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Cromatografía 1-Cromatografía: Fundamento-Clasicación. La cromatografía es una técnica para la separación de los distintos componentes de una mezcla permite la separación de impurezas. !l tiemp tiempo o necesa necesario rio para para la separ separaci ación ón se puede puede o"ten o"tener er infor informac mación ión importante acerca de la identidad de cada componente pero para la identicación nal se re#uiere normalmente la conrmación por alg$n otr otro mé méttodo odo analít alític ico o como omo la espec spectr tros osco copi pia a inf infrar arrro%a o%a &ir' &ir' la resonancia magnética nuclear &()*' o la espectroscopia de masas. !l fundamento de la cromatografía es la separación de diferentes tipos de moléculas cuando descienden por una columna o atra+iesan una delgada capa de material inerte. ,- Fase !staciona !stacionariaria- Fase )ó+il-!u )ó+il-!uente ente-Colum -Columna-Ca na-Capa pa elgada elgada /ortador de 0ases- Cromatograma. La se sep par arac ació ión n crom cromat atog ogr rc ca a se "asa "asa en la util utiliz izac ació ión n de una una columna #ue consta de una fase estacionaria 2 otra móvil. La muestra gasta parte de su tiempo en la fase estacionaria 2 el resto en la fase mó+il #ue es cuando se desplaza 3acia la parte inferior de la columna. 4i se colocan en la columna dos tipos distintos de moléculas tales como una parana 2 un compuesto aromtico aromtico es mu2 pro"a"le #ue el tiempo #ue permanezcan en la fase mó+il sea distinto. !l tu"o de arena es compara"le a una columna de cromatografía gaseosa 2 el gas #ue u2e a la fase mó+il. La arena ser la fase estacionaria. !l gas #ue emerge después de atra+esar la columna se llama euente. Los gases inertes como el 3elio u2en a +elocidad constante a tra+és de las las co collumna umnass crom cromat atog ogr rc cas as es deci decirr no inte intera racc ccio iona nan n 2 en consecuencia no gastan tiempo en la fase estacionaria. /or esta razón los gases inertes se utilizan frecuentemente como portadores de gases. !l registro o"tenido al representar la salida de los distintos componentes frente al tiempo reci"e el nom"re de Cromatograma. 5-!l plato teórico: La unidad utilizada para e6presar la eciencia de una columna cromatogrca es el plato teórico #ue deri+a de los procesos de destilación. Cuando se calienta una mezcla de dos comp co mpon onen ente tes s 3ier 3ier+e +e prim primer ero o el de menor temperatura de e"ullición. 4in em"argo el otro componente presenta a esa temperatura una presión de +apor nita 2 en consecuencia consecuencia parte del mismo se +aporiza %unto al ms +oltil. !n estas condiciones no se efec efect$ t$a a una una se sepa para raci ción ón co comp mple leta ta 2 la dest destil ilac ació ión n se co cono noce ce co como mo destilación de palto sencillo. 7- !cuación de 8an eempter: Comp Co mpar aran ando do la altu altura ra de los los plat platos os teór teóric icos os de dos dos co colu lumn mnas as se o"tiene una medida directa de sus eciencias relati+as. ﾧ
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<= A > &?@8' > C.8 4iendo: <= altura del plato teórico. A= una #ue depende de las corrientes parasitas en el u%o gaseoso 2 por lo tanto de la geometría del relleno 2 de las paredes de la columna así como la tur"ulencia 2 la laminaridad del u%o. ?= una #ue depende de la difusión de la muestra en la fase gaseosa 2 li#uida. !sta +elocidad depende de la temperatura 2 de la rapidez con #ue las moléculas de muestra difunden n el gas portador o sustrato. Aun cuando la mezcla no u2a difundir 2 se e6tender a lo largo de la columna. C= es una #ue depende de la transferencia de materia entre las moléculas de la muestra en fase gaseosa 2 li#uida. 8= +elocidad de u%o de gas portador. B-(elación entre altura de un plato teórico 2 la +elocidad de u%o de un gas portador:
- !#uipo de Cromatografía 0aseosa:
;- 0as /ortador utilizado en la Cromatografía 0aseosa: !l gas portador 3a de ser inerte respecto a la muestra 2 al sustrato esta"le térmicamente. Los gases portadores ms frecuentemente utilizados son argón nitrógeno e 3idrogeno. D- 4istema de En2ección de )uestra: La muestra li#uida se in2ecta con una %eringa en la cmara de in2ección. 4i la muestra se +aporiza lentamente los componentes tardan "astante tiempo en entrar en el gas portador 2 emergen de la columna en largos periodos de ﾧ
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tiempo o"teniéndose una mala resolución. /ara la +aporización de la muestra se calienta la célula después de su in2ección 3asta temperaturas de 5BGC. La muestra se +aporiza inmediatamente 2 los +apores son lle+ados al sustrato por el gas portador. La temperatura de la columna no 3a de e6ceder nunca de la tG de entrada de muestra. H- etectores 9tilizados en la Cromatografía 0aseosa: etectores de Eonización de Argón. etector de Eonización de Llama. etector de 4ección Irans+ersal. etector de Conducti+idad Iérmica. etector de Captura !lectrónica. 1etector de conducti+idad térmica: Cuando el gas portador sale de la columna entra en el detector. !ste consta de un tu"o 3ueco con un 3ilo a6ial #ue se calienta eléctricamente alcanzando una temperatura constante cuando la energía eléctrica es igual al calor cedido al gas circundante. ?a%o las condiciones de temperatura estacionaria la residencia eléctrica del 3ilo se mantiene constante. Cuando el gas #ue u2e rodeando el 3ilo contiene alg$n componente de la muestra se produce un cam"io de conducti+idad térmica 2 el 3ilo pierde calor a +elocidad distinta. !n consecuencia cam"ia la temperatura del 3ilo 2 por lo tanto su resistencia eléctricaJ este cam"io de resistencia se utiliza para detectar los distintos gases #ue pasan so"re el conductor. 11(amas de la cromatografía gaseosa: Cromatografía gaseosa de columna de relleno. Cromatografía gaseosa en columnas capilares. Cromatografía gaseosa preparati+a a escala. Cromatografía gaseosa a temperatura programada. 1,Cromatografía gaseosa en columna de relleno 2 en columna de capilares: !n columna de relleno: se realiza en columnas de relleno de ,B pulgadas de dimetro interior 2 de 5 a , pulgadas de longitud. !ste método #ue representa el fundamento de la cromatografía gas-li#uido se utiliza en todas las formas de anlisis orgnico molecular. !s ms interesante su aplicación al anlisis cuantitati+o por#ue permite o"tener resultados seguros con muestras de tamaKo relati+amente grande normalmente de 1 ml. Cuando se mane%an muestras de gran tamaKo no son necesarios detectores de gran sensi"ilidad #ue permite utilizar cual#uier detector con+encional. Algunos detectores pueden so"recargarse con estas cantidades 2 es necesario desdo"lar la muestra antes de alcanzar el detector. !l desdo"lamiento se consigue con un des do"lador de la muestra. !n columnas capilares: su dimetro es inferior a 1 pulgada 2 su longitud puede ser de +arios pies. rdinariamente se utiliza un sustrato lí#uido #ue 3umedece las paredes interiores de la • • • • •
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columna. !sta operación re#uiere un e#uipo especial 2a #ue en gral se 3ace pasar el sustrato a tra+és de la columna a presión ele+ada. /ueden analizarse muestras del orden de 1gr 2 aun así puede ser necesario reducir el tamaKo con un des do"lador. La muestra no puede recuperarse después de su in2ección particularmente si se utilizan detectores destructi+os como el de ionización de llama. !n consecuencia la columna no es aconse%a"le para aislar los componentes puros. 15rea de un pico cromatogrco: es proporcional a la concentración del compuesto en la muestra. 17Factor respuesta: cuando se 3a de realizar la determinación cuantitati+a de un compuesto de"e o"tenerse pre+iamente el llamado factor respuesta. !n la determinación e6perimental de este factor las condiciones 3an de ser idénticas a a#uellas "a%o las cuales se analiza la muestra. La forma de operar consiste en in2ectar una cantidad conocida del compuesto en el cromatografo gaseoso 2 medir el rea del pico correspondiente. !l factor respuesta +endr dado por la relación: Factor respuesta: rea del pico @ peso del comp. A= rea 6 unidad del comp. A 1B/ro"lema: en una determinación cuantitati+a se o"tu+ieron los siguientes datos: /eso del compuesto A puro in2ectado en la columna .1,1gr rea del pico correspondiente 5.7, pulgadas. /eso de muestra in2ectado en la columna .11Bgr. rea del pico del compuesto A en la muestra 7., pulgada. • • • •
1Cromatografía solido-li#uido: la aplicación mas importante de esta técnica es la separación de compuestos de ele+ado peso molecular. en gral. !sta técnica se utilizara con a#uellas muestras cu2os componentes tengan puntos de e"ullición demasiado ele+ados 2 por lo tanto sean difícilmente transforma"les en +apores incluso en cromatografía gaseosa a temperatura programada o "ien cuando los componentes sean inesta"les. Los compuestos #ue son sólidos a temperatura am"iente 3a2 #ue disol+erlos en un disol+ente adecuado. 1;(amas ms importantes de la cromatografía: Cromatografía de /apel. Cromatografía de Capa Fina. Cromatografía de Columna. 1DCromatografía de papel: en la prctica se suspende por un e6tremo una tira de papel de espesor uniforme 2 el otro e6tremo se introduce en el disol+ente. !n estas condiciones el disol+ente u2e 3acia arri"a a +elocidad constante por la acción capilar de las "ras de papel. !l disol+ente entra en contacto con la muestra 2 se desplaza a lo largo del papel con una +elocidad proporcional a la +elocidad de u%o del disol+ente 2 al tiempo #ue cada componente gasta en la fase estacionaria. 1HMCómo se realiza una cromatografía de papelN • • •
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4i se sa"e #ue una muestra contiene tres componentes: A? 2 C para identicarlos se aKaden al papel muestras separadas de A ? 2 C 2 se procede al re+elado una +ez conseguida la separación. !l componente A de la muestra ser a#uel #ue 3a2a recorrido la misma distancia #ue la muestra conocida A. el mismo razonamiento sir+e para la identicación de los otros componentes. 4i no se conoce la identidad de los componentes de la muestra de"en ser identicados después de su separación por algunas de las técnicas 2a citadas. ,-(f: el (.F de un compuesto para un disol+ente 2 sustrato determinado es constante 2 se dene como la relación de la +elocidad de u%o compuesto a la del disol+ente. eterminado pues el +alor (.F. de un compuesto desconocido se reduce considera"lemente el n$mero de compuestos #ue pueden presentarlo 2 en consecuencia su identicación es muc3o ms fcil. ,1-)anifestación del componente de una muestra: el re+elado de moléculas en cromatografía de papel o de capa na puede ser un pro"lema. 4i las moléculas son coloreadas la detección se 3ace por su o"ser+ación directa. sin em"argo es el caso menos frecuente. /ara algunos compuestos e6isten reacti+os especícos #ue reaccionan para dar un compuesto coloreado de o"ser+ación directa. La proporción de compuestos #ue pueden ser detectados de esta forma es pe#ueKa. ,,-Cromatografía de capa na: es similar a la cromatografía de papel e6cepto en #ue en lugar de papel se utiliza como sustrato una capa na de un material inerte tal como Al ,5 )g o 4i 5. 4e forma una pasta con el o6ido 2 un disol+ente adecuado se e6tiende uniformemente so"re una supercie plana &+idrio' 2 se seca. La +enta%a de operar con un sustrato inerte es #ue pueden utilizarse para el re+elado sustancias #uímicamente ms reacti+as tales como acidos fuertes #ue destruirn el papel. ,5-Cromatografía de Columna: La muestra se disuel+e en el disol+ente adecuado 2 se +ierte so"re el sustrato por la parte superior de la columna se aKade disol+ente 2 de esta forma se separan 2 recogen a la salida. /ara recoger el disol+ente 2 la muestra disuelta #ue salen de la columna puede utilizarse un colector de fracciones. 4e coloca uno de los tu"os de"a%o de la columna 2 se repite 3asta #ue todo el euente se 3a recogido en numerosas fracciones pe#ueKas. /osteriormente se e6aminan por separado cada una de estas fracciones para identicar los distintos componentes de la muestra.
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,7- onde se utiliza el método de columna: este método es mu2 utilizado en la identicación de mezclas comple%as de compuestos orgnicos de ele+ado peso molecular. ,B- 4ustrato utilizado en la columna cromatografíca: entre los materiales #ue se 3an utilizado como sustrato pueden citarse Al ,5 4i, )g 2 resinas. isol+entes típicos son: 3eptano éter "enceno ester 2 alco3ol. !l disol+ente seleccionado de"e ser inerte frente a la muestra 2 la solu"ilidad de los componentes de la muestra de"e ser distinta con o"%eto de o"tener una "uena separación. ,- !lusión: cada disol+ente pro+oca la elusión de un grupo distinto de compuestos orgnicos lo #ue 3ace posi"le la separación de la muestra en compuestos con grupos funcionales comunes. ,;- Cómo se agregan los disol+entes en una columna cromatograca: los disol+entes se aKaden en orden creciente de polaridad o constante dieléctrica para disol+er los compuestos en orden de polaridad tam"ién creciente. ,D- Oeolitas: las zeolitas naturales 2 articiales 3an sido mu2 utilizadas en el a"landamiento de aguas por intercam"io del Ca >, 2 )g >, del agua con *a > de la zeolita. Las zeolitas &silicatos de aluminio 2 sodio' tienen propiedades similares a las arcillas. ,H- !structura de una resina tipo:
5- (esinas de intercam"io catiónico: en estas resinas el grupo funcional suele ser un acido. /or sulfonación se puede introducir un grupo P45< en toso los anillos "encénicos de la resina. 4e o"tiene así un cam"iador catiónico de formula (es &45<' donde (es representa la matriz 2 &45<' los grupos cidos introducidos. Con cidos car"o6ílicos pueden o"tenerse resinas similares de formula (es C<. 51- (esinas de intercam"io aniónico: se rigen por el mismo mecanismo #ue las de intercam"io catiónico. en gral los grupos funcionales son aminas o sales de amonio cuaternario. la formación de una resina aniónica puede ser res n35o3 2 la reacción de intercam"io. (es *<,< > Cl (es *<,Cl > < e esta forma se eliminan aniones de soluciones acuosas #ue son sustituidos de soluciones acuosas #ue son sustituidos por < -. 9tilizando una resina #ue sea una mezcla de resinas catiónica 2 aniónica es posi"le intercam"iar los cationes 2 aniones del agua por <> 2 <- respecti+amente. e esta forma se o"tiene agua con frecuencia ms pura #ue la destilada. 5,- /rincipios #ue go"iernan el intercam"io iónico: la +elocidad de intercam"io de un ión est controlada por la le2 de acción de masa. ﾧ
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Iodos los iones presentes en la columna compiten por los grupos funcionalesJ los grupos funcionales son saturados por a#uellos iones #ue poseen ms anidad por el grupo. La anidad de los distintos iones puede o"tenerse de las reglas siguientes: &1'- el ion de carga ms ele+ada posee la ma2or anidad es decir: *a> Ca>, La>5 &,'- el ion de ma2or tamaKo tiene la anidad ms ele+adaJ esto es: Li> *a> > Cs> ?e>, )g>, Cu>, 4n>, 55- Aplicaciones analíticas de la cromatografía de intercam"io iónico: 4e citó como e%emplo de aplicación la eliminación del agua de cationes 2 aniones utilizando una mezcla de resinas de intercam"io catiónico 2 aniónico. Las columnas de intercam"io iónico pueden utilizarse para concentrar los componentes #ue interesan de una muestra. /ara recuperar el oro se trata la columna con una pe#ueKa cantidad de acido fuerte como #ue intercam"ia con los iones metlicos presentes. Egualmente puede conocerse el contenido aniónico total con un cam"iador #ue li"ere < - 2 posterior +aloración de los mismos. !n la #uímica orgnica la posi"ilidad de separar aminocidos en grupos utilizando una resina apropiada. AKadiendo acido o "ase se a%usta el p< de la disolución de cada grupo. Comercialmente las resinas de intercam"io son mu2 utilizadas en el a"landamiento de aguas así como en la e6tracción de elementos traza en agua de mar. 57- !lectrocromatograa: este campo es una com"inación de la cromatografía solido-li#uido 2 del efecto de un campo eléctrico so"re una partícula cargada. Como soporte para la muestra 2 el disol+ente se emplea una lamina de papel u otro sustrato adecuado. Los componentes de la muestra se separan por desplazamiento 3acia a"a%o como en una cromatografía normal. 4imultneamente se aplica un campo eléctrico perpendicular a la dirección de desplazamiento. 5B- !#uipo utilizado para la !lectrocromatograa: •
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5- Aplicaciones analíticas de la !lectrocromatograa: con esta técnica pueden detectarse cam"ios en la composición del suero 3umano. Iam"ién puede utilizarse para separa colorantes o puricarlos. La !lectrocromatograa permite la separación de mezclas de iones metlicos así como de los aniones. !s necesario un cuidadoso control del p< 2a #ue los cam"ios de p< afectan sensi"lemente la carga so"re los iones metlicos. /or otra parte los agentes acomple%antes modican las características de u%o de los componentes. Así por e%emplo la separación de dos metales #ue en condiciones normales sean difíciles de separar puede lograrse acomple%ando uno de ellos 2 de%ando el otro en su estad normal.
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