INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE ACAYUCAN QUIMICA ANALITICA II CROMATOGRAFIA DE ADSORCIÓN ”

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE
ACAYUCAN
QUIMICA ANALITICA II
“ CROMATOGRAFIA DE ADSORCIÓN ”
ING. CRUZ PALACIOS GERONIMO
INTEGRANTES:
CELDO ISIDORO ERIKA
MERINO CULEBRO MARIA GUADALUPE
PADRON GONZALEZ INGRID
REYES CANUTO CAMILO
RODRIGUEZ TORRES ROSALIA
“ CROMATOGRAFIA ”
La cromatografía puede definirse como una técnica
que separa una mezcla de solutos basada en la velocidad
de desplazamiento diferencial de los mismos que se
establece al ser arrastrados por una fase móvil (líquida o
gaseosa) a través de un lecho cromatográfico que contiene la fase estacionaria, la cual puede ser líquida o sólida.
Las propiedades de los componentes de una mezcla
determinan su movilidad entre sí y con respecto a la
fase móvil. La base de la separación cromatográfica será,
por tanto, la diferencia en la migración de los mismos.
Notas Históricas
El botánico ruso Mijail Tswett estableció las ventajas de la
técnica, adopto la terminología y definió los procedimientos
experimentales básicos para esta técnica, se considera que es
el Padre de la Cromatografía. En los años 30 y 40 empezó su
desarrollo y aplicación en diferentes procedimientos de
experimentación.
Principios
La palabra Cromatografía significa EscribirenColores, porque
cuando fue desarrollada los componentes separados eran colorantes. Se define como una técnica o método físico de separación
basado en las diferentes velocidades con que se mueven los
solutos disueltos en un disolvente llamado eluyente (fase móvil) a
través de un medio estacionario o fijo. Los componentes a separar
se distribuyen entre la fase estacionaria y la fase móvil o fluido
que pasa a través o a lo largo de la fase estacionaria. Como los
componentes de la mezcla presentan diferente tendencia a permanecer en cualquiera de las fases, la separación se da por el movimiento de la fase móvil en relación con la estacionaria y de la
distribución de las sustancias entre las dos fases. Las moléculas
que "prefieren disolverse" en la fase móvil serán eluídas más
rápido que las que son preferencialmente solubles en la fase
estacionaria y que tienden a quedar retenidas. En resumen se
fundamenta en la separación entre la fase estacionaria sólida o
liquida y la fase móvil liquida o gaseosa
Los fenómenos rectores del proceso de retención y separación
son la adsorción y la absorción. El primero queda delimitado
a la superficie interfacial es decir se refiere a la fijación o retención de la sustancia entre la superficie de las dos fases; se relaciona con fuerzas químicas y físicas que dependen de la naturaleza de la sustancia absorbida, temperatura, naturaleza del
absorbente y concentración. El segundo fenómeno determina la
retención de una especie química por parte de una masa y
depende de la tendencia que tiene ésta a formar mezcla o
reaccionar químicamente con la misma.
“ CROMATOGRAFIA DE ADSORCION”
La cromatografía de adsorción o Líquido-Sólido es la forma clásica
de la cromatografía de líquidos. Ha sufrido algunas
transformaciones que la han convertido en un método importante
de la HPLC.
Las únicas fases que se utilizan en este tipo de cromatografía son la
sílice y la alúmina, siendo la primera la preferida.
Es adecuada para compuestos no polares probablemente con
masas moleculares inferiores a 5 000. Los métodos de la
cromatografía de adsorción y reparto tienden a ser
complementarios, aunque en algunos casos se superponen.
En general la cromatografía Líquido-Sólido es más adecuada para
muestras que son solubles en disolventes no polares y por ello
tienen solubilidad limitada en disoluciones acuosas que son las que
se utilizan en cromatografía de reparto en fase inversa. En este tipo
de cromatografía también se pueden separar compuestos con
diferentes grupos funcionales. Una característica particular de este
método es su capacidad para diferenciar compuestos isómeros en
mezclas.
• Las únicas fases utilizadas en HPLC liquidosólido son : la sílice y la alúmina, siendo la
primera la que se prefiere para la mayoría,
cuando no todas, las aplicaciones debido a
su mayor capacidad de carga y a su mayor
diversidad de presentaciones.
• Las características de adsorción de los dos
adsorbentes son similares.
EL ORDEN DE LOS TIEMPOS DE
RETENCION ES:
Oleofinas
<hidrocarburos aromáticos < haluros,sulfuros
< éteres < nitroderivados < ésteres
≈ aldehídos ≈ cetonas < alcoholes ≈ Aminas
< sulfonas < sulfóxidos <amidas < ácidos
carboxílicos.
• Las superficies de sílice y alúmina son muy
polares , y las eluciones se realizan en
general con alguna de las fases móviles
menos polares.
• Por ello se trata a la cromatografía de
adsorción como un tipo de cromatografía de
reparto en fase normal.
CROMATOGRAFÍA LIQUIDA DE ALTA EFICIENCIA O RENDIMIENTO (HPLC)
Es una Cromatografía de alta presión es decir se aplica el flujo a presión
(entre 1500 a 2200 psi). El tamaño de partícula es entre 3 y 10 micras, la
longitud de la columna es entre 5 y 25 cm. y requiere de equipo sofisticado.
Se pueden analizar muestras proteicas. La reducción del tiempo en que la
sustancia se encuentra en el interior de la columna, limita el ensanchamiento
por difusión de las bandas, aumentando por tanto la resolución.
El sistema HPLC requiere una mezcladora de solventes, un inyector, y una
bomba que inyecte el líquido a la columna. Generalmente las columnas de sílice
requieren alta presión para que el flujo de líquido sea adecuado, la mezcladora
se requiere para variar la proporción de solvente en la fase móvil y el inyector
permite la aplicación de la muestra. A la salida de la columna se coloca un
detector generalmente de absorción ultravioleta o de fluorescencia y si se
desea recuperar las moléculas que eluyen de la columna, se requiere un colector.
En los sistemas modernos el análisis de la información obtenida se realizan
mediante una computadora acoplada al equipo; lo que permite estandarizar la
cromatografía, identificar la naturaleza los picos eluídos y cuantificar su
contenido.
Los picos se relacionan según su "tiempo de retención" con estándares, que
permiten identificar los aminoácidos presentes en la mezcla. La cantidad relativa
de cada uno de ellos se determina calculando el área la curva del pico
correspondiente.
CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS DE
ALTA EFICACIA
• (HPLC): es la técnica analítica de separación
mas utilizada con ventas de equipo
aproximados a mil millones de dólares.
• Características: sensibilidad, fácil adaptación a
las determinaciones cuantitativas exactas
,idoneidad para la separación de especies no
volátiles o termolábiles, aplicabilidad a
sustancias de primordial interés industrial.
• Algunos de estos materiales incluyen:
• Aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos,
hidrocarburos, carbohidratos, fármacos,
terpenoides, plaguicidas, antibióticos,
esteroides, especies organometálicas y una
variedad de sustancias inorgánicas.
APARATO DE HPLC
RECIPIENTES PARA LA FASE MÓVIL Y SISTEMAS PARA EL TRATAMIENTO DE
LOS DISOLVENTES
Un aparato moderno de HPLC está equipado con uno o más recipientes de vidrio
o de acero inoxidable, cada uno de los cuales contiene de 200 a 1.000 mL de un
disolvente. Los recipientes, a menudo se equipan con un sistema para eliminar
los gases disueltos -en general oxígeno y nitrógeno- que interfieren formando
burbujas en la columna y en los sistemas de detección. Estas burbujas provocan
ensanchamientos de banda y a menudo interfieren en el funcionamiento del
detector. Un desgasificador puede consistir en un sistema de bombeo por vacío,
un sistema de destilación, dispositivos para calentar y agitar los disolventes o,
sistemas de purga que permiten arrastrar los gases disueltos fuera de la solución
mediante finas burbujas de un gas inerte de baja solubilidad. Con frecuencia
estos sistemas también contienen un dispositivo para la filtración del polvo y de
las partículas sólidas en suspensión en los disolventes para evitar que estas
partículas dañen la bomba o los sistemas de inyección u obturen la columna. No
es necesario que los desgasificadores y los filtros sean partes integrantes de los
sistemas de HPLC . Por ejemplo, una forma conveniente de tratar los disolventes
antes de introducirlos en el recipiente, consiste en filtrarlos a vacío a través de un
filtro (millipore) de tamaño de poro muy pequeño. Este tratamiento elimina los
gases, así como la materia en suspensión.
CROMATOGRAFIA LIQUIDA EN FASE
NORMAL
• La fase sólida es mas polar que la fase móvil.
• Los enlaces de la fase estacionaria presentan
momentos dipolares mayores que los enlaces
de las moléculas del disolvente.
• Las fases estacionarias son normalmente
polímeros inorgánicos con un gran número de
poros de tamaño molecular ( de pocos nm a
decenas de nm).
• Su area superficial es muy grande.
• Los dos materiales más comunes son: óxidos de
silicio hidratados( sílice o gel de sílice) y polímeros
de óxido de aluminio hidratados ( alúmina).
• Cuando se producen uniones fuertes entre estos
soportes y los componentes de la muestra , se dice
que el soporte está activo.
• Su actividad depende de la densidad de grupos
hidroxilo en la superficie y de su forma química ( si
están o no desprotonados).
• Los enlaces Si- O se hidrolizan en medio básico, la
sílice se disuelve lentamente en fases móviles con
elevados valores de PH.
• Es conveniente pasar primero la disolución por
una pequeña precolumna colocada delante de
la columna analítica, sacrificándolo con el
objeto de preservar el deterioro de la columna
analítica.
• La polaridad del disolvente es el principal
factor que determina los volúmenes de elusión.
• Con disolventes más polares los solutos se
mueven más rápidamente y eluyen antes. Los
disolventes más polares compiten mejor por el
soluto que los menos polares.
• La predicción de las propiedades eluyentes de
los disolventes ayudara en el desarrollo de
análisis por separación en fase normal.
• Si la alusión es demasiado lenta se utiliza un
listado llamado “ series eluotrópicas”en donde
se buscara algún disolvente más polar que el
utilizado.
• Este clasifica a los disolventes en una relación
semicuantitativa basada en la capacidad de
eluir los solutos en un fase estacionaria
específica.
Parámetro e° (fuerza del disolvente) para soportes de alúmina:
Serie eluotropicasa
Por orden alfabético
Por orden numérico de menor a mayor
Disolvente
e°
Disolvente
e°
Acetato de etilo
Acetona
Acetonitrilo
Ac.acético
Agua
Benceno
Ciclohexano
Clorobenceno
Cloroformo
Cloruro de metileno
Dicloruro de etileno
Dimetilsulfóxido
Dioxano
Éter etílico
Éter de petróleo
Hexano
Iso-propanol
Metanol
Metil-etil-cetona
Pentano
Piridina
n-propanona
Tetracloruro de carbono
Tetrahidrofurano
Tolueno
Xileno
ae°
0.58.
0.56
0.65
1.0
Superior
0.32
0.04
0.30
0.40
0.42
0.49
0.62
0.56
0.38
0.01
0.01
0.82
0.95
0.51
0.00
0.71
0.82
0.18
0.45
0.29
0.26
Pentano
Éter de petróleo
Hexano
Ciclohexano
Tetra cloruro de carbono
Xileno
Tolueno
Clorobenceno
Benceno
Eter etílico
Cloroformo
Cloruro de etilo
Tetrahidrofurano
Dicloruro de etileno
Metil etil cetona
Dioxano
Acetona
Acetato de etilo
Dimetil sulfoxido
Acetonitrilo
Piridina
Iso-propanol
n-propanol
Metanol
Acido acético
Agua
0.00
0.1
0.1
0.4
0.18
0.16
0.29
0.30
0.32
0.38
0.40
0.42
0.45
0.49
0.51
0.56
0.56
0.58
0.62
0.65
0.71
0.82
0.82
0.95
1.0
superior
es la energía de absorción de la fase móvil por unidad de área de la superficie
adsorbente del patrón
Grupos representativos de la fase ligada usados para la separación
Tipo
Acido iminodiacetico-Ni2+
Nitriloacetato-Cu2+)
Sero albúmina bovina (una proteína)
Aminoácidos (Cu2+ en la fase móvil
Ciclodextrinas (oligo-D_glucopiranosa)
Ferrocenilpropil amina
Aplicación
Proteínas, polipéptidos
Separaciones de racematos
Separaciones quirales
Proteínas, polipéptidos
Separaciones quirales
Separaciones quirales
SELECCIÓN DEL DISOLVENTE
• En esta cromatografía líquido-sólido, la única
variable que se puede utilizar para optimizar K´ y ∞
es la composición de la fase móvil ( a diferencia de la
cromatografia de reparto ,donde el relleno de la
columna tiene un efecto acusado sobre ∞.)
• En la cromatografía de adsorción ,las modificaciones
del disolvente provocan una gran variación en la
resolución y en el tiempo de retención ,y solo en raras
ocasiones no se puede encontrar la fase móvil
adecuada.
FUERZA DEL DISOLVENTE
• El índice de polaridad P´ puede servir como guía
aproximada de la fuerza de los disolventes en
cromatografía de adsorción.
• Un índice mucho mejor es : la fuerza eluyente €º que
es la energía de adsorción del disolvente por unidad
de superficie.Este parámetro depende del
adsorbente,siendolos valores de €º para sílice 0.8
veces los de la alúmina.
• Las diferencias de €º entre los disolventes se
corresponden aproximadamente con las que se dan
entre los valores de P´.
“ELECCION DEL DISOLVENTE”
•Es semejante al de separaciones de reparto.
•Se eligen dos disolventes compatibles, uno
de los cuales es demasiado fuerte (ۼ demasiado
grande) y el otro que es demasiado
débil. Variando la relacion de volumen entre los
dos disolventes se obtiene el valor adecuado
para K`.
• Un aumento de 0,05 unidades en el valor de €º por lo
general disminuye de 3 a 4 veces los valores de K´.
• Se puede conseguir grandes variaciones de K´ ,y casi
siempre se puede encontrar un sistema binario entre
los disolventes que proporcionen unos tiempos de
retención adecuados para cualquier tipo de muestra.
• €º no varía linealmente con la relacion de
volùmenes,como era el caso de P` en la cromatografía
de reparto; por ello es mas difícil calcular la mezcla
óptima para la separación.
• Se han desarrollado algunos gráficos que relacionan
€º con la composición de las mezclas binarias de los
disolventes más comunes.
• Cuando se produce un solapamiento de picos,
el cambio de un disolvente fuerte por otro,
mientras que K` se mantiene más o menos
constante, permitirá cambiar los valores de ∞ y
a menudo obtener la resolución que se desea.
• Estas pruebas al tanteo son tediosas e
infructuosas, por ello se han desarrollado
métodos para sistematizar y simplificar la
búsqueda.
• Uno de ellos consiste en experimentos
preliminares mediante cromatografía en capa
fina, que es la versión en lecho abierto de la
cromatografía de adsorción.
CUADRO DE LAS CLASIFICACIONES CROMATOGRAFICAS
tipo
líquidosólido
interca
mbio
iónico
líquido
-líquido
gaslíquido
fase estacionaria
fase
movil
sólido inerte como gel de sílice o alúmina
resina cambiadora
disolventes
soluciones acuosas
líquido adsorbido en un soporte sólido
líquido
película de líquido adsorbida sobre un soporte sólido
gas
La más utilizada en química orgánica es cromatografía líquido-sólido en sus dos
variantes: cromatografía en columna (CC) y cromatografía de capa fina (TLC)
Se emplea para la separación de mezclas
o purificación de sustancias a escala
preparativa. Como fase estacionaria se
usa, generalmente, gel de sílice o alúmina
dentro de una columna como las que se
pueden ver en la figuras. La elección del
disolvente es crucial para una buena
separación. Dicho disolvente pasa a través
de la columna por efecto de la gravedad o
bien por aplicación de presión (cromatografía flash). La columna se prepara mezclando
el soporte con disolvente y se rellena
la columna poniendo en el fondo de ésta un
poco de algodón o lana de vidrio, para evitar
que la sílica o la alúmina queden retenidas en
la columna y d el disolvente se enrasada
hasta el nivel del soporte. A continuación se
introduce la muestra por la parte superior de
la columna y se eluye con el disolvente elegido,
recogiéndose por lo general en tubos de ensayo
El orden aproximado de elusión
de compuestos es aproximadam
el que se indica.
y la polaridad de los disolventes
se recoge en el gráfico de la
izquierda
La técnica de cromatografía en capa fina (TLC) es una de las más comunes empleadas
en un laboratorio de Química Orgánica. Entre oras cosas permite:
*Determinar el grado de pureza de un compuesto
*Comparar muestras
*Realizar el seguimiento de una reacción
*Controlar el contenido de las fracciones obtenidas en cromatografía de columna
La cromatografía en capa fina usa como fase estacionaria un sólido como gel de sílice
a alúmina conteniendo algún material que hace que se mantenga la fase estacionaria
sobre un soporte tal y como placas de vidrio, aluminio e incluso materiales plásticos.
Las placas pueden prepararse en el laboratorio o adquirirse en el mercado.
Para realizar una cromatografía en columna se procede de la siguiente manera:
1) Preparar o cortar, en su caso, una placa
de tamaño adecuado.
2) Disolver una pequeña cantidad de la muestra y,
mediante un capilar de vidrio, pinchar en la parte
inferior de la placa a cierta distancia del borde.
3) Introducir la placa en un recipiente con el disolvente
adecuado. Dicho recipiente debe presentar una atmósfera
saturada en el vapor del disolvente por lo que se pone
trozo de papel de filtro en la parte posterior y disponer de
un sistema de cierre.
4. Cerrar el recipiente y dejar que el líquido ascienda por
capilaridad.
5) Revelar la placa para poner de manifiesto donde se
encuentran los puntos .
6) Determinar las posiciones relativas de los puntos
mediante el cálculo del Rf
APLICACIONES
• Es la más adecuada para compuestos no
polares con masas moleculares inferiores a
5.000.Los métodos de cromatografía de
adsorción y reparto son complementarios dado
que se superponen en algunos casos.
• La cromatografía liquido- sólido es más
adecuada para muestras que son solubles en
disolventes no polares, y que por tanto tienen
una solubilidad limitada en los disolventes
acuosos que son los que se utilizan en los
procedimientos de reparto en fase inversa.
• En cromatografía de reparto, los compuestos
que tienen distintos grupos funcionales por lo
general se pueden separar.
• Una característica particular de la
cromatografía de adsorción, que no es
compartida por otros métodos, es su capacidad
para diferenciar compuestos isómeros en
mezclas.
• La separación de isómeros es por lo común
mejor con el método de adsorción.
La cromatografia de adsorción se elige con frecuencia para separar
especies no polares,isomeros estructurales y grupos de compuestos
como,por ejemplo, los hidrocarburos alifaticos de los alcoholes
alifáticos.
APLICACIONES DE LA CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS