cromatografía 03/07/2012 INTRODUCCIÓN Etapas de un análisis cuantitativo Curso: Química Analítica II Loreto Ascar 2012 Proceso Analítico

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1 cromatografía Curso: Química Analítica II Loreto Ascar 2012 INTRODUCCIÓN Cómo determinar un analito en una muestra problema? X Proceso Analítico Etapas de un análisis cuantitativo Elección del método Obtención de la muestra Procesamiento de la muestra Solubilizar la muestra Separación del Analito de interferencias Medir la propiedad Resultados 1

2 Separación del analito de interferentes Métodos clásicos Métodos Instrumentales Precipitación Destilación extracción Cromatografía Electroforesis Comienzos de la cromatografía Mikhail Tswett, 1903 Separación de pigmentos vegetales CaCO 3 Del griego: Chroma color graphein escribir La cromatografía es la ciencia y el arte de separar entre sí los componentes de una mezcla Fase Móvil Fase Estacionaria Muestra A + B + C Movimiento de la Fase Móvil Cromatograma IUPAC Definición de Cromatografía (1993) La cromatografía es un método físico de separación en el cual los componentes a ser separados se distribuyen entre dos fases, una de las cuales es estacionaria mientras que la otra se mueve en una dirección definida Componentes separados C B A Componentes Eluidos Detector 2

3 Muestra Matriz de la columna Solvente pasando continuamente Componentes: Fase móvil (fm): Gas, líquido o fluido supercrítico, que se hace pasar a través de la fe. Es el portador de la muestra. Componentes separados Fase estacionaria (fe): Puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que actúa como soporte de gran área superficial trb> tra Aplicación de la cromatografía a compuestos no coloreados, mediante el uso de detectores Dilución del analito Detectores más sensibles t R Señal detector t m Inyección Tiempo de retención t R : indica la posición de la señal y sirve para identificar los componentes de la muestra El área bajo la curva es un parámetro que se puede relacionar con la concentración 3

4 Determinación cuantitativa Señal detector R Respuesta x x x x x x t 1 Tiempo Concentración Determinación cuantitativa Se requiere determinar la concentración de un analito A en una muestra problema A (mg L -1 ) Area Muestra problema ,0E+06 2,5E+06 2,0E+06 1,5E+06 1,0E+06 5,0E+05 0,0E+00 y = x R² = 0, CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS De acuerdo al tipo de contacto existente entre las 2 fases involucradas Superficie Plana Columna Capa Fina (TLC) En papel (PC) Electrocromatografía (EC) De gases Líquida Fluidos supercriticos 4

5 GASES FLUIDO SUPERCRITICO LIQUIDO CROMATOGRAFIA GAS - SOLIDO CROMATOGRAFIA GAS - LIQUIDO COLUMNA PLANAR LSC BPC IEC SEC TLC PC BPC - RP BPC - NP GPC GFC Tipos de cromatografía en columnas LSC : Cromatografía sólido-líquido o de adsorción BPC : Cromatografía de fase enlazada IEC : Cromatografía de intercambio iónico SEC : Cromatografía de exclusión por tamaños BPC-RP : Cromatografía de reparto de fase inversa BPC-NP : Cromatografía de reparto de fase normal GPC : Cromatografía de permeación en gel GFC : Cromatografía de filtración en gel Velocidad de migración y ensanchamiento de banda Especie B es más retenida que especie A Al avanzar en la columna se produce un ensanchamiento de banda 5

6 Velocidad de migración y ensanchamiento de banda a b Señal del detector Tiempo c VELOCIDAD DE MIGRACIÓN DE LOS SOLUTOS La eficacia en la separación cromatográfica depende de la velocidad relativa con la que eluyen ambas especies, las que están determinadas por la magnitud de las constantes de equilibrio con las que se distribuyen ambas especies en las respectivas fases(estacionaria y móvil) A móvil = A estacionaria B móvil = B estacionaria K: Ctede distribución, razón de distribución o coef. de distribución C s :Concentración molar del soluto en la fase estacionaria C M :Concentración molar del soluto en la fase móvil Idealmente, k debe ser constante en un amplio rango de concentraciones Picos simétricos Tiempo de retención t R : tiempo de retención, corresponde al tiempo que transcurre desde la inyección de la muestra hasta que llega al detector t M :tiempomuerto,correspondealtiempoquedemoraunaespeciequenoes retenida υ: Velocidad promedio lineal 6

7 Factor de retención o factor de capacidad (K`A) Parámetro que da cuenta de la velocidad con que el analito difunde en la columna : Ideal entre 2 y 10 V S y V M : volumen de la fase estacionaria y móvil Factor de selectividad (α) Resolución de la columna 7

8 2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos de retención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analito no retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular K`A, K`B,αyRs Ensanchamiento de las señales Teoría de los Platos teóricos Teoría Cinética TEORÍA DE LOS PLATOS TEÓRICOS Columna compuesta por una serie de capas horizontales, estrechas y continuas separadas, llamadas platos teóricos En cada plato tiene lugar un equilibrio del soluto entre la fase móvil y la fase estacionaria Elmovimientodelsolutoydeldisolventeesuna serie de transferencias sucesivas entre un plato yotro 8

9 Eficiencia de la columna N: número de platos teóricos H: altura de los platos teóricos L: longitud de la columna σ 2 : Varianza de una medida Esta teoría explica la forma gaussiana de los picos cromatográficos y la velocidad de desplazamiento a través de la columna, pero considera que se producen equilibrios en los platos teóricos situación que no es posible debido al movimiento de la fase móvil. Determinación experimental de H y N 9

10 Determinación experimental de H y N 2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos de retención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analito no retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular H y N, para una columna de 20 cm de largo. TEORÍA CINÉTICA Esta teoría describe con éxito los efectos de las variables que afectan el ancho de la banda de elusión. El ensanchamiento de banda se produce como consecuencia de la velocidad finita con la que ocurren los diferentes procesos de transferencia demasadurantelamigracióndeunaespecieen el interior de una columna 10

11 Ecuación de van Deemter Líquida Gases Ecuación de van Deemter H: altura de plato, cm µ: velocidad lineal de la fase móvil, cm s -1. A: Camino múltiple B: Difusión longitudinal C: Transferencia de masa entre las fases Camino múltiple (A), Difusión en remolino o de Eddy d p : diámetro de las partículas de relleno, cm λ: Es el factor de empaque Está relacionada con el tamaño de las partículas, la geometría y lo compacto del empaque A menor velocidad de flujo, la mayoría de las partículas prueban muchos caminos, llegando en promedio muy próximas al valor medio, no originando ensanchamiento de banda 11

12 Difusión longitudinal (B/µ) Migración de las moléculas o iones desde la zona más concentrada hacia las mas diluidas D M : coeficiente de difusión en la fase móvil (cm 2 s - 1 ), para gases es mayor que para líquidos γ: factor de obstrucción A menor flujo de la fase móvil incrementa el ensanchamiento, debido a que el analito tiene más tiempo para realizar difusión B = 2γD M Donde γ es el factor de obstrución,una medida que da cuenta del impedimento de la difusión molecular libre causada por la presencia de las partículas de la fase estacionaria El ensanchamiento, debido a la difusión longitudinal, puede reducirse disminuyendo la temperatura y aumentando la velocidad de flujo Transferencia de masa fuera del equilibrio (CS y CM) C µ = (C s +C M ) µ K`: factor de retención d f : grosor de la película de soporte, cm D S : coef. de difusión del soluto en la fase estacionaria, cm 2 s -1 D p : diámetro de las partículas D M : coef. de difusión del soluto en la fase móvil, cm 2 s -1 12

13 Si la velocidad de flujo de la fase móvil es alta no se logra alcanzar un verdadero equilibrio entre las fases A menor velocidad de flujo hay más tiempo disponible para alcanzar el equilibrio El termino C dependerá de la transferencia de masa en la fase estacionaria y la velocidad de la fase móvil Efecto del diámetro de partículas que constituyen el relleno Influencia de µ sobre H 13

14 Optimización de la eficacia de la columna Se realizan variaciones de las condiciones experimentales con la finalidad de que los componentes de una mezcla se separen completamente en el menor tiempo posible 14

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