CAPÍTULO 26: INTRODUCCIÓN A LAS SEPARACIONES SEPARACIONES CROMATOGRÁFICAS PREGUNTAS Y PROBLEMAS: 26.1. Defna: a) Eluc El ució ión n
Es un proc proces eso o en el cual cual las las espe especi cies es son son lava lavada dass a trav través és de una una co colu lum mna cromatográfca cromatográfca por el ujo o la adición del solvente resco. b) Fase F ase móvil móv il
La ase móvil en cromatograía cromatograía es el que los movimientos encima o a través de una ase inmóvil que se fja en su lugar en una columna o en la superfcie de una placa plana. c) Fase F ase estacio est acionar naria ia
La ase estacionaria en una columna cromatográfca es un sólido o líquido se fja en su lugar. La ase móvil entonces pasa encima o a través de la ase estacionaria. d) Constant Cons tante e de distriuc distr iución ión La constante distriución ! en cromatograía es la relación de la concentración del analito en la ase estacionaria a su concentración "actividad) en la ase móvil cuando e#iste equilirio entre las dos ases. e) $iempo de retención reten ción El tiempo de retención para un analito es el intervalo de tiempo entre su in%ección en una columna % la aparición de su pico en el otro e#tremo de la columna. ) &actor act or de retención reten ción El actor ' de retención se defne por la ecuación( k = K A V S / V M
onde K A
es la constant constante e de distriu distriución ción de la especie especie
A *
V S %
V M son los
vol+menes de las ases estacionarias % móviles* respectivamente. respectivamente. g) &actor act or de sele selectiv ctividad idad El actor de selectividad , de una columna -acia las especies % / es dada por α = K B / K A * donde
K B
es la cons consta tant nte e de dist distri riu uci ción ón de las las es espe peci cies es má máss
uertemente sostenidas % K A es la constante de distriución de las especies menos uertemente sostenidas. -) ltura lt ura de pico pic o La altur altura a 2
H de la placa de una columna cromatográfca se defne por la relación
H =σ / L don donde de
2
σ es la varian0a otenida de la 1aussiana en orma de pico
cromatográfco % L es la longitud de la columna en centímetros.
i) Difusión longitudinal longitudi nal
Es una uente de anda ampliar en una columna en el cual un soluto diunde desde el centro de concentración de la anda a las regiones más diluidas en amos lados. j) Difusión en remolino
Es un enómeno en el cual las moléculas de un analito llegan al fnal de una columna en dierentes momentos como consecuencia de viajar a través de la columna por las vías que diferen en longitud. k) Resolución Resolu ción de la columna
La resoluc resolución ión ecua ec uaci ción ón
Rs de una columna columna -acia -acia dos especies especies
Rs=2 ΔZ /( W A + W B ) don donde de
entr entre e los los pico picoss de las las dos dos es espe peci cies es** %
A
%
B está dada por la
ΔZ es la distancia "en unidades de tiempo)
W A
%
W B son las anc-uras "tamién en
unidades de tiempo) de las cumres en sus ases. l) Eluye El uyent nte e
El elu%ente en cromatograía es la nueva ase móvil que lleva el analito a través de la columna. 26.2. Describa el problema general de la elución
El prolema general de elución surge cuando cromatogramas se otuvieron en muestras que contienen especies ampliamente con dierentes constantes de distriución. Cuando las condiciones son tales que las uenas separaciones de las especies más uertemente reten retenida idass se reali reali0an 0an** se oserv oserva a la alta alta de resol resoluc ución ión entre entre las especi especies es que que se encuentran déilmente. 2or el contrario* cuando se condiciones avorales que dan separaci separaciones ones satisac satisactori torias as de los compues compuestos tos déilmen déilmente te retenid retenidas* as* anda anda severa severa ampliación % se encuentran largos tiempos de retención para las especies uertemente unidos. El prolema general de elución se resuelve a menudo en la cromatograía de líquido por gradiente de elución en cromatograía de gases % por la programación de la temperatura. 26.3. Enumere las variables que originan el ensanchamiento de banda e n cromatograa.
Las variales que conducen a la 0ona de ensanc-amiento inclu%en "3) diámetro de partícula grande para ases estacionarias4 "5) columna de grandes diámetros4 "6) altas temperaturas "importantes solamente en 1C)4 "7) para líquidos ases estacionarias* gruesas capas del líquido inmovili0ado4 % "8) caudales mu% altos o mu% ajos. 26.!. "#u$les son las principales dierencias entre la cromatograa gas % lquido & lquido % lquido'
En cromatograía de gas9líquido* las ases móviles son los gases* mientras que en cromatograía de líquidos* son los líquidos. 26.(. "#u$les son las principales dierencias entre la cromatograa lquido % lquido & lquido % sólido'
En la cromatograía líquido9líquido* la ase estacionaria es un líquido que está inmovili0ado por adsorción o unión química a una superfcie sólida. Los equilirios que causa la separación son equilirios de distriución entre dos ases líquidas inmisciles. En la cromatograía líquido9sólido* la ase estacionaria es una superfcie sólida % los equilirios implicados son equilirios de adsorción. 26.6. ¿Qué v!"#$%& '"%(%( )*& +!,##"$"-- -% %/'! $ /',! -% &%$%/'"v"-- α /,!!%&+,(-"%('% u( +! -% ($"',&0 Las variales que aectan el actor , selectividad inclu%en la composición de la ase móvil* la temperatura de la columna* la composición de la ase estacionaria* % químicas interacciones entre la ase estacionaria % uno de los solutos están separados.
26.). E*plique la manera en que se puede manipular el actor de retención de un soluto.
En 1C* el actor de retención se varía mediante el camio de la temperatura de la columna como se -ace en la programación de la temperatura. En LC* las variaciones se logran mediante la alteración de la composición del disolvente como en el gradiente de elución. 26.+. Describa un m,todo para determinar el n-mero de platos de una columna.
El n+mero de placas en una columna se puede determinar midiendo el tiempo de retención t R % la anc-ura de un pico en su ase
W . El n+mero de placas de
N es
2 entonces N =16 ( t R / W ) .
26.. /encione dos m,todos generales para me0orar la resolución de dos sustancias en la columna cromatogr$fca.
La disminución de las anc-uras de los picos aumentará resolución será el aumento de la separación de los picos. El aumento de la separación se puede -acer por el alargamiento de la columna para aumentar el n+mero de placas o el aumento de la selectividad. 26.1. "or qu, el mnimo en la gr$fca de la altura de plato rente a tasa de u0o se encuentra a tasas de u0o menores en cromatograa de lquidos que en cromatograa de gases'
iusión longitudinal es muc-o más importante en 1C que en LC. iusión longitudinal es una gran contriución a : a velocidades de ujo ajas. Los descensos iniciales de : en tramos de altura de la placa rente a la velocidad de ujo son* pues* en gran parte el resultado de la diusión longitudinal. eido a que los coefcientes de diusión gaseosa son órdenes de magnitud más grande que los valores de líquidos* el enómeno se -ace evidente a velocidades de ujo más altas en 1C que en LC. El mínimo a veces no se oserva en todos en LC.
26.11. "4u, es la elución con gradiente'
La elución en gradiente es un método de llevar a cao cromatograía de líquido en el que la composición de la ase móvil se camia continuamente o en pasos con el fn de optimi0ar las separaciones. 26.12. Elabore una lista de las variables cromatogr$fcas que causan la 5ona de separación.
La 0ona de separación está inuenciada por "3) emalaje que producen coefcientes de distriución que diferen signifcativamente4 "5) incrementos en la longitud de la columna4 "6) variaciones en la composición de la ase móvil "LC)4 "7) optimi0ación de temperatura de la columna "1C)4 "8) los camios en el p: de la ase móvil "LC)4 ";) incorporación de una especie en la ase estacionaria que selectivamente complejos de ciertos analitos "LC). 26.13. "4u, eecto causara en un pico cromatogr$fco introducir la muestra a una velocidad demasiado ba0a'
26.1!. os siguientes datos corresponden a una columna cromatogr$fca de lquidos:
L,(1"'u- -%$ !%$$%(, T& -% 4u5,
2.3 /)
V M
=.636 mL>min 3.6? mL
V S
=.3;7 mL
@n cromatograma de una me0cla de las especies * /* C % proporciona los siguientes datos( T"%)+, -% !%'%(/"(7 )"( N, !%'%("- A B C D Calcule
6.3 8.7 36.6 37.3 53.;
A(/8u! -%$ +"/, %( $ #&% ( W ) 7 )"( =.73 3.=? 3.3; 3.?5 3.?5
a) El número de platos para cada pico
Ae emplea la siguiente ecuación( N =16 ( t R / W ) 2 2ara * N =16 × (5.4 / 0.41) 2=2775.49 ≈ 2775 2ara /* N =16 × (13.3 / 1.07 ) 2=2472.04 ≈ 2472 2ara C* N =16 × (14.1 / 1.16 )2 =2363.97 ≈ 2364 2ara * N =16 × (21.6 /1.72 )2 =2523.31 ≈ 2523 b) La media y desviación estándar de N =( 2775.49 + 2472.04 + 2363.97 + 2523.31 ) / 4 = 2533.70 ≈ 2500 s =200
c) La altura de plato de la columna
@sando la ecuación( H = L / N H =
24.7 cm =0.0097 cm 2534 platos
26.1(. #on los datos del problema 26.1! calcule para 78 98 # & D. a) el factor de retención
2ara ello usamos la siguiente ecuación(
k =( t R −t M ) / t M
2ara ( k A =( 5.4 – 3.1 ) / 3.1 =0.74 2ara /( k B=( 13.3 – 3.1 ) / 3.1= 3.3 2ara C( k C =( 14.1 – 3.1 ) / 3.1 =3.5
2ara ( k D= ( 21.6 – 3.1 ) / 3.1=6.0 b) La constante de distribución
2ara ello usamos la siguiente ecuación(
[
]
K = ( t R−t M ) / t M ×
2ara (
1.37 = ( t R−t M ) / t M × 8.35 0.164
[
( 5.4 – 3.1 ) / 3.1 × 8.35 =6.2
]
K = k ( V M / V S )
2ara /(
( 13.3 – 3.1 ) / 3.1 × 8.35=27
2ara C( ( 14.1 – 3.1 ) / 3.1 × 8.35=30 2ara ( ( 21.6 – 3.1 ) / 3.1 × 8.35 =50
26.16. #on los datos del problema 26.1!8 calcule para las especies 9 & # a) La resolución
Ae emplea la siguiente ecuación( Rs =
Rs =
[
2 ( t R )C −( t R )B
]
W B + W C
2 ( 14.1−3.1 )
( 1.07 + 1.16 )
=0.72
b) El factor de selectividad α C ,B =
α
( t R )C −t M =1.08 ( t R ) B−t M
c) La longitud de columna necesaria para separar las dos especies con una resolución de !"#"
( R s )1 √ N 1 0.717 √ 2534 = = = ( R s )2 √ N 2 1.5 √ N 2 N 2=2534 ×
(1.5 )2 ( 0.717 )2
=11090 platos
L= H × N
2ero H =0.0097 cm / plato Entonces( L=0.0097 × 11090 =108 cm d) El tiempo necesario para separar las dos especies con una resolución de !"#"
( t R )1 ( R s )12 14.1 ( 0.717 )2 = = = ( t R )2 ( R s )22 ( t R )2 ( 1.5 )2
( t R )2=14.1 ×
( 1.5 )2 ( 0.717 )2
=61.7 ≈ 62 m!"
26.1). #on los datos del problema 26.1! calcule para las especies # & D a) La resolución Rs =
[
]
2 ( t R ) D −( t R ) C
W C + W D
R s=2 ( 14.1−13.3 ) /( 1.07 + 1.16 )=0.72
b) La longitud de columna necesaria para separar las dos especies con una resolución de !"#
( 1.5 )2 ( R s )12 =2534 × = 210 platos N 1= N 2 2 2 ( ) 5.21 R ( s )2 L= H × N =0.0097
cm × 210 platos =2.0 cm plato
26.1+. os siguientes datos se obtuvieron mediante cromatógrao gas % lquido con una columna relativa de !cm:
C,)+u%&', A"!% M%'"$/"/$,8%9 (, M%'"$/"/$,8%9% (, T,$u%(,
t R ,m!"
W , m!"
3.B 3=.=
−¿ =.?;
3=.B
=.5
36.7
3.=;
Calcule( a) El número de platos promedio a partir de los datos N =2.7 × 10
3
b) La desviación estándar para el promedio en a) s =100
c) La altura de plato promedio para la columna H =0.015
26.1. En relación con el problema 26.1+8 calcule la resolución para
a) Detilciclo-e#ano % metilciclo-e#eno( Rs =1.1 ) Detilciclo-e#eno % tolueno( Rs =2.7 c) Detilciclo-e#ano % tolueno( Rs =3.7 26.2. i uera necesaria una resolución de 1.( para separar metilciclohe*ano & metilciclohe*eno en el problema 26.1+8
a) $%uántos platos se necesitar&an'
3
N = 4.7 × 10
L=69 cm ) $(u longitud deber&a tener la columna si se utili*a el mismo relleno' c) $%uál ser&a el tiempo de retención del metilciclo+e,eno en la columna del inciso b)'
t R= 19 m!"
26.21. i
V S # V M para la columna del problema 26.1+ son 1.6 & 62.6 ml
respectivamente & el pico de aire no retenido aparece despu,s de 1. min8 calcule:
a) El factor de retención para cada compuesto-
k 1= 4.3, k 2= 4.7 # k 3=6.1
) La constante de distribución para cada compuesto- K 1=14, K 2=15 # K 3=19 c) El factor de selectividad para el metilciclo+e,ano y el metilciclo+e,enoα 2,1=1.11, α 3,2=1.28
26.22. as $reas relativas de pico para los cinco picos obtenidos por cromatograa de gases en la separación de cinco esteroides se indican a continuación. ;ambi,n se proporcionan las respuestas del detector para los cinco compuestos. #alcule el porcenta0e de cada compuesto en la me5cla.
C,)+u%&', Des+idroepiandrost erona Estradiol Estrona .estosterona Estriol
Á!% !%$'"v7 -% +"/, 5?.;
R%&+u%&' !%$'"v7 -%$ -%'%/',! =.?=
65.7 7?.3 7=.; 5?.6
=.?5 =.?8 =.?6 =.?
CAPÍTULO 23: CROMATOGRAFÍA DE GASES 2E1@F$A G 2H/LEDA( 2).1. "En qu, se dierencian la cromatograa gas % lquido & la gas % sólido'
En la cromatograía de gas9líquido* la ase estacionaria es un líquido que está inmovili0ado sore un sólido. La retención de constitu%entes de la muestra implica equilirios entre una gaseosa % una ase líquida. En la cromatograía de gas9sólido* la ase estacionaria es una superfcie sólida que retiene analitos por adsorción ísica. quí separaciones implican la adsorción > desorción equilirios. 2).2. "#ómo unciona un medidor de u0o de pompas de 0abón'
En un medidor de uruja de jaón* una película de jaón se orma en una ureta de gas a través del cual el euente de una columna de 1C está u%endo. La velocidad de ujo se determina entonces a partir del tiempo requerido para la película de viajar entre dos de las graduaciones en la ureta. 2).3. "4u, es la programación de temperatura en cromatograa de gases' "or qu, se usa con tanta recuencia'
La programación de la temperatura consiste en el aumento de la temperatura de una columna de 1C como una unción del tiempo. Esta técnica es particularmente +til para las muestras que contienen constitu%entes cu%os puntos de eullición diferen signifcativamente. Constitu%entes de ajo punto de /oilin están separados inicialmente a temperaturas que proporcionan una uena resolución. medida que la separación* la temperatura de la columna se incrementa de manera que los constitu%entes /oilin superiores vienen de la columna con uena resolución % en longitudes de tiempo ra0onales. 2).!. Defna: a) /olumen de retención-
Iolumen de retención
V R es defnido por la ecuación
tiempo de retención % $ es la tasa de ujo volumétrico.
V R =t R $ donde
t R es el
b) /olumen de retención corregido-
El volumen de retención corregido
0
V R es el volumen de retención después de
corregir la presión media dentro de la columna. Es dada por
0
V R = % t R $ donde
% es
el actor de corrección de la presión. c) /olumen de retención espec&0co-
El
volumen 0
de
retención
específca
V &
es
defnido
por
la
ecuación
0
V R −V M 273 V & = × ms ' c donde
V M es el volumen de retención de una especie ien*
es la masa de la ase estacionaria* %
ms
' c es la temperatura de la columna en grados
!elvin. 2).(. "#u$l es la dierencia entre un detector sensible a la concentración & un detector sensible a la masa' "os siguientes detectores son sensibles a la masa o a la concentración'
@n detector sensile a la concentración responde a la concentración de analito en la ase móvil* mientras que una masa sensile detector responde a la cantidad de analito moléculas o iones que entran en contacto con el detector. Jreas de pico para un detector sensile a la concentración aumentan como la tasa de ujo disminu%e porque el analito está en contacto con el detector durante un largo periodo. Jreas de pico para un detector sensile a la masa no son aectadas grandemente por caudal. Con CA para concentración sensile % DA para masa sensile* encontramos para cada uno de los detectores fguran( "a) térmica conductividad "CA)* emisión ") atómica "DA)* "c) termoiónica "DA)* captura de electrones "d) "CA)* "e) llama otométrica "DA)* ioni0ación de llama ") "DA). 23.6. E9+$"u% $,& +!"(/"+",& -% u(/",()"%(', -% $,& -%'%/',!%& u% &% %(/u%('!( %( %$ +!,#$%) 23.;. "a) el detector de conductividad térmica se asa en la disminución de la conductividad térmica del gas portador -elio o -idrógeno provocada por la presencia de moléculas de analito. ") el detector de emisión atómica se asa en la intensidad de las líneas de emisión atómica generados a partir de algunos de los elementos contenidos en las moléculas de analito. La atomi0ación del analito % e#citación de emisión atómica es propiciada por el elu%ente atravesando un campo energético de microondas. "c) el detector termoiónico se asa en las corrientes de iones se produce cuando la ase móvil es quemado en una llama de -idrógeno % luego pasó del grano de silicato de ruidio calentada overa. Ae utili0a principalmente para los analitos que contienen ósoro o nitrógeno. "d) el detector de captura de electrones se asa en la atenuación por moléculas de analito de un ion de pie actual generada por la ioni0ación de las moléculas de la ase móvil con un emisor K en el eluente. 2).). "#u$les son las principales venta0as & limitaciones de cada uno de los detectores que se mencionan en el problema 2).('
"a) las ventajas* conductividad térmica( aplicación general* amplio rango lineal* la sencille0* no destructiva. esventajas( aja sensiilidad.
") Ientajas* emisión atómica( selectividad* amplio rango lineal* alta sensiilidad* aplicailidad general. esventajas( altos costos de equipos destructivos. "c) Ientajas* termiónicos( alta sensiilidad para compuestos que contienen F % 2* uen rango lineal. esventajas( destructiva* no es aplicale para muc-os analitos. "d) Las ventajas* de captura de electrones( alta sensiilidad* selectividad -acia analitos con grupos uncionales electronegativos* no destructivos. esventajas( la respuesta no lineal en algunas circunstancias* la gama limitada respuesta. "e) Ientajas* llama otométrica( la selectividad -acia el A % 2 que contienen analitos* uena sensiilidad. esventajas( destructiva* aplicailidad limitada. ") Ientajas(
@n cromatograma de iones totales se otiene mediante la suma de las aundancias de iones en cada espectro de masas % el tra0ado en unción del tiempo. @n cromatograma de masa se otiene mediante la supervisión de un valor m > 0 durante el e#perimento de cromatograía % el tra0ado de la aundancia de iones en unción del tiempo. 2).. 7nalice por qu, la combinación de cromatograa de gases & espectrometra de masas es tan potente.
La cominación de 1C con DA permite la identifcación de las especies que elu%en de la columna cromatográfca. El cromatograma de iones totales proporciona inormación similar a un cromatograma 1C convencional. Controlando otros iones* se puede otener inormación acerca de las dierentes especies. l anali0ar el espectro de masas durante el e#perimento de cromatograía* se pueden identifcar las especies de elución en varias ocasiones. Cromatograía de gases acoplada a espectrometría de masas permite identifcaciones a+n más específcas a reali0ar. 2).1. "4u, son los m,todos acoplados de cromatograa de gases' Describa brevemente dos de ellos.
Détodos acoplados para 1C con una técnica instrumental dierente* tal como la espectrometría de masas* &$<* espectroscopía de DF* o métodos electroquímicos. El euente de la columna de la 1C es tanto un seguimiento continuo por la segunda técnica o recogida % medida. 2).11. "#u$l es el material de relleno que se utili5a en la ma&ora de columnas empacadas para cromatograa de gases' El material de relleno utili*ado con mayor frecuencia son las part&culas de tierra de diatomeas con diámetros 1ue van desde 2#3 +asta !43 micras o !43 a !56 m"
2).12. "En qu, se dierencian las siguientes columnas tubulares abiertas'
"a) @na columna de trama "2LH$) es una capa de la columna tuular aierta porosa* que tamién se llama una columna de soporte recuierto tuular aierta "ACH$). La superfcie interior de una columna parcela está llena de una película delgada de un
material de soporte* tal como una tierra de diatomeas. Este tipo de columna contiene varias veces una ase estacionaria tanto como lo -ace una columna de pared recuierto. ") @na columna CH$ es simplemente un tuo capilar ormado de sílice undida* acero ino#idale* aluminio* core* plástico* o vidrio. Aus paredes interiores están recuiertas con una capa delgada de la ase móvil. "c) La columna ACH$ se descrie en el apartado "a) de esta pregunta. 2).13. "#u$les son las columnas megacapilares' "ara qu, se utili5an'
Las megacolumnas son columnas tuulares aiertas que tienen un ma%or diámetro interior (530 (m ) que columnas tuulares aiertas típicas* que varían en diámetro desde
150 )asta 320 (m
.
2).1!. "#u$les son las venta0as de las columnas capilares de slice undida en comparación con las columnas de vidrio o las met$licas'
Las columnas de sílice undida tienen una ma%or resistencia ísica % e#iilidad de columnas tuulares aiertas de vidrio % son menos reactivos rente a analitos que el vidrio o las columnas metálicas. 2).1(. "4u, propiedades debe tener una ase estacionaria lquida en cromatograa de gases'
Las propiedades deseales de una ase estacionaria para 1C inclu%en( aja volatilidad* estailidad térmica* inercia química* % las características de disolventes que proporcionan valores de ' % , para los analitos a ser separados. 2).16. "4u, eecto tiene el espesor de la pelcula de la ase estacionaria sobre los cromatogramas de gases'
Espesor de película inu%e en la velocidad a la que los analitos se llevan a través de la columna* con la tasa de aumento a medida que disminu%e el espesor. Denos ensanc-amiento de la anda se encuentra con películas delgadas. 2).1). "or qu, las ases estacionarias en cromatograa de gases est$n con recuencia enla5adas o polimeri5adas' "4u, signifcado tienen estos t,rminos'
&ases estacionarias líquidas son generalmente unidos % > o reticulados con el fn de proporcionar una estailidad térmica % una ase estacionaria más permanente que no se fltrará uera de la columna. Iinculación implica la unión de una capa monomolecular de la ase estacionaria a la superfcie de emalaje por medio de enlaces químicos. La reticulación implica el tratamiento de la ase estacionaria mientras se encuentra en la columna con un reactivo químico que crea enlaces cru0ados entre las moléculas que componen la ase estacionaria. 2).1+. Enumere las variables que originan a< el ensanchamiento de la banda & b< la separación de la banda en cromatograa de gas % lquido.
"a) la ampliación de la anda se dee a valores mu% altos o mu% ajos de ujo* las partículas grandes que componen el emalaje* las capas gruesas de la ase estacionaria* la temperatura aja % las tasas de in%ección lenta. ") separación de las andas se ve reor0ada por el mantenimiento de condiciones para que ' está en el intervalo de 3 a 3=*
el uso de partículas pequeMas para el relleno* lo que limita la cantidad de ase estacionaria por lo que los recurimientos de partículas son fnas* % la in%ección de la muestra rápidamente. 2).1. "4u, son los ndices de retención' E*plique cómo se determinan.
El índice de retención para un analito es una medida de la tasa a la cual se lleva a través de una columna en comparación con la tasa de movimiento de los alcanos normales dos* uno que se mueve más rápido que el analito % el otro más lentamente. 2ara otener el índice de retención de un analito en una columna dada* se determinan el registro de los tiempos de retención ajustados para los dos alcanos % el analito. El índice de retención para utano es siempre 7== % 8== pentano. El índice de retención para el analito entonces se deriva mediante la interpolación entre los dos índices de retención logarítmica del alcano 2).2. El mismo compuesto polar se anali5a por cromatograa de gases con una columna E=3 >mu& poco polar< & luego con una columna #arbo?a* 2/ >mu& polar<. "#ómo variar$ K =C S / C M entre las columnas'
El coefciente de distriución para un compuesto polar será ma%or en la columna caroNa# de 5= D que la columna AE96= no polar. 2).21. @tili5a los datos de retención que se dan a continuación para calcular el ndice de retención del 1=he*eno.
Mu%&'! 7ire n8pentano n8+e,ano !8+e,eno
T"%)+, -% !%'%(/"(7 )"( =.8?3 5.3; 7.56 6.38
2ara el 39-e#eno( * =500 +
( log2.58 −log 1.59) × 100=558 ( log3.66 −log 1.59)
2).22. e utili5ó una columna de A# en las siguientes condiciones de traba0o: #olumna: 1.1 m * 2. mm rellena con #hromosorb B peso de ase estacionaria lquida aCadida8 1.!gB densidad del lquido8 1.2 gml B presiones: entrada8 26.1 psi por encima de la atmos,ricaB atmos,rica8 )!+ torrB temperaturaB ambiente8 21.2#B columna8 12.#B tiempos de retención: aire8 1+. sB acetato de metilo8 1.+ minB propionato de metilo8 !.16 minB n= butirato de metilo8 ).3 minB anchura de picos de los ,steres en su base: .1B .3 & .)8 respectivamente.
atos( p H + =18.88 to a 21.2 - C 2
Calcule( a) .asa de 9ujo promedio en la columna
Austitu%endo en la ecuación 5?96* ' c =102.0 + 273=375 K , $ m =25.3
L , ' = 21.2+ 273=294.2 K m!"
.=748 to
' c ( .− . H + ) 375 K 748− 18.88 $ = $ m × × =24.3 × × =30.2 L / m!" 294.2 K 748 ' . 2
b) /olúmenes de retención corregidos para el aire y para los tres steres" .=748 to + 26.1 ps! ×
0
V M = % t M $ %
5.17 to
ps!
=883 to
[ ( / ) −1 ] =0.915 != 2 [ ( 883 / 748 ) −1 ] 3 883 748
2
3
t M =18.0 s / 60 s / m!" =0.3 m!" 30.2 L 0 V M = % t M $ = 0.915 × 0.3 m!"× =8.3 ml m!"
L =54.7 ml (V ) =0.915 × 1.98 m!"× 30.2 m!" 0 R 1
L = 115.0 ml (V ) =0.915 × 4.16 m!"× 30.2 m!" 0 R 2
L =219.1 ml (V ) =0.915 × 7.93 m!"× 30.2 m!" 0 R 3
c) /olúmenes de retención espec&0cos para los tres componentes" 0
@sando la ecuación(
( V & )1=
0
V R −V M 273 V & = × ms ' c
54.7 −8.3 273 × =( 54.7− 8.3 ) × 0.520=24.1 ml / & 1.40 375
( V & )2=( 115.0 −8.3 ) × 0.520 =55.5 ml / &
( V & )3=( 219.1−8.3 ) × 0.520=109.6 ml / & d) %onstantes de distribución de cada uno de los steres
Ae usa la siguiente ecuación( K =
V & × / s × ' c 273
ml 1.02 & 24.1 × × 375 & ml K 1= =24.1 × 1.40= 33.8 273 K 2=55.5 × 1.40 =77.8 K 3=109.6 × 1.40 =154
e) :n volumen de retención corregido y tiempo de retención para el n8+e,anoato de metilo
e la ecuación por regresión lineal log t R= 0.3286 × ( ¿ 1tomos23 C )− 0.7496 0
0 2ara ? átomos de C( log t R= 0.3286 × 7 −0.7496=1.55
0
t R= 35.53 # t R =35.53 + 0.30=35.83 m!"
0
V R = % t R $ =0.915 × 35.83 × 30.2= 990 ml
2).23. #on los datos del problema 2).228 calcule a) factor de retención k para cada componente b) factor de selectividad α para cada pareja de compuestos adyacentes c) número promedio de platos teóricos y la altura de plato de la columna d) resolución para cada par de compuestos adyacentes
@sando las siguientes ecuaciones(
[
]
2 ( t R ) B−( t R ) A t R−t M √ N α −1 k A = , R s= , R s= 4 t M W A + W B α
( )( )
( )
2
k B t R L , N =16 , N = 1 + k B W H
2).2!. a ase estacionaria lquida de la columna descrita en el problema 2).23 era dideciltalato8 un solvente de polaridad intermedia. i en lugar de ,ste se hubiera utili5ado un solvente no polar como aceite de silicona. "os tiempos de retención de los tres compuestos seran ma&ores o menores' "or qu,'
ado que los tres compuestos son relativamente polares* serían menos compatiles con un disolvente no polar tal como un aceite de silicona que con dideciltalato. 2uesto que menos tiempo se gastaría en la ase estacionaria para el aceite de silicona*
t R sería
más pequeMo.
2).2(. @n m,todo de determinación cuantitativa de la concentración de constitu&entes en una muestra anali5ada mediante cromatograa de gases es el de normali5ación de $rea. En este m,todo se requiere la elución completa de todos los constitu&entes de la muestra. El $rea de cada pico se mide despu,s & se correlaciona con las dierencias en la respuesta del detector para los dierentes eluidos. Esta corrección requiere la división del $rea mediante un actor de corrección determinado de manera emprica. a concentración del analito se determina a partir del cociente de su $rea corregida respecto al $rea total corregida de todos los picos. En el caso de un cromatograma que contiene tres picos8 las $reas relativas determinadas ueron 16.!8 !(.2 & 3.2 en el orden en que se incrementa el tiempo de retención. #alcule el porcenta0e de cada compuesto si las respuestas relativas del detector son .68 .)+ & .++8 respectivamente.
2).26. Determine la concentración de especies en una muestra a partir de las $reas de los picos & las respuestas relativas del detector para los cinco picos de cromatograa de gases de la tabla siguiente. 7plique el m,todo de la normali5ación del $rea que se e*plica en el problema 2).2(. e indican tambi,n las respuestas relativas del detector. #alcule el porcenta0e de cada componente en la me5cla.
C,)+u%&', A B C D E
Á!% !%$'"v -%$ +"/, 65.8 5=.? ;=.3 6=.5 3.6
R%&+u%&' !%$'"v -%$ -%'%/',! =.?= =.?5 =.?8 =.?6 =.?
2).2). "#u$l sera el eecto de los siguientes casos sobre la altura de plato de una columna' E*plique su respuesta. a) 7umentar el peso de la fase estacionaria respecto al peso del relleno"
umento de V S /V M conduce a un aumento en el espesor de la película 2 4 . Este aumento provoca un aumento marcado en C S 5 % por lo tanto un aumento en el :. b) Disminuir la velocidad de inyección de la muestra"
La reducción de la tasa de in%ección de la muestra dará lugar a la ampliación de la anda porque todas las moléculas no comien0an a atravesar la columna en el mismo instante. educción de la capacidad % un aumento en los resultados de :. c) 7umentar la temperatura de la porte*uela de inyección"
El aumento de la temperatura del puerto de in%ección tenderá a disminuir : deido a la misma velocidad de evaporación se incrementará. 2or lo tanto* la muestra se puede poner en la columna en una anda estrec-a con 0ona menos propagación inicial. d) ;ncrementar la tasa de 9ujo"
El aumento de la velocidad de ujo puede causar aumenta o disminu%e en : dependiendo de la velocidad de ujo.
e) Reducir el tama
La reducción del tamaMo de partícula aumenta la superfcie % por lo tanto disminu%e de espesor de película 2 4 en el término de la C S 5 en las ecuaciones 5;956 % 5;957. @na disminución en el tamaMo de las partículas tamién -ace que el término
C M 5
más pequeMo. mos eectos conducen a una altura plato más pequeMo "$ala 5;96). f) Disminuir la temperatura de la columna"
isminu%endo la temperatura disminuirá las tasas de diusión D M # D S . El término B / 5 se convierte más pequeMo % los términos de
C S 5 %
C M 5 se convierten más
grandes con la disminución de los coefcientes de diusión. Esto puede conducir a un aumento de : Ai dominan los términos
C S 5 %
C M 5 o una disminución de
H si
domina el término B / 5 . En la ma%oría de los casos* : aumenta a medida que la temperatura disminu%e. 2).2+. "4u, tipo de me5clas se separan por cromatograa gas % sólido'
La Cromatograía de gas9sólido se utili0a principalmente para separar ajas especies moleculares de masa gaseosas como dió#ido de carono* monó#ido de carono % ó#idos de nitrógeno. 2).2. "or qu, la cromatograa gas % sólido no se utili5a tanto como la cromatograa gas % lquido'
La cromatograía de gases9sólidos se -a limitado su aplicación porque los compuestos activos o polares se conservan más o menos permanentemente en la ase estacionaria. demás* se oserva a menudo deido a las características no lineales del proceso de adsorción ísica.
CAPÍTULO 2<: CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS PREGUNTAS Y PROBLEMAS: 2+.1. Enumere los tipos de sustancias en los cuales son m$s aplicables los siguientes m,todos de cromatograa: a) =as > l&1uido
Especies que son un poco volátiles % térmicamente estales. b) 7bsorción de l&1uidos
Fo polares compuestos orgánicos de ajo peso molecular % especies orgánicas particularmente isómeros.
c) Reparto l&1uido > l&1uido
Especies moleculares que son permanentes o térmicamente inestales. d) Reparto en fase inversa
Especies orgánicas de ajo o moderado peso molecular* no volátiles o térmicamente inestales. e) ;ntercambio iónico
Austancias que no son iónicas. f) ?enetración en gel
Compuestos de altos pesos moleculares que son solules en disolventes no polares. g) =as > sólido
1ases de ajo peso molecular no polares. +) Filtración sobre gel
Compuestos -idroílicos de alto peso molecular. i) ?ares iónicos
$res métodos para mejorar la resolución inclu%en( >1<juste de
k A
%
k B
mediante el empleo de una ase móvil de m+ltiples
componentes % la variación de la revuelta de los disolventes de encontrar una me0cla óptima. >23
En cromatograía de reparto* ' es variada convenientemente usando un sistema componente solvente de dos "o más) % variando la proporción de los solventes.
2+.!. "#ómo se puede modifcar el actor de selectividad en a< la cromatograa de gases & b< la cromatograa de lquidos'
"a) en cromatograía de gases* , es generalmente variada variando la columna del relleno. ") en LC* columna del relleno % composición química de la ase móvil pueden variar para producir mejores valores ,. 2+.(. 7l preparar un gradiente con he*ano % acetona para una columna de F# rellena de al-mina8 "es deseable aumentar o disminuir la proporción de he*ano a medida que progresa la elución en la columna'
En cromatograía de adsorción con un relleno de al+mina* es generalmente mejor aumentar la polaridad de la ase móvil a medida que avan0a la elución. sí la proporción de acetona con el -e#ano dee aumentarse a medida que avan0a la elución. 2+.6. "4u, signifca el intervalo de respuesta lineal d e un detector'
El rango de respuesta lineal de un detector es el rango de concentración de analito o masa sore el cual el detector responde linealmente. Es el mismo que el rango dinámico. 2+.). Defna: a) Elución isocrática
En una elución isocrática* la composición solvente se mantiene constante a lo largo de la elución. b) Elución con gradiente
En una gradiente elución* se utili0an dos o más solventes % la composición de la ase móvil va camiando continuamente o en pasos a medida que avan0a la separación. c) ;nyección a 9ujo detenido
En una in%ección de ujo detenido* se detiene el ujo de disolvente* se elimina un accesorio a la cae0a de la columna* % la muestra se in%ecta directamente en la cae0a de la columna. El accesorio se sustitu%e a continuación* % el omeo se reanuda. d) Relleno de fase inversa
@n relleno de ase inversa es un relleno no polar que se emplea en cromatograía de partición con una ase móvil relativamente polar. e) Relleno de fase normal
En un relleno de ase normal* la ase estacionaria es polar % la ase móvil es relativamente no polar. f) %romatograf&a de pares de iones
En la cromatograía de pares iónicos un gran contra9ión orgánico se aMade a la ase móvil como un reactivo de apareamiento iónico. La separación se consigue %a sea a través de la partición neutro par iónico o como un resultado de interacciones electrostáticas entre los iones en solución % cargas sore la ase estacionaria que resulta de la adsorción de la orgánica contra9ión. g) %romatograf&a iónica
En la cromatograía de iones* la ase estacionaria es una resina de intercamio iónico % detección se logra normalmente mediante un detector de conductividad. +) Detector de propiedades de la solución
@n detector de propiedad de la solución responde a alguna propiedad de la ase móvil "tales como la conductividad térmica o eléctrica) que se ve alterada por la presencia de analitos. i) Detector de propiedades del soluto
@n detector de propiedad del soluto responde a alguna propiedad de analitos* tales como la asorción o uorescencia. j) ?urga
2urga es un proceso para la eliminación de gases disueltos desde una solución arriendo el líquido con un ujo de urujas fnas de un gas inerte de aja soluilidad. 2+.+. "4u, es la columna de protección en la cromatograa de reparto'
@na columna de protección es una columna corta a través del cual la ase móvil u%e antes que la región de la in%ección % la columna de análisis de instrumentos de :2LC. La composición de la columna de protección es similar a la de la columna analítica* e#cepto que las partículas son generalmente más grandes para reducir al mínimo la caída de presión. El propósito de la columna de protección es para eliminar la materia en partículas % los contaminantes de la ase móvil % para saturar la ase móvil con la ase estacionaria de modo que las pérdidas de esa ase de la columna analítica se reducen al mínimo. 2+.. "En qu, se parecen la cromatograa de reparto en ase normal & la cromatograa de adsorción'
La cromatograía de reparto en ase normal % la cromatograía de adsorción son similares en el sentido que las ases estacionarias en amos son polares* mientras que las ases móviles son relativamente no polares. 2+.1. "#u$l es el orden en que los compuestos siguientes saldr$n de una columna para F# que contiene un relleno de ase inversa' a) benceno@ dietilter@ n > +e,ano 2!3t!l6t3 , 73"c3"o ," −)38a"o
) acetona@ dicloroetano@ acetamida ac3tam!2a , ac3to"a, 2 !cloo3ta"o
2+.11. "#u$l es el orden de elución de los compuestos siguientes en una columna para F# con relleno de ase normal'
a) acetato de etilo@ ácido actico@ dimetilamina ac3tato 23 3t!lo , 2!m3t!lam!"a ,1c!2o ac6t!co
b) propileno@ +e,ano@ benceno@ diclorobenceno )38a"o, pop!l3"o, 73"c3"o, 2!cloo73"c3"o
2+.12. Enumere las dierencias undamentales adsorción & cromatograa de reparto.
entre
cromatograa
de
En cromatograía de adsorción* las separaciones se asan en equilirios de adsorción entre los componentes de la muestra % una superfcie sólida. En cromatograía de partición* las separaciones se asan en equilirios de distriución entre dos líquidos inmisciles.
2+.13. Enumere las dierencias undamentales entre cromatograa de intercambio de iones & cromatograa de e*clusión por tamaCo.
En cromatograía de e#clusión por tamaMo las separaciones se asan en el tamaMo % en cierta medida la orma de moléculas con poco las interacciones entre la ase estacionaria % los componentes de la muestra que se producen. En cromatograía de intercamio iónico* en contraste* las separaciones se asan en reacciones de intercamio iónico entre la ase estacionaria % los componentes de la muestra en la ase móvil. 2+.1!. "4u, tipos de especies se puede separar con cromatograa de lquidos de alta resolución pero no con cromatograa de gases'
2or :2LC pero no por 1C se pueden separar compuestos inestales al calor % no volátiles. 2+.1(. Describa las dierentes clases de bombas que se usan en la F#. "#u$les son las venta0as & desventa0as de cada una' Aombas neumáticas son simples* aratas % pulso gratis. Consisten en un contenedor
plegale solvente uicado en un uque que puede ser presuri0ado por un gas comprimido. Esta oma tiene una limitada capacidad % presión de salida % no es adaptale a gradiente elución. Aolvente viscosidad depende de la velocidad de omeo. Aombas de jeringa impulsada por tornillo consisten en una jeringa grande en el cual el pistón es movido por un tornillo impulsado por motor. Aon lires de pulso % la tasa de partos es variada ácilmente. Auren por la alta de capacidad % son inconvenientes cuando deen camiarse de solventes. Las bombas reciprocantes son versátiles % ampliamente utili0adas. Consisten en una pequeMa cámara cilíndrica que se llena % luego vaciada por el movimiento de idas % venidas de un pistón. Las ventajas inclu%en pequeMo volumen interno* presiones de salida alta* adaptailidad a gradiente elución % caudales constantes que son independientes de presión viscosidad % espalda. La salida de pulsos dee ser amortiguada. 2+.16. eCale las dierencias entre la cromatograa de una sola columna & la cromatograa iónica de columna inhibidora.
En columna in-iidora de cromatograía de iones es seguido por una columna supresora cu%o propósito es convertir los iones utili0ados para la elución de especies moleculares que son en gran medida no iónicos % por lo tanto no interferan con conductimétrico detección de la especie de analito. En una columna de iones* intercamiadores de iones de aja capacidad se utili0an para que las concentraciones de iones en la solución de elución puedan mantenerse ajas. Entonces la detección se asa en las pequeMas dierencias en conductividad causada por la presencia de componentes muestra eluido. 2+.1). a espectrometra de masa es un sistema de detección e*tremadamente vers$til para la cromatograa de gases. Go obstante8 acoplar un sistema de cromatograa de lquidos de alta resolución con un espectrómetro de masa es una tarea a menudo dicil. roporcione las principales ra5ones por las que es m$s dicil combinar la F# con la espectrometra de masa que combinar la cromatograa de gases con la espectrometra de masa.
Ae necesita una muestra de la ase gaseosa por espectrometría de masas. La salida de la columna de LC es un soluto disuelto en un solvente* mientras que la salida de la
columna 1C es un gas % así directamente compatiles. Como un primer paso para LC>DA* el disolvente dee ser vapori0ado. Cuando está vapori0ado* sin emargo* el solvente LC produce un volumen de gas 3= 9 3=== veces ma%or que el gas portador en cromatograía gaseosa. 2or lo tanto* tamién dee eliminarse la ma%oría de los solventes.
2+.1+. "#u$l de los detectores de cromatograa de gases de la tabla 2).1 son apropiados para la F#' "or qu, algunos de los mencionados son inadecuados para la F#'
Los detectores de 1C que son adecuados para :2LC son el espectrómetro &$< % posilemente otoioni0ación. Duc-os de los detectores de 1C son inadecuados para :2LC porque necesitan el componente lierador de analito en la ase gaseosa. 2+.1. 7unque la temperatura no aecta las separaciones en cromatograa de lquidos de alta resolución como lo hace en las separaciones por cromatograa de gases8 puede desempeCar un papel importante. 7nalice cómo & por qu, la temperatura podra no inuir en las separaciones siguientes: a) separación cromatográ0ca en fase inversa de una me*cla de esteroides b) una separación cromatográ0ca por adsorción de una me*cla se isómeros muy relacionados"
@na serie de actores que inu%en en la separación es claramente constantes de distriución inclu%endo dependientes de la temperatura % las tasas de diusión. demás* los camios de temperatura pueden inuir en la selectividad si los componentes % / son inuenciados dierentemente por los camios de temperatura. 2orque la resolución depende de todos estos actores* la resolución tamién será dependiente de la temperatura "a) 2ara una separación cromatográfca de ase inversa de una me0cla de esteroides* la separación podría ser inuenciado por camios dependientes de la temperatura en los coefcientes de distriución. ") 2ara una separación cromatográfca de adsorción de una me0cla de isómeros* la separación podría ser inuenciado por camios dependientes de la temperatura en los coefcientes de distriución. 2+.2. En una separación con cromatograa de lquidos de alta resolución dos componentes tienen tiempos de retención que diferen en 1(s. El primer pico elu&e en . minutos & los anchos de los picos son casi iguales. El tiempo muerto t M es 6(s. /ediante una ho0a de c$lculo determine la cantidad mnima de platos teóricos que se necesitan para alcan5ar los siguientes valores de resolución: Rs :0.50,0.75,0.90,1.0,1.10,1.25,1.50,1.75,2.0,2.5 . "4u, tanto cambiaran los resultados si el pico 2 tuviera el doble de ancho del pico 1'
2+.21. e pereccionó un m,todo de cromatograa de lquidos de alta resolución para separar & determinar ibuproeno en muestras de plasma de rata como parte de un estudio del curso de tiempo del $rmaco en los animales de laboratorio. e sometieron a estudios cromatogr$fcos varios patrones & se obtuvieron los resultados siguientes:
C,(/%('!/"( -%$ "#u+!,%(,7 =1>)$ ?.; @.? 2.? .? 6.? <.? @?.? @;.?
Á!% !%$'"v -%$ +"/, 8.= 3=.3 3?.5 3B. 6B.? 8?.6 ;;.B B8.6
uego se administró por va oral una muestra de 1mgHg de ibuproeno a una rata de laboratorio. e tomaron muestras de sangre en dierentes tiempos despu,s de la administración del $rmaco se sometieron a an$lisis de F#. e obtuvieron los resultados siguientes:
T"%)+,7 8
Á!% -%$ +"/,
? ?.; @.? @.; 2.? .? .? 6.? <.?
= B3.6 =.5 85.3 6.8 57.5 53.5 3.8 38.5
Determine la concentración de ibuproeno en el plasma sanguneo para cada tiempo dado & grafque la concentración contra el tiempo. En porcenta0e8 "durante qu, periodo de media hora >primero8 segundo8 tercero8 etc< se pierde la ma&or parte del ibuproeno.
e la -oja de cálculo la ma%or pérdida de porcentaje se produce entre 3*= % 3*8 -rs. 2+.22. En una columna de reparto en ase normal8 se determinó que un soluto tiene un tiempo de retención de 2.1 minutos & una muestra no retenida tiene
un tiempo de retención de 1.( minutos cuando la ase móvil contiene (I en volumen de cloroormo & (I de n=he*ano. #alcule a< k para el soluto & b< la composición de solventes que disminuira
k a un valor de alrededor de
1.
Ae usa la ecuación( k 2 k 1
( − ) /2
=10
0 1
0 2
9 (1 )
0 0 onde . % .2 son los índices de polaridad de cloroormo % n9-e#ano* 1
respectivamente. a) @sando la Ecuación( k 1=
k A =
t R−t M t M
9 (2 )
29.1−1.05 = 26.7 1.05
0 0 0 ) @sando la Ecuación( AB= ϕ A A + ϕ B B 9 (3) 0
AB=0.50 × 4.1 + 0.50 × 0.1 =2.10
Austitu%endo en la ecuación "3)( 10 2.1− . ) / 2 =10( 26.7 0 2
$omando el logaritmo de amos lados de esta ecuación da( log
10 =−0.427=( 2.1− 0 2 ) / 2 26.7
0
2=2 × 0.427 + 2.1=2.95 0 0 Austitu%endo 2 por AB
2.95= ϕ A × 4.1 + ϕ B × 0.1
ónde( ϕ A + ϕ B=1.00 2.95= 4.1 ϕ A + 0.1 ( 1− ϕ A )
en la ecuación "6) da
ϕ A =
( 2.95 −0.1 ) 4.0
=0.712
sí la me0cla dee ser CH Cl3 el ?3O % 5BO " −)38a"o
