De los orígenes a la actualidad
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/docs.php?curso=206
Técnica
Instrumental
La herramienta analítica
de mayor importancia
Componentes básicos
C
Horno
Fase
móvil
Control
de flujo
Introducción
de muestra
Columna
Detección
Registro
y proceso
PROCESO CROMATOGRAFICO
La fase móvil fluye a lo largo del lecho
cromatográfico en contacto con la fase
estacionaria.
COLUMNA
º º ºº º º º º ºº ºº ºº ºº º º ºº º ººº ºº ºº º º º
º
º
ºº
º
º º º ºº
ºº º º ºº
º
º º º ººº ºº ºº ºº º º ººº ºº ººº ººº ººº ºº ººº ºº ºººº ººº ºººº ºº ºº ºº º º
º
º º ºººº ºº º º º º ºº º º ºº ººº º º º º º
º º º º º º º ººFASE
FASE MÓVIL
º ºº ºº ºº ºº ºº º º º ººº ºº ººMÓVIL
ºº º º º º ººº º º º º º
º FASE MÓVIL
º º º º ºº ººº ºº º ºº º ºººº ºººº ºººº ºººº ºº ººº ºººººº ºº ººººº ººº ºººº º ºº º
º
º º º º º º º º º ºº º º º º º º ºº º º º º
º º º º ºº ºº º º º º º ºº ºº ºººº ººº ºº º º ºº ºº ºººº ºº ºººº ºº º º º º
COLUMNA
PROCESO CROMATOGRAFICO
La fase móvil fluye, arrastrando consigo los
solutos.
Los solutos se reparten entre ambas fases
Fase
estacionaria
Muestra
Fase
móvil
PROCESO CROMATOGRAFICO
AL ALIMENTAR LA MUESTRA AL
SISTEMA, LOS SOLUTOS SE REPARTEN
ENTRE LAS DOS FASES.
Fase móvil
t0
Fase móvil
t0
Fase estacionaria
Fase estacionaria
PROCESO CROMATOGRAFICO
LAS MOLECULAS DE SOLUTO EN FASE
ESTACIONARIA SE ESTANCAN
LAS MOLECULAS EN FASE MOVIL
AVANZAN CON ELLA
Fase móvil
t1
Fase móvil
t1
Fase estacionaria
Fase estacionaria
PROCESO CROMATOGRAFICO
LA VELOCIDAD DEL SOLUTO VARIA
INVERSAMENTE CON LA AFINIDAD POR
LA FASE ESTACIONARIA.
F. móvil
F. estacionaria
SEPARACION DE SOLUTOS
LOS COMPONENTES CON CONSTANTES DE
REPARTO DIFERENTES SE SEPARARÁN.
Fase móvil
t0
Fase estacionaria
SEPARACION DE SOLUTOS
Fase móvil
t1
Fase estacionaria
Fase móvil
t2
Fase estacionaria
Fase móvil
t3
Fase estacionaria
Dimensiones de la Columna
L = Largo de columna (cm, mm)
dc = diámetro interno (mm, µm)
df = espesor de película de fase (µm)
dp = diámetro de partícula (µm)
Vo = volumen muerto (ml)
Velocidad y flujo de fase
Flujo = F = gasto en volumen del eluyente por
unidad de tiempo, medido a la salida de la columna
y a temperatura ambiente (ml/min)
Velocidad de fase móvil = u = distancia media
recorrida por la fase movil en una unidad de tiempo
(cm/seg)
F π r 2φ ⋅ u
=
Tiempo Muerto (t0)
El tiempo que tarda en eluir un soluto que no
interacciona con la fase estacionaria.
El tiempo que se necesita para renovar totalmente
la fase móvil de la columna.
to = Vo / Fo
TIEMPO DE RETENCIÓN
tr = Tiempo transcurrido al momento de eluir el
máximo de concentración del soluto.
Vr = volumen de retención = volumen de fase móvil
gastado al momento de eluir el máximo de
concentración del soluto.
Vr = tr Fo
TIEMPO DE RETENCIÓN
señal
tr
to
tiempo
Constante de Reparto
Equilibrio de reparto:
Solutofm ⇐⇒ Solutofe
K=
Soluto fe
Soluto fm
Cociente de las concentraciones del soluto. Soluto
en la fase estacionaria entre soluto en fase móvil
Ecuación de la Retención
Vr = Vo + KVe
El volumen de retención de un soluto es la suma de
las contribuciones del tiempo que estuvo en fase
móvil (Vm) y en fase estacionaria (KVe).
Vr − Vo
K=
Ve
Tiempo de Retención Corregido
tr′
señal
tr
to
tiempo
Factor de Capacidad
Cociente de la cantidad de soluto en fase
estacionaria entre la cantidad en fase móvil.
k′ =
nsolutofe
nsolutofm
FACTOR DE CAPACIDAD
tr
tr′
señal
tr′ tr − to
k′ = =
to
to
to
tiempo
Factor de Capacidad
Ve tr − to
k′ = K
=
Vo
to
Medida de la retención del soluto.
Indica que tan lejos del tiempo muerto eluye este.
Area
Altura
Area y Altura del Pico
tiempo
wb
Altura
w0.5
½ Altura
señal
Ancho del Pico
tiempo
En mediciones manuales w0.5 es mucho mas preciso
que wb
PLATO TEORICO
Definición más conocida:
tiempo
w0.5
wb
Altura
tr
N = 16
wb
2
½ Altura
señal
tr
PLATO TEORICO
Varias fórmulas:
2
2
w0.5
tiempo
wb
Altura
tr
tr
t
r
=
N 16
=
5.545=
2π Area
wb
w0.5
Altura
2
½ Altura
señal
tr
Altura del Plato Teórico
H = Altura equivalente a un plato teórico.
L
H=
N
L
H
Eficiencia Cromatográfica
H mide la eficiencia de la columna cromatográfica.
Entre mas pequeño sea H, el sistema es más
eficiente. ( mayor número de platos teóricos por
metro.
Para una misma longitud se logra mayor poder de
separación con una menor H.
Señal
Separación de Solutos
tiempo
tr,2
′
tr,1
′
α=
t´
r ,2
t´
r ,1
to
wb,1
wb,2
SELECTIVIDAD
K2 k2′ tr ,2 - t0
α=
= =
≥1
K1 k1′ tr ,1 - to
La selectividad muestra las diferencias de afinidad
por los solutos de las fases involucradas.
Indica el potencial de separación de esos solutos en
el sistema, pero no mide la separación real.
tr,1
Rs =
tr,2
(tr ,2 − tr ,1 )
1 (w + w )
b,2
2 b,1
wb,1
wb,2
RESOLUCIÓN
Rs = 0.8
Rs = 1.0
Rs = 1.5
Rs = 2.0
RESOLUCIÓN
Tres son los factores que influyen en la resolución
cromatográfica:
eficiencia:
retención,
k′
Rs =
1 + k′
selectividad
α − 1
a
N
4
y
retención selectividad eficiencia
RESOLUCIÓN
Solo controlando la retención ...
... la selectividad ...
... y la eficiencia ...
... se logra una buena separación.
RESOLUCIÓN Y RETENCIÓN
90%
75%
Rs
0
2
3
4
6
8
k´
10
RESOLUCIÓN Y SELECTIVIDAD
Rs
Zona de trabajo usual
0
2
4
6
8
α
10
RESOLUCIÓN Y EFICIENCIA
3.2 x
Rs
1.4 x
x
0
20,000
N1
40,000
2N1
60,000
N
80,000
10
10 N1
RESOLUCIÓN Y EFICIENCIA
A mayor nímero de platos teóricos, mejor
separación.
La separación mejora apreciablemente solo si el
aumento en N es de varios ordenes de magnitud.
Los aumentos pequeños no son importantes, p. ej.
duplicar el largo de columna duplica el tiempo de
análisis y solo mejora en 40% la resolución.
Las mejoras notables solo se logran mejorando las
técnicas cromatográficas.
Tiempo total de análisis y resolución
2
s
tt = 16 R
α
α − 1
2
3
(1 + k′) H
2
u
k
′
(
)
ANÁLISIS MAS RÁPIDOS SI:
Rs pequeña, como se busca separar : 1.5 ≤ Rs ≤ 2.
α >> 1.
k´ chica, para separar : 3 ≤ k´ ≤ 6.
Se logran altas eficiencias (H pequeño) a
velocidades altas de fase móvil.
Eficiencia Cromatográfica
H = f (ensanchamiento de
la banda)
H =L
N
H = A + B + C ⋅u
u
A multicanales
B difusión
=
C = resistencia a la transferencia de masa
Efecto Multicanales y/o
Eddy
A = 2λ d p
Difusión axial
B 2γ Dm
= u
u
Transferencia de masa en la FM
“movimiento”
Ensanchamiento de
banda
k ′ ta ⋅ u
He = 2
′
1 + k De
2
Transferencia de masa en la FE
la
Transferencia de masa en fase móvil
Ωd u
Cm ⋅ u =
Dm
2
p
Transferencia de masa
2
′
−
+
1
θ
k
d
(
) pu
2
H sm =
30 (1 − θ )(1 + k ′ ) yDM
2
Transferencia de masa en la FM
“estancada”
Ecuación de Van Deemter
(1 − θ + k ′ ) d p2u
2γ Dm
k ′ ta ⋅ u Ωd u
H =2λ d p +
+ 2
+
+
2
′
u
k
D
D
+
1
30 (1 − θ )(1 + k ′ ) yDM
e
m
2
H = A + B + C ⋅u
u
2
p
2
Efecto del diámetro de partícula
Digestión de enolasa.
Efecto del tamaño de partícula
en N y ∆P
Columnas
Tubo de acero inoxidable, vidrio o capilar de sílice
fundida
Dimensiones
Longitud: 25 a 300 mm
Diámetro: 25 µm a 100 mm
Tamaño de partícula: 1.7 a 10 µm
Tipos de CL
• Cromatografía de intercambio iónico
• Adsorción: líquido-sólido
• Partición: líquido-líquido
– Cromatografia en fase normal
– Cromatografia en fase inversa
• Cromatografia de exclusión por tamaño
Empaques de UHPLC
Images of current 1.9um particles
Cromatografía
de fase inversa
FE
Sílica químicamente modificada con
grupos no-polares: hidrocarburos
saturados: C18 octadecil, C8 octil,
tetrametil, C2 dimetl
FM
Mezclas: agua/disolventes orgánicos
H2O +(CH3OH, THF, CH3CN)
C4
Cromatografía
de fase inversa
Efecto solvofóbico fuerte:
Parte apolar de la molécula del soluto es mayor
% C en la FE es mayor
Polaridad de la FM es alta (mayor % de H2O)
Fase móvil
Disolventes grado cromatográfico
Agua de 18 mΩ
Baja viscosidad
No vólatil
Miscibilidad
Filtrada
Sin oxígeno disuelto (degasificada)
Fuerza del eluyente
Viscosidad del eluyente
Análisis Isocrático
Fase inversa, 10% CH3CN
Análisis Isocrático
Fase inversa, 80% CH3CN
Análisis Isocrático
Fase inversa, 50% CH3CN
Análisis por gradiente
Gradiente exponencial de acetonitrilo
∂T ∂t
Elución por gradiente
Detectores
Indice de refracción
Ultravioleta-Visible
Fluorescencia
Electroquímico
Radioactividad
Infrarrojo
Espectrómetro de masas
Proteínas por 2D nano UPLC
Cromatogramas de digestión de E. Coli
Fabricantes de Equipo HPLC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Agilent Technologies
Beckman Coulter
Cecil Instruments
Dionex Corp
Hitachi
PerkinElmer, Inc.
Shimadzu Scientific Instruments
Thermo Fisher Scientific
Varian, Inc.
Waters Corporation
Columnas para HPLC
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Agilent Technologies
AkzoNobel
Beckman Coulter
Dionex Corp
Merck KGaA
Micro-Tech
Phenomenex
SGE Analytical Science
Shimadzu Scientific Instruments
Shodex
Sigma-Aldrich
Thermo Fisher Scientific
Tosoh Corporation
Varian, Inc.
Waters Corporation
W. R. Grace and Company (Vydac)
0
