INTRODUCCIÓN A LA CROMATOGRAFÍA

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA CROMATOGRAFÍA Curso Química Analítica Cualitativa Jorge Yáñez S Depto. de Química Analítica e Inorgánica Facultad de Ciencias Químicas Universidad de Concepción

2 CROMATOGRAFÍA Método físico de separación de componentes en mezcla Los componentes se distribuyen entre dos fases: FASE ESTACIONARIA: permanece estática. FASE MÓVIL : se mueve a través de la fase estacionaria.

3 CROMATOGRAFÍA FASE ESTACIONARIA: puede ser un sólido, gel o líquido. Sólido Líquido interacción de los solutos en superficie ligada químicamente a u soporte sólido FASE MÓVIL: líquida o gaseosa. Función: transporta a la mezcla de solutos disueltos

4 CLASIFICACIÓN DE LA CROMATOGRAFÍA 1 SEGÚN ESTADO DE LA FASE MÓVIL CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA: Fase móvil es un líquido Solutos disueltos (solución homogánea). CROMATOGRAFÍA GASEOSA Fase móvil es un gas Solutos son gaseosos o volátiles

5 CLASIFICACIÓN DE LA CROMATOGRAFÍA 2 SEGÚN SOPORTE DE LA FASE ESTACIONARIA CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA - la fase estacionaria se aloja en un tubo de acero, vidrio o plástico. CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA - fase estacionaria recubre superficie planar. Ej. Vidrio, Metal (Al). CROMATOGRAFÍA EN PAPEL - papel hace de soporte y fase estacionaria a la vez.

6 ORIGEN DE LA SEPARACIÓN EN LA CROMATOGRAFÍA Origen: Interés por separar e identificar pigmentos vegetales Creador Michaell Semenovich Tswett, bioquímico (1903) Muestra Analitos Cromatografía Fase Estacionaria Extracto vegetal Pigmentos Líquida en columna. Carbonato de calcio Fase Móvil y solvente Hidrocarburo Chromatos que significa color

7 Principio de Separación de componentes en la cromatografía El soluto interacciona tanto con la fase estacionaria como con la fase móvil de acuerdo a sus propiedades físicas y químicas. El grado de interacción con ambas fases por parte del soluto tendrá un reparto específico por el sistema Este reparto o distribución del soluto en ambas fases es un proceso dinámico, continuo y repetitivo durante el avance del soluto a través de la fase estacionaria. Un grupo de solutos en mezcla pueden ser separados efectivamente aprovechando pequeñas diferencias entre ellos.

8 Un ejemplo trivial, pero explicativo : Componentes del sistema Rol Agua que arrastra a nadadores Fase móvil Piscina Soporte de fase estacionaria Público Grupos activos de la fase estacionaria Nadadores Solutos en mezcla Color Propiedad a ser usada en la separación En este ejemplo: Los tres nadadores son el soluto La propiedad de separación es el color de sus camisetas. Grupo activo de la fase estacionaria: el público al borde de la piscina.quienes como buenos fanáticos intentarán interactuar con su deportista preferido, en base al color de su preferencia. los nadadores son impulsados por una corriente continua de agua, pero sus fans los retienen, de este modo, el deportista menos querido interactuará menos con el público, y llegará primero a la meta.

9 Principios de separación más usados en cromatografía líquida Según el tipo de interacción entre el soluto y las fases estacionaria y móvil, el reparto puede producirse según: a) Solubilidad del soluto en ambas fases. El soluto presenta mayor solublidad por una fase que por otra. b) Adsorción química del soluto sobre la superficie de la fase estacionaria. c) Carga eléctrica del soluto interacciona con las cargas de la fase estacionaria y con cargas de la fase móvil. d) Exclusión e inclusión de moléculas de soluto en la fase estacionaria deacuerdo a su tamaño. En este caso la fase estacionaria es un gel que presenta intersticios de un tamaño determinado en donde pueden o no ingresar los solutos deacuerdo a su tamaño. e) Afinidad química específica entre soluto y fase estacionaria modificada químicamente con grupos reactivos. Ejemplo, reacción antígeno-anticuerpo.

10 Según el principio de separación la cromatografía se puede clasificar en los siguientes tipos: Principio de separación Tipo de cromatografía Solubilidad Adsorción Carga Exclusión Afinidad Cromatografía de reparto Cromatografía de adsorción Cromatografía iónica Cromatografía de exclusión o también Cromatografía de permeación en gel Cromatografía de afinidad

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12 PRINCIPIO DE SEPARACIÓN POR SOLUBILIDAD Mezcla de solutos S1 y S2 Coeficientes de reparto (K) en las dos fases F1 y F2. Para S1 el coeficiente de reparto en F1 y F2 está dado por: K S1 = [S1] en F1 / [S1] en F2 K S1 = 4 Para S2 el coeficiente de reparto en F1 y F2 está dado por: K S2 = [S2] en F1 / [S2] en F2 K S2 = 1

13 Primera iteración o transferencia 1 Tubo 1 S1 S2 F1 0,8 0,5 F2 0,2 0,5 Segunda iteración o transferencia 2 F1 y la F2 anteriores se mezclan con F2 y F1 nuevos Tubo 1 Tubo 2 La F2 anterior con F1 nueva La F1 anterior con F2 nueva S1 S2 S1 S2 F1 0,16 0,25 0,64 0,25 F2 0,04 0,25 0,16 0,25

14 Tercera iteración o transferencia 3 F1 nueva con F2 del tubo 1 anterior F2 del tubo 1 se mezclan con F1 nueva F1 del tubo 1 se mezcla con F2 del tubo 2 F1 del tubo 2 con F2 nueva Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 F1 del tubo 1 anterior con F2 del tubo 2 anterior F1 del tubo 2 anterior con F2 nueva S1 S2 S1 S2 S1 S2 F1 0,032 0,125 0,256 0,25 0,512 0,125 F2 0,008 0,125 0,064 0,25 0,128 0,125 Suma de S1 y S2 en ambas fases después de la tercera iteración: Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 _ S1 S2 S1 S2 S1 S2 _ conc. 0,04 0,25 0,32 0,5 0,64 0,25

15 Después de 6 transferencias Concentración 0,4 0,2 0 tubo 1 tubo 2 tubo 3 tubo 4 tubo 5 tubo 6 S1 S2

16 Representación esquemática de la separación continua por solubilidad - Una fase móvil F1 se desplaza en forma continua sobre otra estacionaria F2 - Soluto S se distribuye entre la F1 y F2 con coeficiente de reparto: K = p/q - En cada sitio de equilibrio, representado por un cuadro, se repetirá el reparto del soluto (p/q) entre ambas fases. 1.- Estado inicial o antes de interaccionar F1 y F2. S se encuentra en F1 en el primer sitio de reparto, siendo su fracción en F1 igual a F F2

17 2.- Después del primer equilibrio o primer reparto de S entre F1 y F2 se tiene: p F1 q F2 3.- F1 avanza sobre F2 para establecer un 2 sitio de reparto. Antes del segundo equilibrio o reparto se tiene: p F1 q F2 4.- Se estable el segundo equilibrio pq p 2 F1 q 2 pq F2

18 5.- F1 avanza sobre F2 para establecer un 3 sitio de reparto. Antes del tercer equilibrio o reparto se tiene: pq p 2 F1 q 2 pq F2 6.- Se estable el tercer equilibrio p q 2 p 2 q p 3 F1 q 3 pq 2 p 2 q 0 0 F2 La fracción de soluto en cada sitio de reparto (r) después de cada transferencia (n) está representada por: n! F = p r q n-r (n - r)! r!

19 Si K A y K B son parecidos, por ejemplo K A = 4 y K B = 2, la separación después de 100 transferencias será la observada en figura. que presenta la concentración de los solutos A y B en cada sitio de reparto (r). fracción de soluto (a) B R B = 2 A R A = 4 0 Sitio de reparto, r 100

20 Si K A y K B son muy diferente, por ejemplo K A = 1 y K B = 4, la separación después de 100 transferencias será la observada en figura 2.b.- fracción de soluto (b) B R B = 1 A R A = 4 0 Sitio de reparto, r 100 Así se aprecia claramente que mientras mayor diferencia de coeficiente de reparto entre A y B, mayor es su separación después de 100 transferencias.