El inyector de muestra que se me ocurrió

Al recipiente lleno con de la solución de trabajo (ST), se vacía con la inyectadora colocada en la parte inferior de éste (colr en crema en la figura). A continuación, con ayuda de una micro-inyectadora se inyecta la muestra (en azul), través de un tubito vertical cercano al capilar el cual tiene un agujero lateral en su parte inferior; cuando sale la gota de la muestra por el agujero, esta “toca” el capilar y la muestra entra por difusión dentro del capilar. Se procede a lavar con solución trabajo, sacando con ayuda de otra inyectadora los lavados y finalmente, se repone la ST en el recipiente. Las inyectadoras, puede estar conectada al recipiente a través de un tubito de PVC u otro material plástico, por lo que puede estar colocada en el panel del instrumento.

La ventaja tiene este sistema son: Primero es sencillo de construir, y en segundo lugar, todos los componentes al estar fijos, se evita romper el capilar. Otra ventaja es que la muestra puede entrar más concentrada al capilar.
El inconveniente si es que lo hay, es que el tiempo de difusión de la muestra dentro del capilar, debe ser siempre igual para la muestra en cuestión ... habría que hacer pruebas para la su precisión de este sistema.

El Inyector

La mejor manera que he encontrado para introducir la muestra es a través de una copita tal como se indica en el diseño anexo(1). La ventaja de este sistema es que permite la introducción en el capilar tanto de aniones y cationes como también de compuestos neutros. Por otra parte, no ocurre una introducción selectiva de cationes y aniones debido a diferentes estados de oxidación.
Por la entrada del capilar, se coloca una llave de paso que trae la solución soporte (SS) desde un frasco dosificador o la muestra.
Después de que el capilar comience a gotear la SS que entra por la salida del capilar, se llena el embudito con la SS que contiene el frasco dosificador. Cuando el embudo empiece a rebosarse se cierra la llave de paso deteniéndose la adición de la SS y si los niveles de la SS de los recipientes de entrada y salida se encuentran a nivel, el flujo hidrodinámico, debe cesar.

Para la inyección de la muestra
Se gira la llave de paso hacia la solución de muestra por unos segundos, hasta que en la salida de la copa, salgan una o dos gotitas y a continuación se procede a pasar la SS, que arrastrará la muestra hasta el capilar. Esta etapa es crítica y requerirá un proceso de calibración.

Para evitar inconvenientes en la ruptura del capilar, las diferentes piezas de este sistema debe estar pegadas con goma loca, soldimix, etc. El frasco de SS debe estar en un soporte, la llave de paso fija al chasis del equipo.

Referencia

1. ZHAO-LUN FANG, et. al., ANALYTICAL SCIENCE, 2000-016-0197.

Fuente de poder mejorada

Por su sencillez, me decidí por el montaje del flyback, ya comentamos anteriormente sobre este circuito. La direncia estriba en que en vez de un puente de diodos, se utilicen solamente dos diodos, uno para obtener voltajes positivos y otro para los voltajes negativos.



La chispa tiene una longitud de unos 11 mm por lo que el voltaje debe estar por el orden de los 11 kV; más adelante, veremos si es necesario aumentar más este voltaje. Lo interesante es que usando unos diodos de micro-onda, se obtuvo chispa en las dos polarizaciones del diodo. Se acomodaron los dos diodos en el circuito impreso y entre estas dos salidas, se produce chispa al acercar las dos salidas ...
Dependiendo de la dirección del flujo electrocinético, se utilizaría un voltaje positivo o negativo. La ventaja de utilizar voltajes positivos y negativos es que permite colocar el detector cerca del electrodo de "tierra", evitando interferencias o ruido de la señal debido al alto voltaje. Aunque el diseño del detector está aislado del alto voltaje, no está de más esta esta consideración.

Retomando la electroforesis capilar

Como en estos momento están funcionando y prácticamente los instrumentos en el Laboratorio cubren las necesidades del mercado, me dedicaré al estudio e implementación de la técnica de electroforesis capilar. Se irá anotando los resultados que vaya obteniendo.

Lo primero es construir un capilar por el procedimiento indicado en una entrada anterior; se le va a colocar una camisa para enfriamiento con agua y para comenzar, hacer pruebas de movilidad de iones con soluciones buffer-LSNa para que estas sean arrastradas por el flujo electro forético. El flujo electroforético, puede variar dependiendo del pH y de la concentración de detergente aniónico (Laurilsulfato de Na) e incluso invertirse utilizando detergentes catiónicos.
Para poder apreciar el FEF es necesario que la muestra sea coloreada, tener un detector, o que se pueda ver gotear la solución por un extremo del capilar. Si se quiere ver gotear la solución, habría que hacer un “pozo” con buffer, el cátodo del alto voltaje y una salida del capilar ( Fig. adjunta).



El problema con esta última opción es que se generan burbujas de gas dentro del capilar. Para evitar las burbujas, se fractura el capilar, se medio pegan los dos pedazos y se rodea por una membrana con baja resistencia (celofán), de manera de hacerle un escape a la corriente, pero no a la solución.

El detector que vamos a construir es el externo de alta frecuencia ( 200 MHz). Tiene la ventaja de que es sencillo, está aislado del alto voltaje, no toca la solución y además es muy sensible. Ya dimos algunos detalles en la entrada del 2008.

Voy a utilizar como fuente de poder la de 400 V y ver como se comportan las soluciones bajo las condiciones anteriores. Luego utilizaré la fuente de alto voltaje con la bobina de carro, el flayback y finalmente se utilizará un doblador de voltaje con el que espero lograr un voltaje de unos 20 kV. La ventaja del alto voltaje es doble: en primer lugar, aumenta la resolución de los “picos” y en segundo lugar, la corriente que circula se hace menor, así, si duplicamos el voltaje, por conservación de la energía, la corriente disminuye a la mitad, lo cual evita el calentamiento del buffer dentro del capilar. Para minimizar el calentamiento del capilar, le colocamos una camisa por la que circula agua que cae por gravedad desde un frasco de “sueros”.

Quedaría por construir el sistema para cargar la muestra, pero eso es más adelante, según los resultados a obtener. Inicialmente se vaciará una de las copas y se llena con la muestra. Se lava bien la copa con agua destilada y a continuación se llena con el buffer a utilizar.

Caracas 14 de noviembre del 2010.

Ionoforesis una técnica relacionada con EC

Una técnica muy relacionada con la EC en donde podemos visualizar el movimiento de los iones es la ionoforesis y abro acá un paréntesis para mostrar un sistema con el que hemos hecho algunas pruebas en el Laboratorio.

La marcha analítica de cationes en algunos casos es lenta, consume mucho tiempo y reactivos. Una alternativa es la ionoforesis, es rápida y económica. El procedimiento es sencillo y requiere poca inversión. En la foto adjunta podemos ver el montaje del equipo.

No se muestra la fuente de poder de corriente directa. Esta se puede construir a partir de un transformador que tenga en el secundario un voltaje alterno de unos 100 a 200 Voltios. El voltaje se rectifica con un puente de diodos y se colocan unos condensadores que aguanten 500 Voltios.

Por precaución, la fuente de poder debe estar aislada en una caja de galletas o de madera, el transformador no debe ser de mucha potencia de 2 – 5 Watios son suficientes. Entre menos wattios tenga la fuente, la corriente que circula a través de la ionoforesis es menor.

Como electrodos, se puede usar alambres de platino, nicromo o carbón. También se pueden usar tiras de papel impregnadas con un electrolito, p.e. sal común. Si se van a usar electrodos de carbón de unas pilas o minas de lápices, es necesario limpiarlos bien y lavarlos con ácido clorhídrico o nítrico.

Procedimiento
Se coloca una tira de papel de filtro sumergida en una solución que depende del catión a identificar, p.e. cloruro de potasio 0,01 M. En el lado del ánodo, se coloca una gotita de solución que contiene el catión a investigar. En el lado del cátodo (-) se coloca una gota de un reactivo específico que reacciona con el catión que queremos comprobar que está presente en la muestra, ( difenilcarbazida para Cr(VI), dimetilglioxima para Ni(II), SCNK para Fe(III), etc ).

Para colocar las soluciones indicadas, se pueden construir goteros de vidrio con puntas muy finas. Las soluciones se adsorben por capilaridad.
Se conecta la corriente y los cationes de la muestra se dirigen al cátodo y los reactivos hacia el ánodo. A un determinado tiempo, el catión si se encuentra presente y el reactivo específico se encuentran y producen la coloración característica. Se pueden hacer mezclas de reactivos, p.e. ferrocianuro de potasio y ferricianuro de potasio y de esta manera se determina el Fe(II) y el Fe(III). El cobre también reacciona con el ferricianuro, pero como posee diferente electro-movilidad, aparecerán en diferentes regiones de la tira de papel.

La ventaja de esta prueba es que generalmente, las reacciones se producen sin problemas de interferencias debidas a otros cationes y por otra parte, el consumo de reactivos es mínimo. El tiempo del proceso es menor a los 10 minutos.

Esta prueba es muy sensible y requiere mucho cuidado, pues cualquier contaminación puede dar resultados erróneos. Se recomienda usar pinzas de plástico para sujetar el papel de filtro y guantes de latex.

En ocasiones la corriente es muy alta y la electroforesis desprende mucho calor, por lo que es necesario colocar una resistencia en serie contre el ánodo y el electrodo de carbón. Se puede diluir más la solución del electrolito o disminuir el voltaje.


Referencia

DANIEL VITALE & FERNADO LABANDERA, Journal Chem. Educ, Vol 68, Pag. 178, 1991.

Introducción

La electroforesis capilar (EC) es una herramienta muy útil en el análisis químico. Por su simplicidad, está desplazando a la HPLC. Puede aplicarse a compuestos orgánicos e inorgánicos.






En el Laboratorio Incoquim hemos estado trabajando en el diseño de un equipo de EC. El principio es muy sencillo: Una corriente pasando a través de un tubo de diámetro muy pequeño, arrastra a los iones o compuestos orgánicos hacia el cátodo o el ánodo. En su camino estos compuestos pasan a través de un detector y producen una variación de potencial que es proporcional a su concentración. Esta señal pasa a un registrador o microcomputador para su tratamiento de datos ... suena fácil, verdad ?

En realidad no voy a escribir un tratado sobre este tema pues se consiguen como arroz en internet. En este blog voy a colocar nuestra experiencia en el diseño del instrumento y agradecería sus comentarios e ideas. Lo que vamos a exponer es nuestra experiencia en el diseño de un equipo de EC.


El Alto Voltaje

En primer lugar vamos a la fuente de voltaje: Como el equpo funciona con un alto voltaje, lo que se nos ocurrio fue usar un flayback de TV. Lográndose un voltaje de unos 15 kV. En nuestro primer diseño, el voltaje no era muy estable (funcionaba con un diodo) razón por lo cual hicimos un puente con 4 diodos (de micronda) y mejoró su estabilidad. Hay otros circuitos que emplean 2 transistores ...

El capilar

Inicialmente estabamos trabajando con un capilar de un termómetro, pero este se nos rompio (vida infra) y decidimos construírnos un capilar en barbotina con sus recipientes para colocar el buffer y a manera de cruz el capilar para "inyectar la muestra". Tal como se indica en el dibujo anexo. Las primeras pruebas indicaron que esposible: un alambre de cobre de unos 100 micrones de diámetro sirve de molde. Al quemar la barbotina, este se "evapora" y queda el capilar. El problema es que la porcelana queda porosa y estamos estudiando otras alternatiavas: Con un capilar de vidrio al que se la ha insertado un alambre de cobre de 0,1 mm de diámetro, se "forra" con barbotina y se quema a 1200 ºC; a esa temperatura el cobre se "evapora" y queda el tubito de vidrio que es impermeable ... otra posibilidad es hacer el capilar por estiramiento rápido de un tubo de unos 5 mm de diámetro y vaciarle resina.


EL DETECTOR
Hay varios tipos de detectores que pueden ser fácilmente construídos en un Laboratorio: El de conductividad, el fotocolorimétrico, el voltamétrico y el de oscilometría. Debido al alto voltaje que pasa a través del capilar, el que menos interferencias presenta es el fotocolorimétrico que funciona con un led y el de oscilometría.

Detector oscilométrico.
El principio es muy sencillo, se coloca un alambre de cobre envolviendo el capilar y a un miímetro de distancia se colocan otra espira. Las espiras se forran con estaño, a una de las espiras se le aplica una señal de unos 125 KHz, la segunda espira se encuentra apartada 1 mm de la anterior. La segunda espira funciona como una antena y la intensidad de la señal captada se encuentra influenciada por los iones que pasan por el capilar. Esta señal es amplificada, rectificada y filtrada.

En el diagrama que se presenta a continuación es el diseño que nosotros hemos realizado ... si hay otro igual, es pura coincidencia ...

Los operacionales deben tener alta respuesta a la frecuencia y las resistencis de 1/2 watt.

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