cromatografia_clase_1_y_2. - U

03/07/2012
cromatografía
Curso: Química Analítica II
Loreto Ascar
2012
INTRODUCCIÓN
¿Cómo determinar un analito en una muestra problema?
X
Proceso Analítico
Etapas de un análisis cuantitativo
Elección del método
Obtención de la muestra
Procesamiento de la muestra
Solubilizar la muestra
Separación del Analito de
interferencias
Medir la propiedad
Resultados
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Separación del analito de interferentes
Métodos
clásicos
Métodos
Instrumentales
Precipitación
Destilación
extracción
Cromatografía
Electroforesis
Comienzos de la cromatografía
Mikhail Tswett, 1903
Separación de pigmentos
vegetales
Del griego:
Chroma “color”
graphein “escribir”
CaCO3
La cromatografía es la ciencia y el arte de separar entre sí los
componentes de una mezcla
Fase Móvil
Muestra
IUPAC Definición de
Cromatografía (1993)
A+B+C
Fase
Estacionaria
La cromatografía es un método
físico de separación en el cual los
componentes a ser separados se
distribuyen entre dos fases, una
de las cuales es estacionaria
mientras que la otra se mueve en
una dirección definida
Movimiento de la Fase
Móvil
Cromatograma
Componentes
separados
C
B
A
Componentes Eluidos
Detector
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Muestra
Componentes:
Solvente pasando
continuamente
Fase móvil (fm):
Gas, líquido o fluido
supercrítico, que se hace pasar
a través de la fe.
Es el portador de la muestra.
Matriz
de la
columna
Fase estacionaria (fe):
Puede ser un sólido o un
líquido dispuesto sobre un
sólido que actúa como soporte
de gran área superficial
Componentes separados
trB > trA
Aplicación de la
cromatografía a
compuestos no
coloreados, mediante el
uso de detectores
Dilución del analito
Detectores más
sensibles
Señal detector
tR
tm
Tiempo de retención
Inyección
tR: indica la posición de la señal y sirve para identificar los
componentes de la muestra
El área bajo la curva es un parámetro que se puede relacionar
con la concentración
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Determinación cuantitativa
Señal detector
Respuesta
R
x
x
x
x
x
x
Concentración
Tiempo
t1
Determinación cuantitativa
Se requiere determinar la concentración de un analito A en
una muestra problema
A (mg L-1)
Area
3.0
137966
3,0E+06
9.0
399357
2,5E+06
18.0
969969
2,0E+06
27.0
1493236
1,5E+06
36.0
1973723
1,0E+06
45.0
2437518
5,0E+05
Muestra
problema
1284589
0,0E+00
y = 478404x - 439118
R² = 0,9937
3.0
9.0
18.0
27.0
36.0
45.0
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS
CROMATOGRÁFICOS
De acuerdo al tipo de contacto existente entre las 2 fases
involucradas
Superficie Plana
Capa Fina (TLC)
En papel (PC)
Electrocromatografía (EC)
Columna
De gases
Líquida
Fluidos supercriticos
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GASES
CROMATOGRAFIA
GAS - SOLIDO
FLUIDO
SUPERCRITICO
CROMATOGRAFIA
GAS - LIQUIDO
LSC
LIQUIDO
COLUMNA
BPC
BPC - RP
PLANAR
IEC
BPC - NP
SEC
GPC
TLC
PC
GFC
Tipos de cromatografía en columnas
LSC : Cromatografía sólido-líquido o de adsorción
BPC : Cromatografía de fase enlazada
IEC : Cromatografía de intercambio iónico
SEC : Cromatografía de exclusión por tamaños
BPC-RP : Cromatografía de reparto de fase inversa
BPC-NP : Cromatografía de reparto de fase normal
GPC : Cromatografía de permeación en gel
GFC : Cromatografía de filtración en gel
Velocidad de migración y ensanchamiento
de banda
Especie B es más retenida que especie A
Al avanzar en la columna se produce un ensanchamiento de banda
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Velocidad de migración y ensanchamiento
de banda
a
Señal del detector
b
c
Tiempo
VELOCIDAD DE MIGRACIÓN DE LOS SOLUTOS
La eficacia en la separación cromatográfica depende de la velocidad relativa
con la que eluyen ambas especies, las que están determinadas por la
magnitud de las constantes de equilibrio con las que se distribuyen ambas
especies en las respectivas fases (estacionaria y móvil)
A móvil = A estacionaria
B móvil = B estacionaria
K: Cte de distribución, razón de
distribución o coef. de distribución
Cs : Concentración molar del soluto en la
fase estacionaria
CM : Concentración molar del soluto en la
fase móvil
Idealmente, k debe ser constante en un amplio rango de concentraciones Picos simétricos
Tiempo de retención
tR: tiempo de retención, corresponde al tiempo que transcurre desde la
inyección de la muestra hasta que llega al detector
tM: tiempo muerto, corresponde al tiempo que demora una especie que no es
retenida
υ : Velocidad promedio lineal
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Factor de retención o factor de capacidad (K`A)
Parámetro que da cuenta de la velocidad con que el analito difunde en la
columna
: Ideal entre 2 y 10
VS y VM : volumen de la fase estacionaria y móvil
Factor de selectividad (α)
Resolución de la columna
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2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos de
retención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analito
no retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular K`A, K`B, α y Rs
Ensanchamiento de las señales
Teoría de los Platos teóricos
Teoría Cinética
TEORÍA DE LOS PLATOS TEÓRICOS
Columna compuesta por una serie de capas
horizontales,
estrechas
y
continuas
separadas, llamadas platos teóricos
En cada plato tiene lugar un equilibrio del
soluto entre la fase móvil y la fase estacionaria
El movimiento del soluto y del disolvente es una
serie de transferencias sucesivas entre un plato
y otro
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Eficiencia de la columna
N: número de platos teóricos
H: altura de los platos teóricos
L: longitud de la columna
σ2: Varianza de una medida
Esta teoría explica la forma gaussiana de los picos cromatográficos y la
velocidad de desplazamiento a través de la columna, pero considera que se
producen equilibrios en los platos teóricos situación que no es posible
debido al movimiento de la fase móvil.
Determinación experimental de H y N
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Determinación experimental de H y N
2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos de
retención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analito
no retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular H y N, para una
columna de 20 cm de largo.
TEORÍA CINÉTICA
Esta teoría describe con éxito los efectos de las
variables que afectan el ancho de la banda de
elusión.
El ensanchamiento de banda se produce como
consecuencia de la velocidad finita con la que
ocurren los diferentes procesos de transferencia
de masa durante la migración de una especie en
el interior de una columna
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Ecuación de van Deemter
Líquida
Gases
Ecuación de van Deemter
H: altura de plato, cm
µ: velocidad lineal de la fase
móvil, cm s-1.
A: Camino múltiple
B: Difusión longitudinal
C: Transferencia de masa entre
las fases
Camino múltiple (A), Difusión en remolino o de
Eddy
dp: diámetro de las partículas de relleno, cm
λ: Es el factor de empaque
Está relacionada con el tamaño de las partículas, la geometría y lo compacto del
empaque
A menor velocidad de flujo, la mayoría de las partículas prueban muchos
caminos, llegando en promedio muy próximas al valor medio, no originando
ensanchamiento de banda
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Difusión longitudinal (B/µ)
Migración de las moléculas o iones desde la zona más
concentrada hacia las mas diluidas
DM: coeficiente de difusión en la fase móvil (cm2 s1), para gases es mayor que para líquidos
γ: factor de obstrucción
A menor flujo de la fase móvil incrementa el ensanchamiento, debido a que el analito tiene
más tiempo para realizar difusión
B = 2γDM
Donde γ es el factor de obstrución, una medida que da cuenta
del impedimento de la difusión molecular libre causada por la
presencia de las partículas de la fase estacionaria
El ensanchamiento, debido a la difusión longitudinal, puede
reducirse disminuyendo la temperatura y aumentando la
velocidad de flujo
Transferencia de masa fuera del equilibrio
(CS y CM)
Cµ = (Cs +CM)µ
K`: factor de retención
df: grosor de la película de soporte, cm
DS: coef. de difusión del soluto en la
fase estacionaria, cm2 s-1
Dp : diámetro de las partículas
DM: coef. de difusión del soluto en la
fase móvil, cm2 s-1
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Si la velocidad de flujo de la fase móvil es alta no se logra alcanzar
un verdadero equilibrio entre las fases
A menor velocidad de flujo hay más tiempo disponible para alcanzar
el equilibrio
El termino C dependerá de la transferencia de masa en la fase
estacionaria y la velocidad de la fase móvil
Efecto del diámetro de partículas que
constituyen el relleno
Influencia de µ sobre H
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Optimización de la eficacia de la columna
Se realizan variaciones de las condiciones
experimentales con la finalidad de que los
componentes de una mezcla se separen
completamente en el menor tiempo posible
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