Un reactor de oxidación-reducción post-columna es un reactor químico que realiza la derivatización para mejorar la medición cuantitativa de analitos orgánicos . Se utiliza en cromatografía de gases (GC), después de la columna y antes de un detector de ionización de llama (FID), para hacer que el factor de respuesta del detector sea uniforme para todas las especies basadas en carbono.
El reactor contiene catalizadores que convierten todos los átomos de carbono de las moléculas orgánicas en los efluentes de la columna de cromatografía de gases en metano antes de llegar al FID. Como resultado, todos los átomos de carbono se detectan por igual y, por lo tanto, no se necesitan estándares de calibración para cada compuesto. Puede mejorar la respuesta del FID a muchos compuestos con una respuesta deficiente o baja, incluidos el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO 2 ), el cianuro de hidrógeno (HCN), la formamida (CH 3 NO), el formaldehído (CH 2 O) y el ácido fórmico (CH 2 O 2 ).
El concepto de utilizar un reactor catalítico post-columna para mejorar la respuesta del FID se desarrolló por primera vez para la reducción de dióxido de carbono y monóxido de carbono a metano utilizando un catalizador de níquel . [1] [2] El dispositivo de reacción, a menudo denominado metanizador , se limita a la conversión de dióxido de carbono y monóxido de carbono a metano, y los catalizadores se envenenan con azufre y etileno, entre otros.
El uso de un reactor de combustión antes del reactor de reducción permite que otros productos químicos que contienen carbono se beneficien de la mejora en la detección de FID. [3] [4] [5] En el paso de combustión, todo el carbono se convierte en dióxido de carbono, lo que permite convertirlo en metano para la mejora de FID independientemente de su forma química original.
El reactor funciona convirtiendo los analitos orgánicos después de la separación por cromatografía de gases en metano antes de la detección por FID. Las reacciones de oxidación y reducción ocurren secuencialmente, en las que el compuesto orgánico se quema primero para producir dióxido de carbono, que posteriormente se reduce a metano. Las siguientes reacciones ilustran el proceso de oxidación/reducción del ácido fórmico .
Las reacciones son rápidas en comparación con las escalas de tiempo típicas de la cromatografía de gases , lo que da como resultado ensanchamiento de picos y colas manejables. [ cita requerida ] Los elementos distintos del carbono, como CH 4 , no se ionizan en la llama y, por lo tanto, no contribuyen a la señal FID.
Sólo se detectan los iones CHO + formados a partir de la ionización de compuestos de carbono. [6] Por lo tanto, los subproductos distintos del metano de las reacciones no son detectados por el FID.
Dado que cada compuesto pasa a través del lecho catalizador del reactor, ciertas sustancias que podrían ser nocivas o que podrían afectar negativamente la eficiencia y durabilidad del FID se convierten en formas más seguras. Por ejemplo, el cianuro se transforma catalíticamente en metano, agua y nitrógeno.
Conversión integral: el reactor convierte todos los compuestos orgánicos en metano, mientras que los metanizadores tradicionales normalmente solo convierten CO y CO2 . Esta conversión integral da como resultado una respuesta más uniforme y una detección más sensible para una gama más amplia de especies orgánicas.
Resistencia al envenenamiento: El reactor es más resistente al envenenamiento por compuestos que contienen nitrógeno y oxígeno en comparación con los metanizadores tradicionales. Esto significa que puede mantener su rendimiento y eficiencia incluso en presencia de compuestos que puedan interferir.
Picos más nítidos: en comparación con las versiones de metanizadores con columnas empaquetadas, el reactor generalmente produce picos más nítidos. Los picos más nítidos mejoran la resolución y pueden mejorar la precisión y la confiabilidad del análisis cromatográfico.
El reactor PolyArc necesita hidrógeno y aire, que son gases que se utilizan en cualquier configuración de FID existente. El software para capturar y analizar señales de FID sigue siendo aplicable y no se necesita software adicional para el dispositivo. Los flujos de gas hacia el dispositivo se controlan mediante una caja de control externa que debe calibrarse manualmente para los flujos deseados de aire e hidrógeno. La respuesta general del detector se puede analizar mediante un método estándar externo o interno.
En el método de estándar externo, la señal FID se correlaciona con la concentración de carbono por separado del análisis. En la práctica, esto implica la inyección de cualquier especie de carbono en cantidades variables para crear un gráfico de la señal (es decir, el área del pico) frente a la cantidad de carbono inyectado (por ejemplo, moles de carbono). El usuario debe tener cuidado de tener en cuenta cualquier división de la muestra, adsorción, discriminación de entrada y fugas. Los datos deben formar una línea con una pendiente, m, y una intersección, b. La inversa de esta línea se puede utilizar para determinar la cantidad de carbono en cualquier inyección posterior de cualquier compuesto.
Esto es diferente de una calibración FID típica, en la que este procedimiento debe completarse para cada compuesto a fin de tener en cuenta las diferencias de respuesta relativas. La calibración debe examinarse periódicamente para tener en cuenta la desactivación del catalizador y otras fuentes de deriva del detector.
En el método del estándar interno, la muestra se dopa con una cantidad conocida de alguna molécula orgánica y la cantidad de todas las demás especies se puede derivar de su respuesta relativa al estándar interno (IS). El IS puede ser cualquier molécula orgánica y debe elegirse por su facilidad de uso y compatibilidad con los compuestos de la mezcla. Por ejemplo, se pueden añadir 0,01 g de metanol como IS a 0,9 g de gasolina. A continuación, se inyecta la mezcla de metanol/gasolina al 1 % en peso y se puede determinar la concentración de todas las demás especies a partir de su respuesta relativa al metanol sobre una base de carbono.
Los efectos de la variabilidad de inyección a inyección resultante de diferentes volúmenes de inyección, relaciones de división variables y fugas se eliminan con el método de estándar interno. Sin embargo, la discriminación de entrada causada por adsorción, reacción o vaporización preferencial en la entrada puede generar problemas de precisión cuando el estándar interno se ve afectado de manera diferente al analito.
Cualquier especie no carbonada que no se detectaría en una configuración FID tradicional (por ejemplo, agua, nitrógeno, amoníaco) no se detectará con PolyArc/FID. Este detector se puede combinar con otros detectores que brindan información complementaria, como el espectrómetro de masas o el detector de conductividad térmica .
