Métodos Ópticos, Electroquímicos y cromatográficos Tarea: Actividad 2

Métodos Ópticos, Electroquímicos y cromatográficos
Tarea:
Actividad 2
Integrantes:
 Cauich Suárez Loremy Yehudí.
 Chan Díaz Isaac Alberto.
 Martínez Román Paola.
 Zapata Santos Elisa del Rosario.
Fecha de entrega:
22 de Mayo del 2014
Parámetro, tipos de cromatografía y la importancia en el análisis químico
en métodos instrumentales y no instrumentales
La distribución a contracorriente es un proceso de extracción que proporciona
las bases para entender la cromatografía.
El objetivo de la distribución a
contracorriente es separar dos o más solutos uno de otro mediante una serie de
repartos entre dos fases líquidas. En la cromatografía en vez de una serie de
extracciones lo que ocurre es un equilibrio continuo de un soluto entre dos
fases. La fase móvil es un líquido o un gas y la fase estacionaria puede ser un
líquido que recubre una superficie de partículas sólidas o simplemente estas
partículas sólidas.
El reparto entre solutos entre las fases móvil y estacionaria es la causa de la
separación de solutos. Un soluto que tenga mayor afinidad por la fase
estacionaria se moverá con mayor lentitud a lo largo de la columna.
En la Tabla 1 muestra de manera general las diversas clases de cromatografía
que hay en la práctica.
Tabla 1. Clases de cromatografía.
Clase
de Fase estacionaria
cromatografía
Fase
móvil
Descripción
De adsorción
Líquida
o gas
Equilibrio
entre
adsorbido y solución
Líquida
o gas
Líquida
Equilibrio
entre
líquido
estacionario y fase móvil
Iones de soluto se atraen
hacia
los
de
fase
estacionaria.
Separación de moléculas por
tamaño, solutos más grandes
pasan más rápido.
Sólo se retienen solutos que
puedan reaccionar con la
molécula inmovilizada.
De reparto
Sólida
Película delgada en
soporte sólido
De intercambio Sólido con uniones
iónico
covalentes de aniones
o cationes.
De
exclusión Gel poroso
molecular
Por afinidad
Líquida
o gas
Tiene
inmovilizadas Líquida
moléculas específicas a o gas
un soluto
estado
Terminología

Eluyente: Fase móvil, lo que entra.

Eluato: Fase móvil una vez que emerge por la salida de la columna.

Elución: Proceso de hacer pasar un líquido o gas a lo largo de una
columna de cromatografía.

Gasto en volumen (volumétrico): Volumen de solvente que pasa por la
columna por unidad de tiempo. Por ejemplo 0.3 mL por minuto.

Gasto lineal: Longitud de columna recorrida por el solvente por unidad
de tiempo. Por ejemplo el gasto lineal que corresponde a 0.3 mL/min es
5.3 cm/min.

Cromatograma: Gráfica en la que se representa la respuesta del
detector en función del tiempo de elución.

Tiempo de retención (tr): Cada componente tiene uno. Es el tiempo
necesario después de la inyección de la mezcla en la columna para que
componente alcance el detector.

Tiempo de retención ajustado (t’r): t’r = tr - tm

tm: tiempo necesario para que la fase móvil recorra la longitud de la
columna. Un soluto no retenido se eluye en el tm.

Factor de retención (k): También denominado factor de capacidad,
relación de retención o relación de reparto, también se puede utilizar el
simbolo k’. A mayor tiempo de retención de un componente mayor será
k. 𝑘 =

𝑡𝑟−𝑡𝑚
𝑡𝑚
Volumen de retención (Vr): Volumen de fase móvil que se requiere para
eluir un soluto dado de la columna cromatográfica. Donde F es el gasto
de volumen de fase móvil.
𝑉𝑟 = 𝑡𝑟 𝑥 𝐹
La teoría de platos considera que el sistema cromatográfico se divide en N
segmentos, en cada uno de los cuales se establece un equilibrio. Estos
segmentos son conocidos como platos teóricos. Si la longitud total de la
columna es L, la altura equivalente de plato teórico (A.E.P.T) es:
𝐴. 𝐸. 𝑃. 𝑇 =
𝐿
𝑁
Midiendo el tiempo de retención (o volumen de retención) y el ancho de banda,
el número de platos teóricos puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:
𝑡𝑟2 16𝑡𝑟2
𝑁= 2= 2
𝜎
𝑤
Donde tr es el tiempo de retención del pico, σ es su desviación estándar, y w es
el ancho de banda (en unidades de tiempo) medido en la base del pico. Como
un plato teórico es un concepto imaginario, la ecuación puede considerarse
como la definición de un plato teórico.
La teoría cinética de la cromatografía toma en cuenta la velocidad finita a la
cual el soluto puede equilibrarse entre la fase móvil y estacionaria. Esto es, el
equilibrio no es infinitamente rápido (como se supone en la teoría de platos), y
la forma resultante de las bandas depende de la velocidad de elución. La
consideración detallada de los diversos mecanismos por los que la banda se
ensancha conduce a la ecuación de Van Deemter para altura del plato.
𝐴. 𝐸. 𝑃. 𝑇 = 𝐴 +
𝐵
+ 𝐶𝑣
𝑣
Donde A,B Y C son constantes características de un sistema dado de una
columna y solvente. Esta ecuación indica que existe una velocidad óptima para
la operación de cualquier columna, a la cual la altura de plato alcanza su valor
mínimo.
El término
𝐵
𝑣
explica la difusión longitudinal en la columna: A mayor tiempo de
retención mayor ensanchamiento por difusión y a mayor velocidad de la fase
móvil, menor tiempo de retención y menor difusión. El término C v resulta del
tiempo finito que requiere el soluto para que se establezca el equilibrio entre las
fases móvil y estacionaria. Es decir de la velocidad de equilibrio también
llamada término de transferencia de masa. Y el término A se debe a que el
soluto recorre múltiples trayectorias de distintas longitudes, la existencia de
múltiples trayectorias de longitud tiende a ensanchar la zona del soluto. 3
La condición óptima se presenta cuando la A.E.P.T es mínima. A velocidades
menores que la óptima, la difusión longitudinal causa un ensanchamiento de la
banda y un incremento en la altura del plato.
La resolución de picos se define como:
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =
𝛥𝑡𝑟
𝛥𝑉𝑟
=
𝑤𝑝𝑡
𝑤𝑝𝑡
Donde Δtr o ΔVr son la separación entre picos (en unidades de tiempo o de
volumen) y wpr es el ancho promedio de ambos picos en las unidades
correspondientes. También puede demostrarse que la resolución está dada por:
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑘2
√𝑁 𝛼 − 1
(
)(
)
4
𝛼
1 + 𝑘𝑝𝑟
Donde N es el número de platos teóricos en la columna, α es la retención
ralativa de los dos picos, k2 es el factor de retención para el segundo
componente (el que más se retiene) y kpr es el factor de retención promedio
para ambos componentes. La resolución es proporcional a √𝑁. Dado que el
número de platos teóricos de una columna es proporcional a la longitud de la
columna, duplicar la longitud de la columna incrementa la resolución en √2. La
ecuación también indica que la resolución aumenta con la relación relativa (α) y
con el factor de retención (k2).
Las columnas empacadas se llenan con el medio cromatográfico (la fase
estacionaria) en el cual ocurre la separación de solutos. Las columnas tubulares
abiertas están recubiertas con la fase estacionaria en la pared interna del
capilar. Estas últimas en comparación con las columnas empacadas tienen
mayor resolución, menor tiempo de análisis, mayor sensibilidad pero menor
capacidad de muestra. El diseño tubular abierto permite un mayor gasto lineal,
mayor longitud de columna y menos altura equivalente de plato teórico lo cual
significa mayor resolución.
Para minimizar el ensanchamiento de las bandas fuera de la columna
cromatográfica, deben minimizarse todos los espacios muertos y las
dimensiones de los tubos. La muestra debe aplicarse en una zona estrecha, y
debe procurarse que penetre en la columna antes de mezclarse con el eluyente.
La caída abrupta del pico cromatográfico y la elevación de éste es causada por
la sobrecarga. Cuando la banda tiene una larga cola es debido a que algunos
sitios retienen más fuertemente que otros.