CAPÍTULO IX. EVALUACIÓN DE SÍLICES MESOPOROSAS
ESTACIONARIAS PARA LA EXTRACCIÓN DE HORMONAS ESTEROIDEAS MEDIANTE SPE
I.3 CONTAMINANTES QUÍMICOS
I.4.1 Cromatografía de gases
La GC es una técnica de separación que se basa en la distribución del analito entre una fase móvil gaseosa y una fase estacionaria líquida inmovilizada sobre la superficie de un sólido inerte. La muestra se volatiliza, se inyecta en una columna cromatográfica que contiene la fase estacionaria y los analitos se eluyen por el flujo de la fase móvil que es un gas inerte que no interacciona con los mismos y que los arrastra hacia el detector,
separándose entre sí en base a las distintas afinidades de los mismos hacia la fase estacionaria [99].
I.4.1.1 La cromatografía de gases multidimensional
A pesar de las conocidas elevadas eficacias que se obtienen por GC para la separación de analitos volátiles, a menudo esta técnica no es capaz de resolver muestras complejas formadas por mezclas de compuestos con una gran similitud química. En estos casos la
alternativa es el empleo de la cromatografía de gases multidimensional.Este término se
utiliza para hacer referencia a una separación en la que se aplican dos mecanismos de separación ortogonales para aumentar la selectividad y en la que se combinan varias etapas de separación. En este caso, se emplean dos o más columnas acopladas para conseguir separaciones no alcanzables con solo una de ellas [100].
Dependiendo del modo de transferir los analitos de la primera a la segunda columna de separación se puede distinguir entre GC en dos dimensiones (GC x GC) y GC
multidimensional en su modo heart-cut (heart-cut MDGC). La Figura I.10 muestra la
comparación entre la forma de trabajo en las dos modalidades. La diferencia entre estos dos modos de operación reside en la fracción de muestra que se transfiere a la segunda columna. Así, mientras que en GC x GC se transfiere la totalidad de la muestra, en el
modo heart-cut MDGC se transfiere solamente una pequeña fracción de la misma a la
segunda dimensión. En GC x GC la muestra se somete a una primera separación cromatográfica y se transfiere en su totalidad a una segunda columna cromatográfica
donde se lleva a cabo una segunda separación de todos los analitos. En el modo heart-cut
MDGC la muestra se somete a una primera separación cromatográfica y solamente son transferidas a la segunda columna algunas fracciones, por lo general, aquellas donde se encuentran los analitos de interés o bien donde los analitos están peor resueltos.
1D
2D
1D
2D
Heart-cut MDGC
GC x GC
Figura I.10. Comparación entre las separaciones en dos dimensiones por heart-cut MDGC y por GC x GC.
Las columnas cromatográficas empleadas en una y otra modalidad también son diferentes. En GC x GC las columnas que se utilizan en la segunda dimensión en general
son más cortas (1 ó 2 m) que las empleadas en el modo heart-cut MDGC, con el fin de
llevar a cabo separaciones muy rápidas en esta segunda columna. De este modo, los tiempos de análisis que se obtienen en GC x GC son muy similares a los obtenidos en una separación unidimensional, pero con la ventaja añadida de que tanto la resolución obtenida como la capacidad de pico es significativamente mayor.
En este trabajo de investigación, el modo de operación de GC multidimensional que se
ha utilizado ha sido heart-cut MDGC. Este modo ha sido empleado desde mediados de los
años 50 y consiste, como se ha comentado, en transferir una o más fracciones no resueltas en la primera columna de separación a una segunda columna normalmente de polaridad
diferente. El esquema básico de un sistema heart-cut MDGC se muestra en la Figura I.11.
El sistema consta de dos columnas termostatizadas, dos detectores, un sistema de transferencia de la primera dimensión a la segunda y un capilar hueco que se utiliza para compensar presiones entre las dos dimensiones. Existen sistemas más sencillos que
disponen de un único horno, sin embargo, en estos casos se presenta el inconveniente de producir una gran pérdida en la capacidad de pico debido a que el programa de temperatura empleado en ambas columnas es el mismo. Para la transferencia de los analitos de la primera columna a la segunda, el sistema más empleado se conoce con el nombre de DEANS. Este sistema consiste en una válvula en forma de “T” que funciona por cambios de presión [101] y que dirige el flujo hacia la segunda dimensión o hacia el detector de la primera dimensión y además es el que hay que controlar a la perfección para hacer las transferencias de una a otra dimensión de forma adecuada. Por tanto, el
primer paso a la hora de trabajar en heart-cut MDGC es el ajuste del dispositivo DEANS.
La presión que se debe aplicar en el sistema DEANS depende básicamente de tres parámetros: 1) la presión en cabeza de columna, 2) las dimensiones de las dos columnas y 3) las dimensiones del capilar hueco, y por ello la presión aplicada se debe optimizar siempre que se cambie alguno de los parámetros indicados.
Detector 1 Detector 2 Inyector Capilar hueco DEANS 1D 2D Línea de transferencia
Figura I.11. Esquema de los componentes básicos de un sistema heart-cut MDGC.
Decir que en general, en el modo de trabajo heart-cut MDGC, la primera columna suele
tener carácter apolar y longitudes superiores a las empleadas en la segunda columna, que suele poseer un carácter más polar que la primera. Además, la segunda columna puede
ser también una columna quiral, de modo que en la primera columna se separan todos los analitos entre sí y a la segunda columna se transfieren solamente aquellos que se quieren separar enantioméricamente.
Con respecto a los sistemas de detección en esta modalidad de trabajo, se pueden emplear todos los detectores clásicamente utilizados en GC convencional, como son la espectrometría de masas (MS), el detector de ionización de llama (FID), la resonancia magnética nuclear (NMR), la espectrometría de infrarrojos (IR) o el detector de captura electrónica (ECD). Es este último sistema de detección el que se describirá a continuación brevemente por ser el que se ha empleado en este trabajo de investigación.
I.4.1.2 El detector de captura electrónica
En la modalidad de GC multidimensional empleada en este trabajo (heart-cut MDGC)
se han utilizado dos detectores ECD con el fin de detectar los analitos que eluyen de las
dos columnas. La Figura I.12 muestra el esquema básico de un detector ECD. En este caso
el efluente que sale de la columna pasa por un emisor β, como níquel-63 o tritio (adsorbido sobre una lámina de platino o de titanio). Un electrón del emisor provoca la ionización del gas portador y la producción de una ráfaga de electrones. De este proceso de ionización y en ausencia de especies orgánicas, se produce una corriente constante entre el par de electrodos, mientras que en presencia de moléculas orgánicas la corriente disminuye ya que van a tender a capturar dichos electrones. [102].
El detector de captura de electrones es de respuesta selectiva, siendo muy sensible a las moléculas que contienen grupos funcionales electronegativos tales como halógenos, peróxidos, quinonas, y grupos nitro; en cambio, no es sensible a grupos funcionales como aminas, alcoholes o a los hidrocarburos. Por este motivo, es un detector muy adecuado para la detección de PCBs y sus metabolitos metilsufonados que poseen grupos cloro en su estructura.
ELECTRODO COLECTOR LÁMINA RADIOACTIVA Ni-63 COLUMNA GC
Figura I.12. Esquema básico de un detector ECD.
Los detectores de captura de electrones son altamente sensibles y tienen la ventaja de no alterar la muestra de manera significativa (a diferencia del detector de llama). Por otra parte, su intervalo lineal de respuesta normalmente se limita a unos dos órdenes de magnitud.