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• Omar Esteban Marquez

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 Analizador de Gases Orsat El equipo analizador llamado Orsat, permite individualizar y cuantificar los gases ácidos (anhídrido carbónico, anhídrido sulfuroso y otros gases ácidos eventualmente presentes, en su conjunto), el oxígeno y el monóxido de carbono en una muestra gaseosa. Se emplea con frecuencia en el estudio de gases de combustión, provenientes de hornos, motores de combustión, etc.

Consiste sumariamente en una bureta graduada conectada en su parte superior a un manifold constituido por tubos de pequeño diámetro con 4 o 5 llaves de paso. Una de las llaves se encuentra en el extremo opuesto al de la bureta y a través de ella se accede a la muestra gaseosa por una válvula y a la atmosfera por otra, esto permite

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efectuar el purgado del equipo con el gas a ensayar, las otras llaves comunican cada una con una pipeta de absorción. Por su parte inferior la bureta comunica con un frasco de nivel que contiene el líquido que permitirá confinar el gas y efectuar los desplazamientos necesarios dentro del equipo. La bureta está sumergida en una camisa de agua. La bureta tiene una capacidad de 100 ml, con graduaciones, a partir de 0 ubicado en la parte inferior de esta, que marcan milímetros con una precisión de 0.2 ml. Los gases a ensayar se toman según criterios establecidos tendientes a obtener una muestra representativa, teniendo en cuenta la variación de velocidad y composición de los mismos en función particularmente de la temperatura. Se debe evitar contaminación con aire. Las pipetas de absorción contienen por su orden de relación con su proximidad a la bureta de absorción, los siguientes reactivos: 1- Solución alcalina de hidróxido de potasio, KOH, en agua en una proporción de 33% en peso. Esta solución retiene en su totalidad los gases ácidos, formando las sales de potasio correspondientes. 2- Solución alcalina de pirogalol en hidróxido de potasio al 50% en peso. Esta solución retiene cuantitativamente el oxígeno. Se produce una compleja reacción de oxidación. 3- Solución de cloruro cuproso (Cu2Cl2) en ácido clorhídrico (HCl) concentrado. Esta solución retiene el monóxido de carbono, con el cual da un compuesto de adición estableciéndose el siguiente equilibrio: CuCl2 + 2CO = CuCl2; 2CO

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Cuando esta solución se desgasta el compuesto de la derecha libera CO en lugar de absorberlo. Por esta razón suelen usarse 2 pipetas de absorción con cloruro cuproso.

 Cromatógrafo de gases El esquema general de un cromatógrafo de gases se muestra en la figura. Los componentes fundamentales de un cromatógrafo de gases son:     

Fuente de gas Sistema de inyección Horno y columna cromatografía Sistema de detención Sistema de registro

Los gases portadores utilizados en cromatografía no afectan, en principio a la separación ya que no tienen ninguna influencia sobre los procesos

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de sorcion-desorcion o de partición que se producen en la columna, por lo que afectan a la selectividad de esta: de cualquier forma, los términos de difusión en la fase móvil de la ecuación de Van Deemter, si depende de la naturaleza del gas portador, por los que las curvas de AEPT serán ligeramente distintas para cada tipo de gas, lo que a su vez influirá sobre la velocidad optima de la fase móvil y, en consecuencia sobre los tiempos análisis. Al margen del efecto que la naturaleza del gas portador puede ejercer sobre la altura de plato, la elección de uno u otro tipo de gas, estará determinada fundamental por el sistema de detención utilizado, como fuentes de gas portador se suelen utilizar cilindros de gas comprimido de elevada pureza, capaces de suministrar una presión de gas adecuada y constante; es de hacer notar que en muchos casos es necesario eliminar las trazas de impurezas que pueda contener l gas (O2 y H2O fundamental) que pueden afectar al sistema cromatógrafo por medio de filtros adecuados. El control de la velocidad del gas portador a través de la columna se realiza por medio de válvulas que suministran un caudal constante (columnas empaquetadas) o que mantienen constantes la presión cabeza de columna (sistemas capilares).

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 Cromatógrafo de gases El detector de ionización de llama (FID) es el detector más extensamente utilizado, y por lo general, uno de los más aplicables en cromatografía de gases. En un quemador el efl uente de la columna se mezcla con H2 y aire para luego encenderse eléctricamente. La mayoría de los compuestos orgánicos, cuando se pirolizan a la temperatura de una llama de H2/aire, producen iones y electrones que pueden conducir

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la electricidad a través de la llama. Cuando se aplica una diferencia de potencial de unos pocos cientos de voltios entre el extremo del quemador y un electrodo colector situado por encima de la llama, la corriente que resulta (~10-2 A) se dirige para su medida hacia un amplificador operacional de alta impedancia. La ionización de la llama de compuestos que contienen carbono no es un proceso bien establecido, aunque se observa que el número de iones que se producen es relativamente proporcional al número de átomos de carbono reducidos en la llama. El detector de ionización de llama responde al número de átomos de carbono que entra en el detector por unidad de tiempo, por ello, es más un detector sensible a la masa, que un sistema sensible a la concentración. Grupos funcionales, tales como carbonilo, alcohol, halógeno y amina, originan en la llama pocos iones o prácticamente ninguno. Además, el detector es insensible a los gases no combustibles como H2O, CO2, SO2 y NOx. Estas propiedades hacen de este detector uno de los detectores generales más utilizado para el análisis de la mayoría de compuestos orgánicos, incluyendo aquellos que están contaminados con agua y con óxidos de nitrógeno y azufre. La insensibilidad del detector de ionización de llama para con el agua le hace particularmente útil en la detección de contaminantes en muestras naturales de agua. Las aplicaciones de este detector son diversas y generalmente de control rutinario. Un ejemplo de ello es la determinación de kerosinas como factor de conversión energético, o la determinación de residuos de hidrocarburos en poliestirenos destinados a envasados alimentarios. De igual modo es utilizado en la determinación de hidrocarburos como metano, etano y acetileno, así como en la identificación de compuestos que los contengan, incluso de compuestos orgánicos volátiles (VOC´s). El FID posee una elevada sensibilidad (~10-13 g/s), un gran intervalo de respuesta lineal (~107 ), y un bajo ruido. Por lo general, es resistente y fácil de utilizar. Una desventaja de este detector es que se trata de un detector destructivo de la muestra. Un tratamiento particular debe aplicarse al FID si se quiere determinar nitrógeno orgánico y compuestos de fósforo. Se trata fundamentalmente de una nueva configuración del sistema. A la salida de la columna, los efluentes se mezclan con H2 y aire y se queman en la llama. El gas caliente fluye alrededor de una bola de silicato de rubidio calentada eléctricamente, la cual se mantiene a 180V con respecto al colector.

Gases portadores y de detección

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La bola caliente forma un plasma que alcanza la temperatura de 600 a 800 ºC, lo que hace que se produzcan una gran cantidad de iones a partir de las moléculas que contienen fósforo o nitrógeno, esta gran corriente de iones se emplea para determinar compuestos que contengan estos dos elementos. Estos detectores termoiónicos (TID) son selectivos a compuestos orgánicos que contengan N2 y P. Su respuesta a un átomo de P es aproximadamente 10 veces mayor que a la de un átomo de N2. En comparación con el detector de ionización de llama, el detector termoiónico es unas 500 veces más sensible para los compuestos que contienen P y unas 50 veces más sensibles a las especies nitrogenadas. Estas propiedades hacen de la detección termoiónica un sistema particularmente útil para la determinación y detección de pesticidas. Un importante papel juega en CG-FID el gas portador para transferir la muestra desde el inyector, a través de la columna hasta el detector. El gas portador debe ser un gas inerte, no adsorbido por el material de la columna, los más habituales son helio o nitrógeno, en algunas ocasiones se emplea hidrógeno. El detector FID necesita hidrógeno como combustible y aire sintético como gas oxidante durante el proceso de combustión. Impurezas de hidrocarburos y oxígeno producen un gran ruido en la línea base del cromatograma, el cual tiene su efecto adverso sobre el límite de detección. Estas impurezas en los gases del detector, deben permanecer en límites de ppm para el correcto funcionamiento de éste. Como todo proceso cromatográfico, la cromatografía de gases es un método relativo por lo que la calibración con mezclas precisas es necesario tanto para medir y calibrar la linealidad del detector, garantizando de este modo una buena reproducibilidad de la columna.