Tarea de MOEyC TEORÍAS DE LA CROMATOGRAFÍA

Universidad Autónoma
de Yucatán
Facultad de Química
Teorías de la
cromatografía.
Métodos ópticos,
electroquímicos y
cromatográficos.
Alumna:
Emily Hernández Gamboa
Prof. Jesús Alfredo Araujo León.
Fecha de entrega: 22/05/14
Una teoría útil de la cromatografía debe ser capaz de explicar no sólo la
velocidad a la cual migran los solutos, sino también la velocidad de
ensanchamiento de la zona durante la migración, dado que la limpieza de una
separación depende igualmente de ambos fenómenos.
A) Teoría de los platos teóricos: clásico o estático.
Teoría original de la cromatografía, fue capaz de describir las velocidades de la
migración en forma cuantitativa; pero no logró describir los efectos de las
numerosas variables que dan lugar al ensanchamiento de las zonas.
La teoría de los platos, desarrollada inicialmente por Martin y Synge considera que
una columna cromatografía está compuesta por una serie de estrechas capas
horizontales y continuas separadas, denominadas platos teóricos. Se supone que
en cada plato tiene lugar el equilibrio entre la fase estacionaria y la fase móvil. El
movimiento del soluto y del disolvente, ocurre como una transferencia de un plato
al siguiente.
La eficiencia de una columna cromatográfica como dispositivo de separación
mejora a medida que aumenta el número de equilibrios es decir, a medida que se
incrementa el número de platos teóricos. En consecuencia el número de platos
teóricos N, se utiliza como una medida dela eficiencia de la columna. Un segundo
término, la altura equivalente de un plato teórico H, también sirve para este fin. La
relación entre ambos parámetros es
𝑁=
𝐿
𝐻
Dónde: H representa la altura del plato teórico en centímetros, es la medida de la
eficiencia y L es la longitud del empaque de la columna. Esta ecuación se sigue
aplicando, sin embargo un plato como una entidad física no existe en una
columna. En consecuencia, el plato y su altura deben ser considerados como
criterios de eficiencia de una columna.
Los diferentes intentos de sistematizar las teorías cromatográficas pueden
resumirse en dos conceptos del plato teórico: el clásico o estático y el dinámico.
La teoría de los platos es útil para caracterizar la eficacia de las columnas de
destilación pero su aplicación en cromatografía es dudosa.
B) Teoría cinética de la cromatografía.
La teoría cinética de la cromatografía describe con éxito los efectos de las
variables que afectan el ancho de una banda de elución así también su momento
de aparición en el extremo de una columna.
Formas de las zonas
La forma gaussiana típica de un cromatograma puede atribuirse a la combinación
aditiva de los movimientos al azar de los miles de partículas del soluto en la banda
o zona cromatográfica. Ciertas partículas individuales, viajan rápidamente en
virtud de su inclusión accidental en la fase móvil durante la mayor parte del
tiempo. Otras por el contrario, pueden retardarse debido a que se incorporan en la
fase estacionaria durante un tiempo mayor que el promedio. La consecuencia de
estos procesos individuales al azar, es la distribución simétrica delas velocidades
alrededor del valor medio, que representa el comportamiento de la partícula media
más común.
El ancho de la zona aumenta a medida que ésta se desplaza por la columna
debido a que ha existido más tiempo para la migración. En consecuencia, el ancho
de la zona está directamente relacionado con el tiempo de residencia de la
columna e inversamente relacionado con la velocidad a la cual fluye la fase móvil.
La eficacia de la columna para separar los componentes de la muestra vendrá
dada por dos factores:
1. La diferencia de la velocidad de migración de los solutos de la mezcla, que
origina la separación física entre los picos
2. La velocidad que tarda en alcanzarse el equilibrio en cada plato teórico que
traerá consigo un ensanchamiento del pico cromatográfico.
El ensanchamiento de la banda depende de la velocidad de transferencia finita del
soluto entre la fase móvil y la fase estacionaria en cada plato teórico. Este
ensanchamiento se debe a un avance diferente de las moléculas de un mismo
soluto a través de la columna.
„ No todas las moléculas de un mismo soluto fluyen de igual forma en el mismo
instante de tiempo, es decir, no presentan un comportamiento ideal. Este
comportamiento no ideal se debe a tres factores:
1) Difusión en remolino.
Se debe a los distintos caminos que toman las moléculas del soluto al atravesar la
fase estacionaria. Aquellas partículas de soluto que atraviesen canales más
amplios, viajarán más rápido con la fase móvil, y aquellas que vayan por canales
más estrechos viajarán más lentamente.
2) Difusión longitudinal.
Este es un término más importante en cromatografía de gases. Se debe a que las
moléculas del soluto se mueven en distintas direcciones en la fase estacionaria
debido a la porosidad de las partículas que la forman. Esto hace que algunas
moléculas del soluto salgan retrasadas de la columna respecto a la mayoría.
3) Resistencia a la transferencia de materia.
Se debe a que al pasar la fase móvil por un canal entre las partículas de la fase
estacionaria, no todas las moléculas del soluto se transfieren a igual velocidad
entre la fase móvil y la fase estacionaria en cada plato teórico.
Podemos agrupar estos efectos en una ecuación simple, que es la ecuación de
Van Deepter:
𝐻 =𝐴+
𝐵 𝐶
+
𝑢 𝑢
„ Dónde: H es la altura equivalente del plato teórico, A es la difusión en remolino,
B es la difusión longitudinal, C es la resistencia a la transferencia de materia y u
es la velocidad de la fase móvil.
Esta es la primera ecuación cinética que describió la influencia de la fase móvil en
la eficacia de la columna es la ecuación de van Deepter, quien la desarrolló para
columnas empaquetadas en cromatografía de gases.
Todos aquellos fenómenos que contribuyen al ensanchamiento de banda
disminuyen la eficacia de la separación. Estos fenómenos son los mencionados
con anterioridad.
Así la eficacia máxima de separación se obtiene cuando la altura equivalente de
plato teórico (H) es mínima. Para velocidades menores que la óptima la difusión
longitudinal causa un ensanchamiento de la banda y con ello un incremento de H.
Para velocidades mayores que la óptima la dificultad para alcanzar el equilibrio
entre las fases hace que la banda se extienda. Para un tipo dado de fase
estacionaria cuanto menor es el tamaño de partícula mejor es la eficacia de la
separación, ya que el soluto debe recorrer menores distancias para alcanzar el
equilibrio. El problema es que cuanto menores son las partículas de relleno mayor
resistencia se opone al flujo de fase móvil por lo que hay que trabajar con alta
presión.
Referencias:
1.- M. Miranda Leyva, cromatografía, Fac. Farmacia y Bioquímica.
http://www.slideshare.net/semamile53/cromatografa-de-gases-15014532
(consultado 19/04/2014)
2.- Valcácer, M y A. Gómez.; Técnicas analíticas de separación; Ed, Reverté;
1988; pp. 443 y 444.
3.-Connors K.A.; Curso de análisis farmacéutico; Ed,Reverté;1981; pp. 410-413.
3.-Separaciones por cromatografía.
http://www.ulpgc.es/hege/almacen/download/39/39360/separaciones_por_cromato
grafia_1.pdf (consultado 19/04/2014)