Altura donde t r y w b o w ½ se deben expresar en las mismas unidades, por ser N adimensional.

Transcripción

1 GENERALIDADES: CROMATOGRAFÍA Pof. Fancisco Rojo Callejas Tiempo de etención (t, fig 1) El tiempo que un soluto pemanece en la columna. Se mide desde el momento de la inyección hasta la elución del máximo del pico. Es caacteístico del soluto paa condiciones de opeación constantes. Auxilia en la identificación de los solutos. Tiempo mueto (t o, fig 1) El tiempo equeido paa elui un soluto que no se etiene en la fase estacionaia. Tiempo que cualquie soluto pemanece en fase móvil. Repesenta el espacio vacío de la columna. Tiempo de etención ajustado( t, fig 1) Mide el tiempo que el componente pemanece en fase estacionaia. t = t t o Ancho a la base (w b, fig 1) Es la poción de la línea base intesectada po las tangentes al pico. Paa un pico gaussiano es igual a 4σ. Tadicionalmente usado en el cálculo de la eficiencia del sistema Ancho a la mitad de la altua (w ½, fig 1) Una medida mas epoducible, adecuada paa evalua manualmente la eficiencia del sistema (platos teóicos). Númeo de platos teóicos (N) Cada plato teóico epesenta un equilibio teóico de distibución del soluto ente las fases. El númeo total de platos teóicos de una columna epesenta el pode de sepaación de la columna. Una buena columna tiene un númeo alto de platos teóicos. se calcula con cualquiea de las ecuaciones: N 16 t t 2 t = = = 2π w w Aea b ½ Altua donde t y w b o w ½ se deben expesa en las mismas unidades, po se N adimensional. Altua equivalente a un plato teóico (H, AEPT, HETP) Segmento de columna que epesenta un plato teóico. Es la medida invesa de la eficiencia del sistema, ente meno sea H el sistema es mas eficiente (se tienen mas platos teóicos en la misma longitud de columna). se calcula como: H = L N usualmente H y L se expesan en mm. 2 1

2 Facto de capacidad (k') Se define como la azón de la cantidad de soluto en fase estacionaia ente la cantidad en fase móvil al equilibio. Es igual a la elación del tiempo que el soluto pemanece en fase estacionaia especto al tiempo en fase móvil: t k = t o Selectividad (α, fig 2) Mide las difeencias elativas ente la inteacción de dos solutos con la fase estacionaia. Un valo mayo de α significa una columna mas selectiva y mejo sepaación ente solutos. Se calcula como el tiempo de etención coegido del soluto mas etenido ente el del menos etenido. k α = = t 2, 2 1 k1 t, 1 Resolución (Rs, fig 2) Es la medida cuantitativa del gado de sepaación ente dos solutos. Se calcula con: Rs = 2t (,2 t,1) ( wb,2 + wb,1) donde los tiempos de etención y los anchos se expesan en las mismas unidades. La esolución mínima aceptable en mezclas sencillas es 1.0 (ve fig 3), una esolución de 1.5 epesenta sepaación a la línea base. Figua 3. Ejemplos de esolución ente dos picos comatogáficos Ecuación maesta de la esolución Analiza las vaiables pimaias de contol de la esolución, la ecuación tiene la foma: R s = LH k α k α 2

3 Las tes conclusiones que se obtienen son: 1. A mayo etención (k'), mejo esolución (fig 4), peo le cuva es asintótica. Paa tene buenas sepaaciones se necesita un facto de capacidad k'>2. En mezclas sencillas un k' mayo de seis solo aumenta el tiempo de análisis sin mejoa apeciablemente la sepaación. 2. A mayo selectividad mayo esolución (fig 5). Nuevamente la gáfica es asintótica, po lo que no se necesitan selectividades muy gandes. Genealmente se tabaja en la zona cecana a α=1, po lo que cualquie aumento en la selectividad mejoa sustancialmente la sepaación. 3. Ente mayo sea el númeo de platos teóicos, mejoes sepaaciones (fig 6). La foma de la gáfica ( N ) indica que se deben de busca cambios sustanciales (de vaios ódenes de magnitud) paa que esta mejoa sea impotante. El aumenta ligeamente este valo no epesenta cambios apeciables (p. ej. duplica N mejoa solo 30% la Rs). Se debe de busca mejoa N con sistemas mas eficientes (H pequeño) y solo en casos especiales con columnas mas lagas (análisis mas lentos). Eficiencia FUNDAMENTOS Flujo de fase móvil (F o ) Se mide a las condiciones de salida de la columna (P yt ambientes). Comúnmente se emplean caudalímetos de bubuja, po lo que el cálculo del valo medio de la columna involuca la coección po la tempeatua de opeación de la columna, la caída de pesión en la misma y la pesión de vapo del agua. Se expesa en ml/min. 3

4 Velocidad lineal pomedio de la fase móvil (v) Se calcula con: v=l/t o. Un estimado exacto involuca la evaluación matemática de to con seies homólogas. Genealmente se calcula apoximando el tiempo mueto (t o ) con un compuesto poco etenido (po ejemplo el metano).se expesa en cm/seg. Ecuación de Van Deemte Analiza las vaiables que afectan la eficiencia de los sistemas comatogáficos. La foma simplificada de la ecuación es: H = A + B v+ C v En la ecuación anteio los téminos empíicos epesentados son: A es el efecto multicanales. En sistemas empacados analiza el efecto del tamaño y foma de las patículas y de la densidad de empacado. B epesenta la difusión axial, la que depende de la movilidad de las moléculas en las fases. C epesenta la esistencia a la tansfeencia de masa. Este témino pemite conclui que paa obtene sistemas eficientes se necesitan fases poco viscosas (helio o hidógeno en luga de nitógeno, fases estacionaas fluidas en luga de gomas), espesoes de película delgados (décimas de µm) y columnas de poco diámeto (capilaes en luga de "megaboe"). v la velocidad afecta la altua del plato teóico de modo que existe un flujo óptimo (fig 7) en que se obtiene el máximo de eficiencia. En la páctica se tabaja a flujos mayoes del óptimo paa educi el tiempo de análisis. Ecuación de Golay En columnas capilaes no existe el efecto multicanales (A=0), po lo que la ecuación de Van Deemte se educe a: H = B v+ C v La fómula anteio es la foma simplificada de la ecuación de Golay. A difeencia de Van Deemte esta es una ecuación exacta deducida teóicamente y compobada expeimentalmente. El que no haya efecto multicanales indica que las columnas capilaes son inheentemente mas eficientes. Además, la esticción al flujo es mucho meno po lo que las columnas pueden se mucho mas lagas (10 a 60m comecialmente) y con mucho mayo pode de sepaación. En la figua 8 se muestan las gáficas típicas de los tes gases más empleados como fase móvil en Comatogafia de gases. 4

5 ELUCIÓN PROGRAMADA En comatogafía se denomina el análisis de mezclas complejas como poblema geneal de elución. En condiciones de tabajo isotémicas (comatogafía de gases, CG) o isocáticas (comatogafía de líquidos, CL) la ecuación geneal de la esolución pemite optimiza la sepaación de una paeja de compuestos. En paticula se puede optimiza la sepaación de los solutos menos etenidos (fig. 9, tempeatua T 1 ), peo en estas condiciones los solutos con mayo etención tadaían mucho en elui, las señales seían muy anchas y po lo tanto pequeñas, inclusive podían no elui o no se detectados. Se puede fija las condiciones de tabajo de modo que se obseve la sepaación de los últimos solutos en elui (fig. 10). Paa ello en CG se necesita una tempeatua mayo que la anteio (T 3 >T 1 ). En CL se usaía un disolvente con mayo pode de elusión. Los esultados obtenidos son tales que se obseva la sepaación de los últimos solutos, peo los pimeos se etienen tan poco (k ~0) que no se sepaan. El utiliza condiciones de tabajo intemedias (fig.11, T 1 <T 2 <T 3 ) popociona esultados intemedios. Ni se loga sepaa po completo los pimeos solutos ni se loga elui la totalidad de los compuestos de la mezcla. 5

6 La solución al poblema anteio es la elusión pogamada. En comatogafía de gases se pogama linealmente la tempeatua y el líquidos se pogama exponencialmente la popoción de disolventes (mezclas). Los esultados de un análisis pogamado se obsevan en la fig Se obsevan dos compotamientos impotantes. Pimeo se loga elui pefectamente sepaados a la totalidad de los solutos. En paticula paa las seies homólogas el espaciamiento ente picos es casi constante, a difeencia de los análisis isotémicos en que el espaciamiento cece exponencialmente. Segundo, el ancho de los picos es pácticamente constante, po lo que los últimos picos son mucho más altos que en un análisis isotémico, se detectan con mayo facilidad. En comatogafía de gases de tempeatua pogamada el caso mas sencilla y común es la monoampa lineal (fig. 13). 6

7 Los tes paámetos básicos de la misma son: 1. Tempeatua Inicial (T i ). Debe se la mínima necesaia paa loga sepaa los pimeos solutos sin que se etengan en exceso. Genealmente el mínimo alcanzable se encuenta limitado instumentalmente (T i >(T amb +20 o C) excepto en equipos ciogénicos. Muchas fases poseen una tempeatua mínima de opeación po debajo dela cual solidifican y dan malas sepaaciones. Cuando po cualquie de estas causas no se pueda loga una tempeatua suficientemente baja, se debeá pemanece el tiempo necesaio (Ti) paa loga sepaa los pimeos solutos T1. Cuando ni así se loge sepaalos, la única solución es emplea una columna con mayo etención (e.g. más fase estacionaia). 2. Tempeatua final (T f ). La máxima necesaia paa elui los últimos solutos. Una vez que estos salieon, no tiene caso segui calentando. Nunca se debe sobepasa la tempeatua máxima de opeación de la columna. Si se llega a esta y aún faltan solutos po elui se debeá pemanece a tempeatua constante (T f ) el tiempo necesaio(t f ) paa temina de elui los solutos. Si este tiempo es excesivo, se necesitaá una columna con meno etención (e.g. menos fase). 3. Velocidad de calentamiento (δt/δt). Depende de la complejidad de la mezcla. En mezclas no muy complejas puede se alto (hasta 20 o C/min) paa acota el tiempo de análisis. En mezclas muy complejas puede se necesaio un calentamiento muy lento (2 o C/min) paa loga la sepaación. Usualmente se emplean gadientes de 5 o a 10 o C/min. 7