CROMATOGRAFÍA TEORIA

Transcripción

1 CROATOGRAFÍA TEORIA

2 Teoria de la Cromatografía Existen dos modelos para explicar la cromatografía Teoría de platos viejo Desarrollado por artin y Singe 1941 odelo cinético actual Desarrollado por Van Deempter 1956 Explica los procesos dinámicos de separación

3 Destilación fraccionada en la cual se repite el ciclo de vaporización y condensación sucesivamente, Plato teórico el número de ciclos eficaces de vaporización y condensación en una destilación fraccionada.

4 Destilación Fraccionada

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6 Cromatografía: Constante de Distribución (recomendado por la IUPAC) (antes: Coeficiente de Partición) A móvil A estacionaria K c c c S estacionaria móvil C S = n S /V S, C = n /V K ~ Constante Cromatografía linear >>>K >>> Retención en la fase estacionaria Tiempos de Retención Como manipular K?

7 Cromatografía Tiempos de Retención t = Tiempo de Retención fase móvil (tiempo muerto) t R = Tiempo de Retención del analito (soluto) t S = Tiempo en la fase estacionaria (Tiempo de Retención adjustado) L = largo de la columna

8 Cromatografía: Velocidades Relación lineal de migración del soluto! Velocidad = distancia/tiempo largo de Columna/ Tiempos Retención Velocidad del soluto: Velocidad de la fase móvil : v L t R L t

9 Cromatografía Velocidad/Retención, Tiempo y Kc v fracción de tiempo en fase móvil v moles de soluto en fase móvil moles totales de soluto v c c V V c S V S

10 Cromatografía Relaciones de Velocidad Cromatografía Cromatografía Relaciones Relaciones de de Velocidad Velocidad S S S S S S V / V K 1 1 v Constante de Distribución c c K V c / V c 1 1 v V c V c V c v

11 v k v A L t k R A Cromatografía Factor de Retención : ya casi? K L t t R A V t 1 S 1 1k t / K V 1 1k A A 1 V S / V (Factor de Retención) Tiempo de retención ajustado

12 Tiempo de Retención Relativo : RRT = t R /t Rs t Rs = Tiempo de Retención del estándar interno

13 Cromatografía Factor de Selectividad : los podemos separar? k B se retiene mas que A a >1 A K K k k (t B A R (t (t B A R R ) A ) ) t B A t t t y Constante de Distribución Factor de Retención k B (t R ) B t t Tiempo de Retención

14 Cromatografía Eficiencia de Columna Platos Teoricos Teoría de Platos y Velocidades N N H altura de plato número de platos desviación estándar 2 /L varianza por unidad largo. H L H 2 L L = largo del empaque de la columna

15 Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de Retención L largo de la columna (distancia) desviación estándar en distancia t tiempo de retención R desviación estándar en tiempo L t R L / t R

16 Cromatografía Relación entre largo de la columna y Tiempos de Retención L tr L t R W 4 Tangent at Inflection point ~96% 2 H W L 4t L R 2 2 W L 16t 2 R

17 Cromatografía Determinación del número de platos teóricos N número de platos W 1/2 N 16 tr W 2 N 5.54 t W R 1/ 2 2

18 Resumen de la Teoría de Platos Da cuenta de la forma de los picos y la velocidad de movimiento No toma en cuenta el efecto efecto de ensanchamiento de banda No indica efectos de otros parámetros No indica como ajustar los parámetros experimentales

19 Teoría Cinética Ensanchamiento de Banda debida a procesos de transferencia de masa

20 FORAS DE PICO Ideal Ancho Cabeceo Coleo Doblete TIEPO

21 Simetría de la Señal

22 INFORACIÓN DEL CROATOGRAA 1. POSICIÓN DEL PICO t R función de K (Termodinámica) 2. ANCHO DE PICO N, H (Cinética) Responsable de ensanchamiento de banda 3. FORA DEL PICO Simétrica o asimétrica

23 EL TIEPO DE RETENCIÓN DEPENDE DIRECTAENTE DEL COEFICIENTE DE REPARTO t R = t + t' R t R = t (1 + k') Recuerda que K = k' t R = t (1 + K /)

24 ENSANCHAIENTO DE BANDA 1. HETP H 2 /t R 2. N 16t R /W b 2 t R / 2 3. H L/N t R / t R / 2 2 /t R

25 ECUACIÓN DE VAN DEETER 1956 (PARA COLUNAS DE CG EPACADAS) HETP = H = A + B / + C

26 DISPERSIÓN DE PICO t 0 t 1 t2

27 EFECTO ULTICANAL (Difusión de Eddy) 1 1 lento rápido INICIAL CAA EPACADA FINAL

28 DIFUSIÓN LONGITUDINAL (FASE ÓVIL ) t 1 t 2 t 3

29 TRANSFERENCIA DE ASA LENTA ( ÓVIL A ESTACIONARIA ) oléculas de Soluto

30 GRÁFICO DE VAN DEETER H A B C B C A Velocidad Lineal promedio ()

31 Ecuación de Van Deemter 1. Columnas empacadas H = A + B/u + (C S + C )u 2 D m k d 2 2λ d p + q (1+ε p /ε e ) u + f s u + f(k) (1+k) 2 λ: factor de empaque de la columna (0.5~1.5) d p : tamaño de las partículas de empaque ε p : porosidad interna de la partícula ε e : porosidad entre las partículas D m : coeficiente de disfusión del soluto en la fase móvil. k: factor de capacidad k = K (V s /V m ) D s : coeficiente de disfusión del soluto en la fase estacionaria. q s : factor del recubrimiento de la fase estacionaria (2/3 para capa delgada). d f : espesor de la fase estacionaria D s d p 2 D m u

32 2. Columnas Capilares open tubular sin difusión de eddy! H = B/u + Cu H= B/u + (C S + C )u 2D m u + 2k 3(1+k) 2 d 2 f D s u + 1+6k+11k 2 96(1+k) 2 d 2 D m u H min = 2*(BC) 1/2 u opt = (B/C) 1/2

33 Término C Transferencia de asa COLUNAS CAPILARES Sílica Fundida Fase líquida

34 C m = 1+6k+11k 2 96(1+k) 2 d 2 D m

35 C S + C = 2k 3(1+k) 2 d 2 f D s + 1+6k+11k 2 96(1+k) 2 d 2 D m H= B/u + (C S + C )u El cociente de los valores de C S y C m contribuye al término de resistencia a la transferencia de masa y se determina por la relación de fases. (V m /V s ) = d/4d f, cuando, d>>d f

36 El Efecto del Gas Portador gas H= B/u + (C S + C )u DAB = H min = 2*(BC) 1/ x 10-3 T 1.75 P[(sum v i ) 1/2 A + (sum v i ) 1/2 B ] ( 1 1 ) W A W B u opt = (B/C) 1/2 D AB = kt/(6πη B r A ) líquido

37 Parámetros que afectan H H= B/u + (C S + C )u 2D m u + 2k 3(1+k) 2 d 2 f D s u + 1+6k+11k 2 96(1+k) 2 d 2 D m u T u d f d k

38 HPLC - ECUACIÓN VAN DEETER (odificada) HETP H A B u C S Cu 4 fuentes independientes de ensanchamiento de banda inimiza cada término, inimiza H, aximiza Eficiencia

39 HPLC DIFUSIÓN de EDDY A = 2dp La clave son partículas pequeñas, empacadas eficientemente. usualmente 10 y 5 micras existen de 3 micras

40 HPLC DIFUSIÓN LONGITUDINAL B/v 2D mobile v Un factor muy pequeño en HPLC La difusión en líquidos despreciable

41 HPLC TRANSFERENCIA DE ASA FASE ESTACIONARIA Q = Factor de Configuración R = Constante; f (K ) d f D stat = C s v QRD f 2 v D stat = Espesor de fase estacionaria Coef. difusión en fase estacionaria v = velocidad de flujo (cm / sec ) Clave: película delgada

42 HPLC TRANSFERENCIA DE ASA FASE ESTACIONARIA C m v wdp2 v D mobile w = Coeficiente de Columna dp = Diámetro de partícula v = Velocidad de flujo (cm / seg ) D mov.= Coeficiente de difusión en fase móvil Clave: partículas pequeñas

43 ECUACIÓN DE VAN DEETER DETALLADA H 2dp 2D m v QRd f 2 v D s dp2 v D m

44 Eficiencia de la Columna Variables Cinéticas

45 Ensanchamiento de Banda Velocidad de Flujo de la Fase óvil Cromatografía de Líquidos Cromatografía de gases Vea las diferencias en Flujo y Altura de Plato Teórico Porqué la CG normalmente tiene altos H, pero también alta eficiencia?