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cromatografía de gases

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cromatografía de gases

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Ya sea que lo sepamos o no, confiamos en una serie de técnicas analíticas en muchos aspectos de nuestras vidas, desde el desarrollo de medicamentos hasta la seguridad de nuestros alimentos y el cumplimiento de la ley. Sin embargo, muchos de los compuestos que deben evaluarse sonen mezclas complejas y, por lo tanto, las técnicas de separación química, incluida la cromatografía, son el núcleo de muchos protocolos y laboratorios analíticos.

Existe una gama de técnicas de cromatografía que explotan diferentes propiedades de los analitos potenciales y, en consecuencia, cada una se adapta a diferentes propósitos. En términos generales, se pueden subdividir en cromatografía de gases GC y cromatografía líquida LC. En este artículo vamospara centrarse en GC, cómo funciona, su combinación con técnicas posteriores y cuáles son sus aplicaciones.



Sección enlaces rápidos

¿Qué es la cromatografía de gases y cómo funciona?
Manejo de datos de cromatografía de gases
Cromatografía de gases multidimensional
Combinando cromatografía de gases con otras técnicas analíticas
Aplicaciones de la cromatografía de gases

- Petroquímica

- Biofarma

- Productos de cuidado personal

- Descubrimiento de fármacos

- Alimentos y bebidas

- Forense

- Ambiental

- Metabolómica, lipidómica y proteómica

- Ciencia del cannabis

Trabajando hacia un futuro más verde en cromatografía de gases

¿Qué es la cromatografía de gases y cómo funciona?


La separación de analitos por GC se basa en físico y químico propiedades de los compuestos dentro de la muestra. Las muestras pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas, pero pueden requerir pasos de preparación antes de introducirlas en el instrumento de GC.

Para que un analito sea adecuado para la separación por GC, debe ser lo suficientemente volátil como para permitir su transporte a través del sistema, pero térmicamente estable para evitar su degradación durante el proceso de separación. En consecuencia, la técnica se usa típicamente para moléculas orgánicas ygases por debajo de 125 kDa.

Las muestras se introducen en un instrumento de GC en un gas portador inerte, la fase móvil. Este se calienta, lo que hace que la muestra se vaporice. El gas portador que contiene la muestra vaporizada se pasa luego sobre la fase estacionaria y las interacciones aquí causan los componentes químicosdentro de la muestra para separar de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Se pueden utilizar diferentes fases estacionarias dependiendo de los analitos de interés.


La interacción de los analitos con la fase estacionaria del GC influye a su vez en la rapidez con la que eluyen de la columna y esto es registrado por el detector de GC. Se pueden utilizar diferentes tipos de detector según las propiedades de los analitos de interés.


Aunque GC se usa comúnmente para analizar muestras que se vaporizan fácilmente, detección de impurezas iónicas de bajo nivel puede ser un desafío. Esto a menudo se debe a la contaminación de inyecciones anteriores y se requiere una solución de problemas cuidadosa, que puede llevar mucho tiempo.


para compuestos donde su polaridad o volatilidad no son susceptibles de elución eficiente de una columna de GC, los pasos de pretratamiento, conocidos como "derivatización", pueden ser necesarios para lograr analitos detectables.


Manejo de datos de cromatografía de gases


Es de vital importancia poder extraer información útil del mar de datos generados a partir de análisis de GC. Los usuarios deben poder procesarla de manera significativa e incluso identificar problemas que pueden requerir refinamientos de la metodología, resolución de problemas o mantenimientodel instrumento. En este punto también se pueden identificar los objetivos para análisis adicionales, por ejemplo, cuando no se pueden resolver los picos.


almacenamiento la gran cantidad de datos es otra consideración importante, una para la cual muchos han recurrido a soluciones en la nube para adaptarse. repositorios de datos que pueden ser extraídos libremente por otros usuarios son una fuente valiosa para expandir la utilidad de los datos generados por GC, particularmente en un entorno de investigación.


consideraciones de eficiencia y cumplimiento de datos , especialmente en entornos de alto rendimiento o aquellos vinculados a la cadena de suministro, ya sea en alimentos o productos farmacéuticos, son factores importantes en los sistemas que una empresa puede elegir para manejar sus datos de GC. En consecuencia, muchos laboratorios comerciales utilizan alguna forma de sistema de datos de cromatografía CDS para administrar la información. Hay muchas opciones y proveedores para elegir, por lo que es importante seleccione un CDS eso es adecuado para sus necesidades y aplicaciones particulares. Sin embargo, incluso en ese caso, el uso inadecuado puede resultar en infracciones regulatorias.

cada vez más soluciones ofrecidos por los proveedores de instrumentos de GC no solo se preocupan por los análisis químicos, sino que abarcan el procesamiento de datos, el manejo de datos y los paquetes de servicios. Se pueden recopilar métricas sobre el rendimiento del instrumento que permiten distribuir las recomendaciones de optimización, el servicio y el mantenimiento de manera eficiente y con menostiempo de práctica requerido.


Cromatografía de gases multidimensional


Para muestras de alta complejidad o donde se requiere detección de trazas GC multidimensional se puede utilizar, lo cual es particularmente útil cuando hay picos de analitos apiñados o coeluyentes que dificultan la separación efectiva. Aquí, una fracción del eluyente de la primera ronda de GC se somete a una segunda separación de GC, normalmente usando un GCcolumna con diferentes propiedades, lo que permite una separación efectiva.


Combinando cromatografía de gases con otras técnicas analíticas


Las técnicas de separación como GC pueden ser con guión a otras tecnologías de detección. La GC se utiliza con mayor frecuencia en combinación con la espectrometría de masas MS, en la que la MS se usa en lugar del detector de GC. También se puede asociar a otras técnicas de detección espectral como la espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier FTIR. Cuando se trata de mezclas complejas, la combinación de GC con una o más de otras técnicas puede ser eficaz para permitir una identificación precisa y sensible de las moléculas diana.


Aplicaciones de la cromatografía de gases


La separación por GC ofrece velocidad, sensibilidad y simplicidad para detectar e identificar componentes químicos incluso en mezclas complejas, hasta los niveles de trazas. En consecuencia, estas propiedades hacen de GC una técnica favorable en varias áreas de aplicación.


- petroquímica


El petroquímica la industria proporciona excelentes ejemplos de analitos complejos como el petróleo crudo, que contiene miles de compuestos que cubren una amplia gama de pesos moleculares y puntos de ebullición. La GC es una técnica clave en cada etapa del proceso, desde la prospección, pasando por el proceso de refinación, hastaprobar y formular los productos finales y garantizar el cumplimiento de las normativas medioambientales y de la industria.




- Biofarma


En la purificación de productos biofarmacéuticos, GC juega un papel fundamental. Por la naturaleza de la industria, la eficacia y eficiencia del proceso para purificación a gran escala son requisitos clave.


- Productos de cuidado personal


productos de consumo que no se consumen directamente, como fragancias, cremas, lociones, artículos de tocador y cosméticos, aún deben probarse para garantizar su seguridad y la ausencia de transferencia del proceso de producción.


- Descubrimiento de fármacos


adentro descubrimiento de fármacos , GC es una herramienta importante para garantizar la pureza, seguridad y calidad de los componentes del fármaco y los fármacos finales que salen al mercado. Existe el riesgo de que disolventes usado durante el proceso de producción puede permanecer en el producto. Por lo tanto, la naturaleza química y volátil de muchos solventes hace que GC sea una opción popular para su detección. Retiros de medicamentos que aparecen en los titulares, como Zantac , resalte el importante papel que juegan estos análisis en la seguridad de los medicamentos. En este caso nitrosamina , identificado como un carcinógeno probable, fue el culpable. Se han identificado nitrosaminas en varios medicamentos y se cree que se forman durante la fabricación del medicamento o contaminan las materias primas o el empaque.


- Alimentos y bebidas


Cuando se trata de la industria alimentaria, existen múltiples facetas en los requisitos de las pruebas analíticas, incluida una variedad de aspectos de seguridad, calidad y autenticidad. Además, los productores quieren mejorar sus productos y hacerlos tan agradables para los consumidores comoposible al tiempo que se minimizan los costos y se racionalizan los procesos. Por lo tanto, comprender la química detrás de nuestras experiencias de comer y beber es importante para los esfuerzos de investigación y desarrollo del sector de alimentos y bebidas.


Incluso una subcategoría, como la detección de contaminantes, abarca una amplia gama de sustancias de micotoxinas hasta pesticidas y puede requerir capacidades de detección incluso a bajas concentraciones. En consecuencia, GC puede ser una herramienta útil, ofreciendo selectividad y sensibilidad para usuarios capacitados . La capacidad del GC para separar compuestos orgánicos de mezclas complejas, incluidas otras sustancias como lípidos, ácidos, minerales y proteínas, también le confiere una gran utilidad en el análisis de alimentos y bebidas. Esto ha permitido la detección de todo, desde trazas de pesticidas en alimentos para bebés hasta insecticidas en huevos , a la sustancia que causa olor a corcho en el vino . Las mejoras en GC y sus sistemas con guiones, particularmente en relación con los desafíos de la matriz alimentaria, han tiempo de inactividad reducido y robustez del sistema mejorada , importante por el alto rendimiento observado en muchos entornos de análisis de alimentos.


dioxinas y los productos químicos relacionados son otro objetivo de GC que ha estado atrayendo cada vez más atención, ya que pueden persistir y acumularse en el medio ambiente y pasar al cadena alimentaria donde pueden ser extremadamente tóxicos, incluso a niveles bajos.


Los requisitos de análisis de alimentos tampoco se detienen una vez que se envasan los alimentos. contaminantes en contacto con alimentos , incluida la transferencia desde el propio empaque, son un área de preocupación y una a la que se aplica la GC.


El agua, si bien es una matriz mucho menos desafiante, puede ser un centro de contaminación y su limpieza es de suma importancia para el medio ambiente y los consumidores. Esto requiere pruebas de agua en múltiples puntos en el medio ambiente y el agua potable sistema. Incluso el proceso de desinfección en sí mismo puede introducir sustancias nocivas, por lo que la realización de pruebas es clave.


mientras que en algunos casos los analistas buscan a objetivo u objetivos específicos en sus análisis, el objetivo no siempre se conoce. detección no dirigida es particularmente importante aquí y también ayuda a identificar contaminantes emergentes .


microplásticos se buscan e identifican cada vez más en alimentos y bebidas, aunque aún no se ha determinado su impacto en nuestra salud. El análisis térmico combinado con GC y MS es una de las herramientas disponibles para los científicos en estas investigaciones continuas.


en el industria del vino , GC ha sido utilizado en muchas etapas del proceso de producción . Con el aumento de los problemas con los incendios forestales en las zonas vitivinícolas, GC se ha aplicado a detección de contaminación por humo de incendios forestales en la fruta, que puede afectar el sabor, antes de la producción de vino. En el otro extremo del proceso, GC también revela la química detrás ramo de vino , dando una idea de nuestras experiencias sensoriales.


Un inconveniente de GC en un entorno de alimentos y bebidas es que no ofrece el formato portátil o de mano de algunas plataformas de espectroscopia diseñadas para prueba rápida in situ y por lo tanto cumple una función analítica diferente.


- Forense


GC está desempeñando un papel clave en los análisis forenses, tanto en la detección de fraudes como en la guerra contra las drogas ilícitas.


El fraude en alimentos y bebidas es una industria multimillonaria, que no solo estafa a los compradores y socava la economía, sino que también puede poner en riesgo la salud de los consumidores. Bienes de alto valor, como vinos añejos , licores , aceite de oliva y la miel de manuka son los principales objetivos de los estafadores. Sin embargo, incluso los artículos a granel de menor valor que se sustituyen fácilmente, como las hierbas secas y leche en polvo , han sido apuntados.


Existe una carrera armamentista en curso entre las fuerzas del orden y los que desarrollan y alteran las actividades ilícitas medicamentos de diseño . A medida que se dispone de herramientas analíticas para detectar un grupo de compuestos, surgen otros, algunos de los cuales son increíblemente potentes incluso en pequeñas cantidades. Por lo tanto, los analistas requieren técnicas que sean muy específicas y sensibles a detectar e identificar las sustancias nocivas. La familia de opioides sintéticos de fentanilos han sido un grupo de sustancias particularmente problemático. A partir de los espectros de GC, se pueden predecir las estructuras de fentanilos aún desconocidos que no se encuentran en bibliotecas analíticas, lo que ayuda a los científicos a mantenerse al día con los peligros emergentes.


El matrices en el que las drogas ilícitas deben detectarse también puede ser complejo y desafiante, desde sangre y orina hasta cabello, fluidos bucales, aliento y sudor. Sin embargo, este es un desafío para el que GC está bien adaptado, debido asu capacidad para hacer frente a la separación de sustancias de mezclas complejas.


- Ambiental


GC se utiliza para la detección de conocidos y sustancias desconocidas en el medio ambiente, a veces en concentraciones muy bajas. Estos incluyen pesticidas , microplásticos , dioxinas , nicotina, subproductos de reacciones químicas e incluso explosivos . Sustancias como pesticidas organoclorados puede ser muy tóxico incluso a bajas concentraciones. Por lo tanto, el selectividad y sensibilidad de GC lo hacen muy adecuado para esta aplicación. En otras aplicaciones, como el análisis de microplásticos, puede ser justo una de varias técnicas utilizado en el proceso de detección, una combinación de los cuales puede ofrecer un mayor poder de detección. Las muestras "ambientales" tampoco se limitan al ambiente exterior. Los espacios interiores como laboratorios, instalaciones de preparación y fabricación y salas blancas deben ser monitoreados para detectar yprevenir la contaminación no deseada.


agua es un medio frecuente para muestras ambientales, sobre todo porque a menudo se vincula con el sistema del consumidor, pero se incluyen otros tipos de muestras suelo también se utilizan materia vegetal, hisopos de superficie y aire.


- Metabolómica, lipidómica y proteómica


Cuando la metabolómica aún estaba en su infancia, la GC-MS era una técnica clave que permitía a los investigadores medir los metabolitos en orina y tejido humano , abriendo puertas a la biología de sistemas. Ahora, en la era ómica, la metabolómica, la lipidómica y la proteómica están proporcionando información invaluable sobre la salud y la enfermedad. Gracias a su resolución, reproducibilidad y capacidad máxima, la GC sigue siendo una herramienta analítica clave en este campo.Dado el gran tamaño y diversidad del metaboloma, cobertura mejorada también se puede lograr con el uso de 2D-GC.


En metabolómica, GC está ayudando a desentrañar misterios a nivel molecular que pueden conducir a una mayor precisión estimaciones de la hora de la muerte . Otras áreas en las que está marcando la diferencia incluyen mejorar la comprensión de los mecanismos de toxicidad de los medicamentos, componentes cosméticos y contaminantes, nutrigenómica, ayudar a los científicos de cultivos a mejorar los herbicidas y plaguicidas y los estudios de asociación del genoma metabólico.


Recursos como la base de datos del metaboloma humano están ayudando a reunir datos para que los investigadores puedan decodificar colectivamente las vías metabólicas en nuestros cuerpos . Este es, sin embargo, un gran desafío, uno con el que aprendizaje profundo está echando una mano.


En lipidómica, GC ha proporcionado datos que conducen a una mejor comprensión de las áreas de diferenciación de células madre y conocimientos sobre ácidos grasos y colesterol útil para farmacéutica y biotecnología, para predicciones de riesgo de enfermedad y evaluación de declaraciones de productos en la industria cosmética . El papel fundamental que desempeñan los lípidos en muchos procesos celulares significa que la técnica también es importante para el área emergente de biomarcador de enfermedad basada en lípidos investigación.

adentro proteómica , GC es una del arsenal de técnicas fundamentales utilizadas por los científicos para lograr una separación de proteínas efectiva para el análisis posterior.


- Ciencia del cannabis


En la creciente industria del cannabis, muchas necesidades analíticas reflejan las que se observan en los sectores de alimentos y bebidas, medioambiental y farmacéutico. En consecuencia, GC es también una herramienta analítica clave en este sector. Los requisitos van desde precisos y sensible en el rango de partes por mil millones detección de residuos de plaguicidas utilizado por los agricultores como en muchos cultivos a base de plantas, para probar comestibles y bebidas a base de cannabis para contaminantes como disolventes residuales . Algunos matrices alimentarias , como la lactosa y el azúcar, puede resultar un desafío para los análisis de cannabis, especialmente cuando se combina con la diversidad de cannabinoides y el potencial de heterogeneidad de la muestra cuando se combinan en productos de consumo. Sin embargo, los métodos basados ​​en GC modificados han sido fundamentales para mejorar la transparencia deconsumibles de cannabis y han sido fundamentales en superación de desafíos analíticos técnicos .

Debido a su naturaleza volátil, GC se ha favorecido para prueba de terpenos . Más recientemente, la microextracción en fase sólida del espacio de cabeza HSPM combinada con GC-MS ha ganado popularidad aquí, ya que no es destructiva y elimina las interferencias de las matrices coextraídas.


Del lado de los productos farmacéuticos regulados a base de cannabis, los productos finales también deben someterse control de calidad para garantizar la seguridad, la pureza y la dosificación correcta de los ingredientes activos en los productos farmacéuticos a base de cannabis. A diferencia de otros métodos basados ​​en cromatografía, GC permite realizar pruebas de potencia, perfiles de terpenos, detección de pesticidas y análisis de disolventes residuales, todo lo cual ayuda a proteger al consumidorcomercializar y hacer GC a herramienta versátil en este espacio .


como la industria del cannabis sigue creciendo , parece probable que GC siga siendo una herramienta clave para la ciencia del cannabis.


Trabajando hacia un futuro más verde en cromatografía de gases


Si bien la GC es una técnica invaluable, está lejos de ser amigable con el medio ambiente, requiere una entrada de energía significativa para mantener el vacío, la presión y la temperatura, y genera productos de desecho dañinos al operar el equipo y los análisis en sí. Sin embargo, científicos e ingenieros están trabajando juntospara crear soluciones de equipos que reducir el impacto ambiental .

Conozca al autor
Karen Steward PhD
Escritor científico senior
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