi ignorado durante longo tempo. Archer John Porter Martin, que recibiu o premio Nobel polo seu traballo do desenvolvemento da cromatografía líquido–líquido (1941) e en papel (1944), acabou por ser considerado o fundador da cromatografía de gases. A popularidade da cromatografía de gases aumentou rapidamente despois do desenvolvemento do detector de ionización de chama.

## Análise de cromatografía de gases 
Un **cromatógrafo de gases** é un instrumento de análise química para separar compostos químicos nunha mostra complexa. Unha cromatografía de gas usa un tubo estreito de fluxo chamado *columna*, pola cal pasan os distintos constituíntes químicos dunha mostra nunha corrente de gas (gas portador, *fase móbil*) a diferentes velocidades dependendo das súas propiedades químicas e físicas e as súas interaccións cun recheo específico na columna, chamado *fase estacionaria*. A medida que os compostos químicos sae polo extremo final da columna, son detectados e identificados electronicamente. A función da fase estacionaria na columna é a de separar os diferentes compoñentes, causando que cada un saia da columna nun diferente momento (*tempo de retención*). Outros parámetros que se poden usar para alterar a orde ou o tempo de retención son a velocidade do fluxo do gas portador, a lonxitude da columna e a temperatura.
miniatura|Diagrama dunha cromatografía de gas.
Nunha análise de cromatografía de gas, inxéctase un volume coñecido dun analito gasoso ou líquido na "entrada" (cabeza) da columna, usualmente usando unha microxiringa (ou, fibras de microextracción en fase sólida ou un sistema interruptor dunha fonte de gas). Como o gas portador arrastra as moléculas do analito a través da columna, este movemento é inhibido pola adsorción das moléculas do analito sobre as paredes da colmna ou sobre materiais de empaquetado na columna. A velocidade á cal a molécula avanza ao longo da columna depende da forza de adsorción, que á súa vez depende do tipo de molécula e dos materiais da fase esacionaria. Como cada tipo de molécula ten unha diferente velocidade de progresión, os diversos compoñentes da mestura do analito sepáranse a medida que avanzan pola columna e alcanzan o final da columna en diferentes momentos (tempo de retención). Utilízase un detector para monitorizar a corrente de saída da columna; así, poden determinarse o tempo ao que cada compoñente chega á saída e a cantidade dese compoñente. Xeralmente, as substancias identifícanse (cualitativamente) pola orde na cal saen (elúen) da columna e polo tempo de retención do analito na columna.

## Compoeñtes físicos 
### Automostreadores 
O automostreador ou mostreador automático serve para introducir a mostra automaticamente nas entradas do aparato. A inserción manual da mostra é posible mais xa non é moi común. A inserción automática permite unha mellor reproducibilidade e optimización de tempo.
miniatura|Un automostreador para mostras gasosas e líquidas que usa unha microxiringa
Existen diferentes tipos de automostreadores. Os automostreadores poden clasificarse segundo a capacidade de mostrear (autoinxectores fronte a automostreadores, entre que os autoinxectores poden traballar cun pequeno número de mostras), ou as tecnoloxías robóticas (robot XYZ fronte robot rotador, que é o máis común), ou segundo a análise, en:

* Líquido.
* De espazo de cabeza (*head-space*) estático por tecnoloxía de xiringa.
* De espazo de cabeza dinámico por tecnoloxía de liña de transferencia.
* De microextracción en fase sólida (SPME).

### Entrada 
miniatura|Entrada dividida/non dividida.

A columna de entrada (inlet ou inxector) proporciona o medio para introducir a mostra nun fluxo continuo de gas portador. A entrada é unha peza de hardware unida á cabeza da colmna.

Tipos de entradas comúns son:
* Inxector S/SL (*split/splitless* ou dividido/non dividido).- A mostra introdúcese nunha pequena cámara quentada por medio dunha xiringa a través dun septo (a calor facilita a volatilización da mostra e da matriz da mostra. O gas portador arrastra despois a totalidade da mostra (modo *splitless* ou non dividido) ou só unha porción (modo dividido) á columna. No modo dividido, unha parte da mostra/gas portador da mestura na cámara de inxección é expulsada pola abertura de división. A inxección con división é a preferida cando se traballa con mostras con altas concentracións de analito (>0,1%) mentres que a inxección non dividida é máis axeitada para análises de trazas con baixas cantidades de analitos (inj, e o volume da célula detectora, Vdet, deberían ser de aproximadamente 1/10 do volume ocupado pola porción da mostra que contén as moléculas de interese (analitos) cando estes saen da columna (regra do dez).

Algúns requisitos xerais que debería cumprir unha boa técnica de inxección son que ten que ser posible obter a eficiencia de separación óptima da columna, debería permitir inxeccións exactas e reproducibles de pequenas cantidades de mostras representativas, non debería inducir cambios na composición da mostra, non debería exhibir unha discriminación baseada en diferenzas no punto de ebulición, polaridade, concentración ou estabilidade térmica/catalítica e, finalmente, debería ser aplicable para análises de trazas e tamén de mostras non diluídas.

Porén, hai varios problemas inherentes ao uso de xiringas para a inxección. Incluso coas mellores xiringas a exactitude é de só o 3%, e en mans non expertas os erros son moito maiores. A agulla, ao pinchar, pode cortar pequenos cachos de goma do septo cando se inxecta a mostra a través del. Estes cachos poden bloquear a agulla e impedir que a xiringa se encha a seguinte vez que se use. Isto pode pasar desapercibido. Unha fracción da mostra pode quedar atrapada na goma, e despois ser inxectada durante as seguintes inxeccións. Isto pode dar lugar a picos fantasma no cromatograma. Pode haber perdas selectivas dos compoñentes máis volátiles da mostra por evaporación pola punta da agulla.

### Selección da columna 
A elección da columna depende da mostra e o activo medido. O principal atributo químico que se busca cando se escolle a columna a utilizar é a polaridade da mestura, mais os grupos funcionais poden ter un importante papel na selección da columna. A polaridade da mostra debe asemellarse moito á polaridade da fase estacionaria da columna para incrementar a resolución e a separación mentres que se reduce o tempo de funcionamento. A separación e tempo de funcionamento dependen tamén do grosor da película (da fase estacionaria), o diámetro da columna e a lonxitude da columna.

### Temperatura na columna e programa de temperatura 
miniatura|Un forno de cromatografía de gases aberto para mostrar a columna capilar

A(s) columna(s) nunha cromatografía de gases están dentro dun forno, cuxa temperatura se controla con precisión electronicamente. (Cando un analista fala de "temperatura da columna" estase a referir tecnicamente á temperatura do forno da columna. A distinción, non obstante, non é importante e non se fará neste artigo).

A velocidade á cal pasa a mostra a través da columna é directamente proporcional á temperatura da columna. Canto maior e a temperatura da columna, máis rápido se move a mostra pola columna. Porén, canto máis rápido se move a mostra pola columna, menos interacciona coa fase estacionaria e menos analitos se separan.

En xeral, a temperatura da columna selecciónase establecendo un compromiso entre a duración da análise e o nivel de separación.

Un método que mantén a columna á mesma temperatura durante toda a análise denomínase "isotérmico". Porén, a maioría dos métodos incrementan a temperatura da columna durante a análise. A temperatura inicial, a velocidade de incremento da temperatura (a "rampla" de temperatura) e a temperatura final denomínanse programa de temperatura.

Un programa de temperatura permite que os analitos que elúen primeiro durante a análise se separen debidamente, mentres que acurta o tempo que tardan en pasar pola columna os analitos que elúen de últimos.

## Redución de datos e análise 
### Análise cualitativa 
Xeralmente, os datos cromatográficos preséntanse nun gráfico da resposta do detector (eixe Y) fronte ao tempo de retención (eixe X), que se denomina cromatograma. Este proporciona un espectro de picos para a mostra, que representa os analitos presentes na mostra que elúen pola columna en diferentes momentos. O tempo de retención pode usarse para identificar analitos se as condicións do método son constantes. Ademais, o padrón de picos será constante para unha mostra con condicións constantes e pode identificar mesturas complexas de analitos. Porén, na maioría das aplicacións modernas, a cromatografía de gases está conectada a un espectrómetro de masas ou detector similar con capacidade de identificar os analitos representados polos picos.

### Análise cuantitativa 
A área que queda baixo un pico é proporcional á cantidade de analito presente no cromatograma. Calculando a área dun pico usando a función matemática de integración, pode determinarse a concentración dun analito na mostra orixinal. A concentración pode calcularse usando unha curva de calibración creada para atopar a resposta para unha serie de concentracións de analito ou para determinar o factor de resposta relativo dun analito. O factor de resposta relativo é a proporción esperada dun analito respecto dun estándar interno (ou dun estándar externo) e calcúlase atopando a resposta dunha cantidade coñecida de analito e unha cantidade constante de estándar interno (un composto químico engadido á mostra a unha concentración constante, cun determinado tempo de retención para o analito).

Na maioría dos sistemas GC-MS máis modernos, utilízase software de computación para debuxar e integrar os picos e para atopar as correspondencias do espectro de espectrometría de masas coa biblioteca de espectros.

## Aplicacións 
En xeral, as substancias que se vaporizan por debaixo dos 300&nbsp;°C (e por tanto, son estables ata esa temperatura) poden medirse cuantitativamente. Tamén cómpre que as mostras non conteñan sales; non deberían conter ións. Poden medirse cantidades moi pequenas dunha substancia, pero a miúdo requírese que se mida a mostra en comparación cunha mostra que contén a substancia que se sospeita que existe, pero en forma pura, coñecida como estándar de referencia.

Poden utilizarse varios programas de temperatura que fan que as lecturas sexan máis significativas; por exemplo para diferenciar entre substancias que se comportan de xeito similar durante o proceso de cromatografía de gases.
Os profesionais que traballan coa cromatografía de gases analizan o contido dun produto químico, por exemplo para asegurarse da calidade dos produtos na industria química; ou medindo substancias tóxicas no solo, aire ou auga. A cromatografía de gases é moi precisa cando se usa correctamente e pode medir picomoles dunha substancia en 1&nbsp;mL de mostra líquida, ou concentracións de partes por mil millóns (10-9) en mostras gasosas.

En cursos prácticos universitarios, os estudantes con frecuencia familiarízanse coa cromatografía de gas estudando o contido do aceite de lavanda ou medindo o etileno que segrega a planta *Nicotiana benthamiana* despois de danar artificialmente as súas follas. Estas cromatografías de gases analizan hidrocarburos (C2-C40+). Nun experimento típico utilízase unha columna empaquetada para separar os gases lixeiros, que son despois detectados cun TCD. Os hidrocarburos sepáranse usando unha columna capilar e detéctanse cun FID. Unha complicación que se pode presentar nas análises de gases lixeiros que inclúen H2 é que o He, que é o portador inerte máis común e máis sensible (a sensibilidade é proporcional á masa molecular), ten unha condutividade térmica case idéntica á do hidróxeno (é a diferenza en condutividade térmica entre dous filamentos separados nun arranxo de tipo Ponte de Wheatstone o que indica cando eluíu un compoñente). Por esta razón, son comúns os instrumentos TCD duais usados cunha canle separada para o hidróxeno que usan nitróxeno como portador. O argon é ás veces utilizado cando se analizan reaccións químicas en fase de gas como a síntese F-T, para que se poida usar un só gas portador en vez de dous separados. A sensibilidade é reducida, mais isto é un prezo que se paga para poder usar un gas cuxa subministración é menos complicada.

A cromatografía de gases úsase amplamente en ciencia forense. Disciplinas tan diversas como a identificación e cuantificación de doses de drogas sólidas (antes do consumo), investigación de incendios provocados, análise de mostras de pinturas e casos toxicolóxicos empregan a cromatografía de gases para identificar e cuantificar varios espécimes biolóxicos e probas no lugar dun crime.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
*Química analítica
*Cromatografía
*Cromatografía de gases-espectrometría de masas
*Cromatografía líquida de alto rendemento (HPLC)
*Cromatografía de gases inversa
*Cromatografía en capa fina

### Ligazóns externas 
*[Chromatographic Columns](https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Instrumental_Analysis/Chromatography/Chromatographic_Columns) na Chemistry LibreTexts Library
*