Elección y Pureza de los Gases

Fecha: 11 de Noviembre 2011
AREA DE NEGOCIO
CIENTIFICO
ELECCIÓN Y PUREZA
5
DE LOS GASES
VOLUMEN N°
Elección del Gas
Soy nuevo en el tema de la cromatografía.
¿Qué tipo de gases hay disponibles y qué debo
buscar?
Los gases empleados en la cromatografía del gas son:
1. El gas de fase movible, portador (Carrier) que mueve la muestra desde
la entrada a través de la columna hacia el detector;
2. Los gases de apoyo para el detector.
El gas portador es inerte; todo lo que hace es llevar las zonas o
bandas de análisis (usted puede verlas como cumbres o peak a medida
que salen de la columna y son registrados) a través de la entrada y de la
columna hacia el detector.
Los gases detectores, por otra parte, podrían participar
químicamente en el proceso de detección quemándose, produciendo
electrones, o iniciando reacciones en los sub estratos especiales, o podría
simplemente barrer las bandas analítica a través del detector (gas de
reemplazo).
Los requisitos de pureza dependen de la función del gas, la
sensibilidad del análisis, y del detector específico. Por ejemplo,
El oxígeno en el gas portador acortará la vida de su columna
contribuyendo a la degradación de la fase estacionaria, pero no tendrá
efecto como impureza del gas de reemplazo en la señal FID (detector por
ionización de llama).
Los niveles de partes por millón de hidrocarburos volátiles en el
gas de reemplazo o detector son perfectamente invisibles a un detector
por ionización de llama (FID), pero afectan dramáticamente la señal de
fondo de un detector de captura de electrones (ECD).
Lo opuesto es válido para los niveles de vestigios de hidrocarburos
volátiles que afectan a un FID pero no a un ECD.
Por otra parte, un valor ppm de la impureza total de hidrocarburo
img
en el gas de un proceso GC-FID será totalmente insignificante con respecto
a la cantidad de analito en la columna y a la atenuación de la señal del
detector.
El principio general es que sus gases GC deben estar libres de las
impurezas que interferirían con su análisis específico o que degradarían su
equipo cromatográfico.
Usted puede elegir los gases apropiados comparando las
especificaciones sugeridas por el vendedor del instrumento con las
especificaciones del producto descritas en los catálogos de los proveedores
de gases especiales.
La mayoría de los proveedores de gas tienen grados especiales de
gases para uso analítico pero no hay consistencia entre los proveedores
en cuanto a cómo llamarlos o ajustar las especificaciones. Usted tiene que
saber qué impurezas y a qué niveles interferirán con su análisis y elegir el
gas de acuerdo a ello.
Nota: Las especificaciones del gas enlistados en los catálogos de los proveedores no son
resultados analíticos. Representan los niveles máximos permisibles dentro del grado de
gas específico. Los resultados analíticos reales pueden ser significativamente más bajos
que las especificaciones. Por otra parte, casi todos los grados 6.0 de gas son calificados
por control de calidad estadístico. Generalmente, el 10 % o menos de los cilindros en una
carga llena serán analizado para verificar la calidad del gas.
Las columnas empacadas y capilares pueden responder de manera
diferente a las impurezas activas en el gas portador. Esta diferencia en
la respuesta depende de la extensión de conexión transversal, carga de
fase, edad y estado de la columna, y de las temperatura típicas a que está
expuesta la columna.
¿Qué gas portador debo usar?
Eso depende de su aplicación y, en algunos casos, de su detector. ¿Está
usted usando una columna empacada isotérmica GC como un analizador
de proceso? ¿Análisis ambiental de trazas con métodos GC capilares
programada con temperatura? ¿De análisis QA de fabricación donde la
producción es esencial y la resolución puede sacrificarse? ¿De soporte
I+D del producto?
Columnas empacadas
• El helio, el nitrógeno, y el argón pueden usarse como gases portadores
de columna empacada. El helio es removido fácilmente por un separador
de chorro en el GC-MS. El nitrógeno tiene la ventaja de ser menos caro
que los dos gases nobles. El argón se emplea en los gases de análisis para
el contenido de hidrógeno y helio por TCD. Las mezclas argón/metano han
sido usadas como el gas portador para el GC isotérmico con detección por
captura de electrones.
Columnas capilares
•
El helio es el gas portador más comúnmente empleado porque es
inerte y no inflamable, y posee propiedades físicas que permiten una
cromatografía del gas de alta resolución, programada con temperatura.
•
Aunque el hidrógeno es inflamable, su alta dispersión permite
velocidades lineales más rápidas y análisis consecuentemente más cortos
con la misma eficiencia de separación que la que proporciona el helio. Los
análisis más cortos se traducen en producción aumentada, lo que significa
costos más bajos por muestra.
La reactividad en algunas situaciones (hidrogenación catalítica de
moléculas insaturadas a una alta temperatura de entrada) podría ser un
problema cuando se usa H2 como la fase movible. Debe evaluarse el
potencial para reacciones químicas en su sistema analítico.
Hay también algunas preocupaciones en el uso del hidrógeno como la fase
movible en la cromatografía por espectrometría (6C-MJ): Los indicadores
de iones que monitorean la presión de la fuente de iones se calibran
generalmente con nitrógeno y de este modo no reportarán exactamente
la presión cuando hay H2 presente. Puede ser difícil para las bombas de
difusión de baja capacidad y turbo moleculares remover eficientemente
el H2 desde la fuente de iones de los instrumentos de sobremesa GC-MS.
No debe usarse nitrógeno en los GC de capilaridad programada con
temperatura.
Los cromatogramas de página siguiente muestran diferencias entre el
hidrógeno, el helio, y el nitrógeno como gases portadores en GC capilares programados con temperatura. La
muestra es una mezcla de prueba no polar isotérmica Supelco. Cada gas portador fue ajustado a su velocidad
lineal óptima a la temperatura inicial de la curva de enlace de temperatura. Observe los diferentes tiempos de
retención y la resolución. La columna y las condiciones no fueron cambiadas
Efecto del Gas Portador sobre el Tiempo de Resolución y de Análisis
Cuando se usa como gas portador, el hidrógeno proporciona típicamente una mejor resolución a
velocidades lineales más altas que las del helio o del nitrógeno.
Observe la co-levigación de los componentes de la mezcla de prueba con el portador de nitrógeno a tR ~
13 minutos.
Trazados Van Deemter para Columnas Capilares
Velocidad Lineal Promedia (cm/seg.)
El trazado de más arriba muestra la relación entre “HEPT” y la velocidad
lineal promedia del gas portador bajo condiciones isotérmicas. HEPT (o
“altura equivalente de una placa teórica”) es una medida de la eficiencia
de la columna. HEPT depende de la naturaleza del gas portador y de su
velocidad lineal (no de la tasa de flujo de volumen). Mientras más pequeña
es la HEPT, más eficiente es la separación. Usted puede obtener la eficiencia
más alta posible – el mejor poder separador – desde su GC cuando usted
ajusta la velocidad lineal del gas portador al valor en que HEPT es el más
bajo. Para el sistema caracterizado más arriba, lo óptimo ocurre más o
menos 12 cm/seg. para el nitrógeno, alrededor de 20 cm/seg. para el helio
y a unos 36 cm/seg. para el hidrógeno.
El nitrógeno es completamente diferente del helio y del hidrógeno. Aún
cuando el mínimo del nitrógeno es más bajo que el de cualquiera de los
otros dos gases, la curva es dramáticamente más empinada a medida que
aumenta la velocidad lineal. El nitrógeno es el más pobre de los tres gases
como gas portador para la cromatografía programada con temperatura,
debido a que ligeros cambios en la velocidad lineal durante una pasada
pueden conducir a una importante degradación de la eficiencia. La
pérdida de eficiencia (coalescencia de las dos cumbres) ilustrada en la
figura anterior, fue causada por la disminución en la velocidad lineal del
gas portador durante un programa de temperatura en que el portador no
fue controlado en su flujo.
La HEPT mínima con hidrógeno, por otra parte, es insensible a grandes
cambios en la velocidad lineal. La velocidad lineal puede ajustarse en
cualquier valor entre más o menos 30 cm/seg. y 60 cm/seg. sin perder la
eficiencia de separación durante la pasada. En resumen, el hidrógeno es
el gas portador preferido para las columnas de capilaridad.
img
Pureza del Gas
¿De qué Pureza es el Gas que debo usar?
Eso depende principalmente de la sensibilidad del análisis que usted
realice.
Usted tiene que considerar también el impacto de las impurezas del gas
en sus columnas. Su vendedor de la columna puede informarle de las
impurezas y sus concentraciones en el gas portador que son críticas para
las fases estacionarias específicas. Las especificaciones del vendedor del
instrumento son genéricas, no ofreciendo información específica alguna
sobre las columnas, pero le ponen a usted en la dirección correcta.
Hay dos medios de asegurar la pureza de sus gases para instrumento:
1. Comprar gases de baja calidad y purificarlos con purificadores del tipo
punto- de-uso.
2. Comprar gases de alta calidad y ya sea distribuir con los trenes del
purificador o considerarlos como seguro contra un cilindro potencialmente
pícaro que pudiera escurrirse entre las defensas de control de calidad
estadísticas del proveedor de gas.
La solución óptima es una calidad de gas que sea garantizada en base
a por cada cilindro que exceda las especificaciones del vendedor del
instrumento para el H2, el O2, y el THC. El problema con las garantías por
cada cilindro es que el costo analítico en que incurre el proveedor de gas
para asegurar la calidad del gas en cada cilindro es traspasado al cliente.
Estos son gases caros
Un tren purificador es una solución compleja que tampoco es económica.
Los trenes purificadores requieren afrontar costos de capital y una
disciplinada labor de mantención preventiva, para asegurarse de que ellos
no agregarán exactamente los mismos contaminantes que están diseñados
a eliminar en los chorros de gas. Y, por último, usted está confiando en las
garantías del vendedor en cuanto a que los purificadores cumplirán con
las especificaciones, debido a que usted típicamente no puede probar su
performance.
Hay ventajas y desventajas de material y costos de mano de obra,
consistencia en la calidad del gas, y la tranquilidad relacionada con
cada decisión. Usted debe decidir qué costos y riesgos está dispuesto
a sobrellevar para conseguir la pureza del gas que sus instrumentos y
columnas necesitan.
He aquí algunos factores técnicos que hay que tener presentes:
•
Mientras más bajos son los niveles máximos garantizados – las
especificaciones - de H2O, O2, y THC en el gas, más durarán sus columnas
y con menos ruido de fondo tendrá usted que lidiar (lo que significa mayor
sensibilidad y un rango dinámico lineal ampliado del detector).
•
Los detectores selectivos también son afectados por los niveles
de contaminantes ultra-trazas que no están certificados normalmente en
los gases de cromatografía. Por ejemplo, el ECD puede ser contaminado
con halocarburos, por solventes volátiles y olegómeros lubricantes
semivolátiles, en los gases portador y detector. Muchos proveedores de
gases especiales ofrecen certificación y grados de gas especiales para los
detectores selectivos.
•
Considere la sensibilidad de su instrumento y el grado de exactitud
requerida en su análisis. Si usted está trabajando a niveles porcentuales,
la pureza de sus gases no es tan importante como si estuviera trabajando
al nivel ppm. (A menos, por supuesto, que usted emplee el mismo
instrumento para ambos propósitos). La consistencia de la pureza, no
obstante, es siempre críticamente importante.
Contacte a su ejecutivo Indura para obtener mayor información.
Especificando la calidad correcta del gas para su aplicación, usted puede
prolongar la vida de la columna y reducir el tiempo perdido mientras
asegura la calidad en la línea de base que usted necesita.
¿Cuántos 9 son Suficientes para mis
Necesidades?
Esto es realmente formular la misma pregunta sobre las necesidades
de pureza del gas que la pregunta anterior, pero es acotada más
cuantitativamente. Los proveedores de gas comúnmente especifican la
pureza de sus productos en términos de 99,999% (5 nueves), 99,9999%
(6 nueves) y así adelante.
Mientras más puro es el gas, más 9s habrá. Estos números se calculan
restando las especificaciones de impureza total (como si fueran resultados
analíticos reales – que no lo son) del 100 %. Este número se llama la
“pureza total”.
Nota: Las especificaciones de impureza se escriben siempre como “<”
(menos que). De acuerdo a las reglas aritméticas para tratar con las
desigualdades, restando un “<” de 100 % resulta un “>”; de este modo, los
9s totales deben leerse como “>99,999 %” de pureza. Los 9s especifican
la pureza más baja posible del producto etiquetado.
Los 9s se usan para definir diferentes calidades de gas. Por ejemplo,
la calidad más alta del gas se especifica como siendo >99,9999 % o 6
nueves (o 6.0) y un grado inferior se define como >99,9995 % o 5 nueves
5 (5.5). También usted encontrará nombre de grados de gas tales como
“de investigación”, “portador”, “de ultra pureza”, “de ultra alta pureza”,
“cero” y así sucesivamente; y designaciones del grado de calidad como
6.0, 5.5, 5.0 y otras. Cada una de estas calidades tiene una especificación
de 9s diferente.
El problema con el resumir la pureza del gas con 9s es que no hay un
procedimiento standard para derivar el valor. Este varía de un producto
a otro y de un vendedor a otro. Ud. debe recurrir a las especificaciones
empleadas para producir la pureza total.
Recuerde: Sus gases GC deben ser lo suficientemente puros como para
que las impurezas – y siempre hay algunas – no interfieran con su análisis
o dañen su equipo. Le recomendamos elegir su gas de acuerdo a los
niveles de impureza claves, y no sobre la base de los descriptores de
pureza totales.
Las impurezas específicas pueden afectar selectivamente su detector.
Suponga que usted tiene un cilindro de gas portador helio que contiene
niveles medio-ppb de cloruro de metileno. Este gas será perfectamente
aceptable para una conductividad térmica o un detector por ionización de
llama, pero un detector de captura de electrones con su alta selectividad
y sensibilidad para los halocarburos quedará fuera de uso por el fondo de
cloruro de metileno a esa concentración.
Las misma consideraciones valen para sus columnas. La resistencia de la
fase estacionaria de su columna a la oxidación depende del tipo de fase.
Las columnas más polares son bastante menos estables en la presencia de
oxígeno y calor que lo que son las fases de silicona de metilo.
De modo que, realmente no podemos contestar su pregunta sólo contando
9s. Le sugerimos consultar a un proveedor de gas que entienda bien el
tema.
Para ver los grados de purezas e impurezas de los gases especiales de
Indura, visite el website : www.indura.net y descargue el Manual de Gases
o solicite las especificaciones técnicas a su ejecutivo asignado o llame a
nuestro Centro de Servicio al Cliente: 600 600 3030
Mirador de 9s una problemática frecuente
El problema fundamental con el conteo de los 9s es que un solo número
no puede decirle mucho. Usted no sabe cómo fue derivado dicho número.
Hay varias maneras de manipular las etiquetas de pureza del gas. Una de
las más fáciles es restringir el número de los contaminantes analizados (o
informados) para apuntar a un blanco de pureza. En la tabla de más abajo,
ambos gases se reclama que tienen >99,999 % de pureza. Aunque el Gas
B es claramente el mejor producto, la especificación de pureza del Gas A
fue obtenida por omisión selectiva.
Pureza del Gas A y del Gas B
Especificaciones del contaminante en molar ppm
Para mayor información contáctese con:
Leonardo Díaz
Sub Gerente Proyectos Comerciales Gases
Tel: 5303216
Mail: [email protected]
Teléfono de emergencia 800 800 505