Cromatografía de gases bidimensional integral

La cromatografía de gases bidimensional integral , o GC×GC , es una técnica de cromatografía de gases multidimensional que fue descrita originalmente en 1984 por J. Calvin Giddings ^{[ 1 ]} y que fue implementada con éxito por primera vez en 1991 por John Phillips y su estudiante Zaiyou Liu. ^{[ 2 ]}

La cromatografía de gases bidimensional (GC×GC) utiliza dos columnas con fases estacionarias distintas . En GC×GC, todo el efluente de la primera columna se desvía a la segunda mediante un modulador. El modulador atrapa rápidamente el efluente de la primera columna y lo inyecta en la segunda. Este proceso crea un plano de retención con la separación de la primera y la segunda dimensión.

La industria del petróleo y el gas fue una de las primeras en adoptar la tecnología para el análisis de muestras complejas de petróleo, permitiendo determinar los diferentes tipos de hidrocarburos y sus isómeros . En este tipo de muestras, se pueden identificar más de 30 000 compuestos diferentes en un crudo gracias a esta tecnología de cromatografía integral (CCT).

La CCT evolucionó de una tecnología utilizada únicamente en laboratorios académicos de I+D a una tecnología más robusta empleada en diversos laboratorios industriales. La cromatografía integral se utiliza en ciencias forenses, alimentos y aromas, medio ambiente, metabolómica , biomarcadores y aplicaciones clínicas. Algunos de los grupos de investigación más consolidados del mundo, ubicados en Australia, ^{[ 3 ] [ 4 ]} Italia, ^{[ 5 ]} Países Bajos, Canadá, ^{[ 6 ]} Estados Unidos, ^{[ 7 ] [ 8 ]} y Brasil, utilizan esta técnica analítica.

En GC × GC, dos columnas se conectan secuencialmente; normalmente, la primera dimensión es una columna convencional y la segunda es una columna GC corta y rápida, con un modulador situado entre ellas. La función del modulador se puede dividir básicamente en tres procesos:

1. recolectar continuamente pequeñas fracciones del efluente de 1D, asegurando que la separación se mantenga en esta dimensión;
2. enfocar o reenfocar el efluente de una banda estrecha;
3. para transferir rápidamente la fracción 2D recolectada y enfocada como un pulso estrecho. En conjunto, estos tres pasos se denominan ciclo de modulación, que se repite durante toda la corrida cromatográfica.

El conjunto de columnas puede configurarse con diversos tipos. En el trabajo original, los conjuntos de columnas eran principalmente de poli(dimetilsiloxano) en la primera dimensión y de poli(etilenglicol) en la segunda. Estos conjuntos de columnas de fase directa son adecuados para el análisis de hidrocarburos. Por lo tanto, siguen siendo los más utilizados en la industria del petróleo y el gas. Para aplicaciones que requieren el análisis de compuestos polares en una matriz no polar, un conjunto de columnas de fase inversa proporciona mayor resolución. En este caso, la columna de la primera dimensión es polar, seguida de una columna de polaridad intermedia en la segunda dimensión. Otras aplicaciones pueden configurarse de manera diferente según sus necesidades específicas. Por ejemplo, pueden incluir columnas quirales para la separación de isómeros ópticos o columnas PLOT para muestras de volátiles y gases.

La optimización de la aplicación es más compleja que en las separaciones unidimensionales, ya que intervienen más parámetros. El flujo de la columna y el programa de temperatura del horno son importantes tanto para la modulación de flujo como para la modulación térmica. Sin embargo, en la modulación térmica, la duración de los pulsos de chorro frío y caliente, la longitud de la columna de segunda dimensión y el tiempo de modulación también afectan a los resultados finales. En el caso de la modulación de flujo, el tiempo de modulación, el flujo dividido (para espectrometría de masas), el flujo de carga, el flujo de descarga y la sincronización de las válvulas son cruciales.

El resultado también es diferente: la técnica GC×GC produce un gráfico tridimensional en lugar de un cromatograma tradicional, facilitado por paquetes de software especialmente diseñados. Por ejemplo, GC Image fue el primer software desarrollado para cromatografía de gases bidimensional. Algunos paquetes de software ^{[ 15 ]} se utilizan además de los paquetes GC (o GC-MS) normales, mientras que otros están construidos como una plataforma completa, ^{[ 16 ] [ 17 ]} controlando todos los aspectos del análisis. La nueva y diferente forma de presentar y evaluar los datos ofrece información adicional. Por ejemplo, el software moderno puede realizar la separación por grupos, así como la identificación automatizada de picos (con espectrometría de masas).

Debido a la escasa anchura del pico en la segunda dimensión, se requieren detectores adecuados. Algunos ejemplos son el detector de ionización de llama (FID), el detector de captura de electrones (μECD) y los analizadores de espectrometría de masas, como el de tiempo de vuelo rápido (TOF). Varios autores han publicado trabajos utilizando espectrometría de masas de cuadrupolo (qMS), aunque deben aceptarse ciertas limitaciones, ya que estos métodos son mucho más lentos.