Investigación de teorías cromatográficas

Métodos Ópticos, Electroquímicos y cromatográficos
Investigación:
Teorías cromatográficas y sus aplicaciones.
Elisa del Rosario Zapata Santos.
Fecha de entrega:
22 de Mayo del 2014
Teorías Cromatográficas y sus aplicaciones.
Los procesos implicados en el pasaje de soluto a través de un sistema
cromatográfica se desarrollan por dos enfoques: 1
1. Teoría de los platos (Clásica o estática).
2. Teoría de velocidad (Cinética o dinámica).
Teoría de platos.
En 1941, Martin y Singe introdujeron la teoría de platos. Estos autores
proponían una teoría para el proceso cromatográfico, que se podía desarrollar
fácilmente haciendo una analogía entre la cromatografía líquido-líquido y la
extracción
a
contracorriente.2
Al
final
consideraron
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. 3
Cada plato teórico se alcanza un equilibrio entre las fases móvil y estacionaria
del soluto y el movimiento de éste constituye una serie de transferencias de
paso a paso de plato a plato.1
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:
𝑁=
𝑡𝑟2 16𝑡𝑟2
= 2
𝜎2
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.3
La teoría de platos clásica es aplicada para caracterizar la eficacia de columnas
de destilación, pero su aplicación es dudosa en cromatografía. Ya que ésta
teoría no considera la influencia de la difusión del soluto ni de la velocidad de
flujo de la fase móvil, además de basarse en la independencia de la relación de
distribución con la concentración.4
Teoría de Velocidad.
Esta teoría es analizada por Gidding en su libro y describe el proceso del
movimiento de soluto por una columna cromatográfica de una forma más
realista que la teoría de platos. En esta teoría se toma en cuenta la velocidad
finita a la cual el soluto puede equilibrarse entre la fase móvil y estacionaria. 3
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.
Dicha forma también depende de la difusión del soluto a lo largo de la columna
y de la existencia de diferentes caminos que las diversas moléculas de soluto
pueden seguir cuando se mueven entre partículas de la fase estacionaria.
Todos los efectos que se mencionan dependen de la velocidad v, con que la
fase móvil atraviesa la columna. 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: 3
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.3
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.3
El equilibrio con partículas pequeñas es más rápido, de manera que dichas
partículas permiten gastos mayores. Las partículas más pequeñas también dan
por resultado un mayor número de platos teóricos por unidad de columna.
Como los gases se difunden en la fase estacionaria más rápido que los líquidos,
el gasto óptimo es mayor en la cromatografía de gases que en la cromatografía
de líquidos.3
Otra generalidad de la teoría cinética de la cromatografía es que describe la
forma y anchura de los picos de elución en términos cuantitativos, basándose
en un mecanismo de movimientos aleatorios para explicar la migración de
moléculas a través de la columna. La anchura de la banda aumenta a medida
que la banda desciende por la columna, porque dispone de más tiempo para
difundirse como resultado de estos diversos mecanismos. Así pues, la anchura
de la zona está directamente relacionada con el tiempo de residencia en la
columna e inversamente relacionada con la velocidad de la fase móvil.5
A diferencia de la teoría clásica, la teoría de velocidad tiene gran influencia
decisiva de la difusión axial, de la velocidad de flujo de la fase móvil, del tamaño
de la partícula del lecho cromatográfico (porosidad), espesor de la fase
estacionaria.4
Referencias:
1. Genaro, A.; Remington Farmacia; 20ª ed; Médica Panamericana.;
España, 2003; pp. 689.
2. Connors, K. A.; Curso de Análisis Farmacéutico; 2ª edición; editorial
reverté; España; 1981; pp. 410
3. Harris, D.; Análisis Químico Cuantitativo; 3ª ed; Grupo editorial
Iberoamericana; México, 1992; pp. 624-628
4. Varcárcel M.; Gómez, A.; Técnicas Analíticas de separación; Reverté ;
España 1988. 344-343.
5. Skoog, D.; Holler, J.; Nieman, T.; Principios de análisis instrumental; 5ª
ed; Mc-GRAW-HILL; España, 2001; pp.737-738