Invención de la Cromatografía

Transcripción

1 CROMATOGRAFÍA

2 Invención de la Cromatografía Mikhail Tswett Inventa la cromatografía en 1901 durante su investigación con pigmentos vegetales. Utilizó la técnica para separar varios pigmentos vegetales como clorofilas, xantofilas y los carotenoides. Mikhail Tswett Botánico Ruso ( )

3

4 Cromatografía Papel Capa delgada HPLC Gas Columna

5 CROMATOGRAFÍA GASES FLUIDO SUPERCRÍTICO LÍQUIDOS GSC GLC COLUMNA PLANAR TLC PC LSC BPC IEC SEC BPC-RP BPC-NP GPC GFC

6 Problemas de Sorción ABsorción ADsorción

7 Ley de Distribución (Reparto) Una sustancia (ácido benzóico HB) que se reparte entre dos disolventes inmiscibles entre sí acorde con: K C C org H2O K D [ HB] org [ HB] H2O [ ] [ ] + H H2O B HB H+ + B- a [ HB] H2O conc. [ HB] org [ HB] D conc. [ HB] D H2O K H2O [ ] [ ] HB + B H2O H2O org

8 Ley de Distribución (Reparto) D [ HB] H2O [ HB] 1 + org Ka [ ] + H H2O D 1 + Kd Ka [ ] + H H2O si Kd100 y Ka6.5x10-5 D a ph a ph 5 D a ph 7 15 D

9 Extracciones sucesivas Si queremos extraer 4 g de ácido butírico de 500 ml de H 2 O usando 500 ml de eter, donde Kd3.0 Kd C org X 1.0 C H2O 3.0 ( 4 X) / 0.5 X / 0.5 Recobro 75% 3.0g 1.0g

10 Extracciones sucesivas colectar 2.40g 250 ml 0.96g 250 ml 1.60g 500 ml transferir 0.64g 500 ml colectado 3.36g quedan 0.64g Recobro 84%

11 Eficiencia de extracción Nunca llega a cero

12 EXTRACCIÓN CONTINUA (CRAIG)

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

14 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.

15 Destilación Fraccionada

16

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

18 Cromatografía Tiempos de Retención t M 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

19 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 µ L t R L t M

20 Cromatografía Velocidad/Retención, Tiempo y Kc v µ fracción de tiempo en fasemóvil v µ moles de soluto en fase móvil moles totales de soluto v µ c M c V M M V + c M S V S

21 Cromatografía Relaciones de Velocidad M S M S M M S S S S M M M M 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 µ µ µ

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

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

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

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

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

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

28 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

29 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 de ensanchamiento de banda No indica efectos de otros parámetros No indica como ajustar los parámetros experimentales

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

31 FORMAS DE PICO Ideal Ancho Cabeceo Coleo Doblete TIEMPO

32 Simetría de la Señal

33 INFORMACIÓN DEL CROMATOGRAMA 1. POSICIÓN DEL PICO t R función de K (Termodinámica) 2. ANCHO DE PICO N, H (Cinética) Responsable de ensanchamiento de banda 3. FORMA DEL PICO Simétrica o asimétrica

34 EL TIEMPO DE RETENCIÓN DEPENDE DIRECTAMENTE DEL COEFICIENTE DE REPARTO t R t M + t' R t R t M (1 + k') Recuerda que K k'β t R t M (1 + K /β)

35 ENSANCHAMIENTO DE BANDA 1. HETP H σ 2 / t R 2. N 16( t R / W b ) 2 ( t R / σ) 2 3. H L / N t R / ( t R / σ) 2 σ 2 / t R

36 ECUACIÓN DE VAN DEEMTER 1956 (PARA COLUMNAS DE CG EMPACADAS) HETP H A + B / µ + C µ

37 DISPERSIÓN DE PICO t 0 t 1 t 2

38 EFECTO MULTICANAL (Difusión de Eddy) 1 1 lento rápido INICIAL CAMA EMPACADA FINAL

39 DIFUSIÓN LONGITUDINAL (FASE MÓVIL ) t 1 t 2 t 3

40 TRANSFERENCIA DE MASA LENTA ( MÓVIL A ESTACIONARIA ) Moléculas de Soluto

41 GRÁFICO DE VAN DEEMTER ( H A + B ) µ + ( C µ ) B C A Velocidad Lineal promedio (µ)

42 Ecuación de Van Deemter 1. Columnas empacadas H A + B/u + (C S + C M )u 2λ d p + 2 D m (1+ε p /ε e ) u k d 2 + q f s u + f(k) (1+k) 2 D s 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 p 2 D m u

43 2. Columnas Capilares open tubular sin difusión de eddy! H B/u + Cu H B/u + (C S + C M )u 2D m u + 2k 3(1+k) 2 d 2 f u D s + 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

44 Término C Transferencia de Masa COLUMNAS CAPILARES Sílica Fundida Fase líquida

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

46 C S + C M 2k 3(1+k) 2 d 2 f 1+6k+11k d D s 96(1+k) 2 D m H B/u + (C S + C M )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

47 El Efecto del Gas Portador gas H B/u + (C S + C M )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 MW ) A MW B u opt (B/C) 1/2 D AB kt/(6πη B r A ) líquido

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

49 HPLC - ECUACIÓN VAN DEEMTER (Modificada) HETP H A + B u + [ C S + CM]u 4 fuentes independientes de ensanchamiento de banda Minimiza cada término, Minimiza H, Maximiza Eficiencia

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

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

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

53 HPLC TRANSFERENCIA DE MASA 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

54 ECUACIÓN DE VAN DEEMTER DETALLADA H ( 2λdp) + 2γD m v + QRd f 2 v D s + ωdp2 v D m

55 Eficiencia de la Columna Variables Cinéticas

56 Ensanchamiento de Banda Velocidad de Flujo de la Fase Móvil 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?