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23.2 ~Que es la CTomatografta?

}ill.

,

Eteres corona e(eres corona son una clase de compuestos sinteticos que 'Ingar una reacci6n con compuestos a iones metalicos (especialmente cationes de metales alca- . de potasio y dibenzo-3-corona-lO, formando una envoltura con atomos de oxigeno, a traves de mos de oxigeno, siendo la distancia cuales se enlazan a elios. Los eteres corona se usan como cata- . la parte exterior del complejo se disolvente r.,'IE'.w.n nores de transferencia de fase, porque pueden extraer reactivos acuosolubles en disolventes no polares, donde puede tener

hidrofoblcos, En el complejo el K+ esta rodeado de 10 atomedia K-O de 288 pm. S610 encuentra en contacto con el

Tooas fas demas

~

moleculas

~

seeliminan

de afinidad

Principales tlpos de cromatografia.

simple mente

a la

•

,,I

23 lntroducdcn a las separadones analiticas

La cromatografia

de adsorcion usa una fase estacionaria solida ~ una fase m6vij gaseosa. EI soluto se adsorbe en la superficie de las partfculas solidas. fuertemente se adsorbe un soluto, mas lentamente atraviesa la columna.

·0

una

La cromatografia de reparto utiliza una fase estacionaria liquida, en forma de pelfcula de alto punto de ebullicion sobre la superficie de un sopone solido, que en matografia de gases es, tipicamente, la cara interna de una columna de CrC.m~lt~:rafratt~ sflice. EI soluto esta en equilibrio entre el lfquido estacionario y la fase rnovil, que cromatografia de gases el gas que fluye. A. J. P. Martin y R. L. M. Singe recibieron el premio Nobel en 1952 por su trabajo pionero sobre cromatograffa de reparto Ifquido·lfquido en 1941.

Cromatografia de intercambio '>jonico. En este tipo de cromatografia existen como -S03 0 cationes como -N(CH3)j, covalentemente unidos ala fase eSlllCJO"i.*~ solida, que de ordinario es una resina. Los iones en disoluci6n de carga atrafdos a la fase estacionaria por fuerzas electrostaticas. La fase m6vil es un

B. A. Adams y E. L. Holmes obtuvieron las pnmeras resinas slntetlcas de intercamblo lonlco en 1935. Las resinas son sOlidos organicos relatlvamente duros y amorfos. Los geles son relativarnente blandos.

Cromatografia de exclusion molecular. Esta tecnica, tambien llamada cr(J.nultol"IIa~~ mtracion por gel 0 de permeacion por gel, separa moleculas por su tamafio, Las culas de mayor tamafio pasan mas rapidamente que las de menor tamano. A de ofras formas de cromatografia, no hay una interacci6n atractiva entre la «fase narias y el soluto en el caso ideal de una exclusion molecular. En su Iugar. la fase lfquida 0 gaseosa pasa a traves del gel poroso. Los poros son bastante pequeOOs excluir a los solutos grandes, pero no a los pequeiios. Las moleculas grandes largo sin entrar en los poros. Las molecules pequeiias tardan mas tiempo en pasar ves de la columna porque penetran dentro del gel, y por consiguiente deben mas volumen antes de abandonar la columna.

Las moleculas grandes pasan a traves de la columna mas rapldarnente que las rnoleculas pequeiias.

Cromatografia de afinidad. Esta forma de cromatografia, que es la mas selectiva, interacciones especfficas entre una clase de moleculas de solute y una segunda molleCll""~. que esta unida covalentemente (inmovilizada) en la fase estacionaria. Por C.JCI:np~~ molecula inmovilizada podria ser un anticuerpo unido a una protein a ilptprrnl"""" pasa a traves de la columna una mezcla que eontiene un millar de protein as, 5610 tefna que reacciona con el anticuerpo se fija a la columna. Despues de lavar los solutos de la columna, se libera .la proteina deseada modificando el pH 0 la fuerza

Aspectos instrumentales de la cromatografia

Caudal = Volumen de dlsolvente que pasa par la columna en una unidad de tiempo. Velocidad lineal de flujo = Dlstancia recorrlda por el disolvente en 1a unidad de tlempo.

La velocidad con que la fase m6vil pasa a !raves de una columna cromatogriifica se expresar como caudal 0 como velocidad lineal de flujo. Consideremos un cromatografia de liquidos, en el que la columna tiene un diiimetro de 0,60 cm ,._....,.."'" 0,30 em) y la fase m6vil ocupa el 20% del volumen de la columna. Cada centflDl~~ longitud de la columna tiene un volumen de ('Trr2 X longitud) = '!T(0,30 cm)2(1 0,283 mL, de los cuaies el 20% (= 0,0565 mL) es fase m6vil (disolvente). El este caso 0,30 mUmin, nos dice cuantos mL de- disolvente atraviesan la columna minuto. La velocidad lineal de nujo nos dice cuantos centimetros recorre el ,1;." ........ ~~ dentro de la columna en un minuto. Como 1 em de columna contiene 0,05.9 5 mL de m6vil, 0,30 mL ocuparian (0,30 mL)/(0,056 5 mL/cm) = 5,3 cm de columna. La lineal de flujo que corresponde a 0,30 mUmin es 5,3 em/min.

El cromatog.rama Los solutos eluidos de una columna croma((')griifica se observan con alguno de los detectores que se describen en los capitulos siguientes,. Un cromatograma es la tacion de la-respuesta del detector en funci6n del tiempo de eludon. La figura 23.7 tra]o que podria observarse cuando una mezcla de octano, nonano y una muestra cida se separan por cromat6grafia de gases, que se describe en el capitulo "iuuiClnlC\~~ tiempo de _retenc,ion, lp de un componente es el tiempo que transcurre desde la de una mezcla en la columna hasta que ese componente llega a1 detector. La . correspondiente, volumen de retencion, Vr, es el volumen de fase m6vil necesanl eluir un soluto deterrninado de la columna. La fase m6vil no retenida atraviesa la columna en el min~o tiempo posi~le, ue nado como tm• El tiempo de retencion ajustado de un soluto es la difereoCUl en

23.3 Aspectos instrumentales de la cromatografia

t;-------I

k--~------~------------__

t Tiempo de

CH4

23.7

Figura Cromatograma de gases esquematico que muestra c6mo se miden los tiempos de retenci6n.

in ecci6n Tiempo

--+

hemp que tarda un soluto en atravesar toda la columna y el que emplea un disolvente no

de retencion ajustado:

(23.14)

cromatografia de gases se considera habituaImente que tm es el tiempo necesario para ~ atraviese toda la columna (figura 23.7). Si hay dos componentes, 1 y 2, la retencion relativa, ex,es el cociente de sus tiempos de retencion ajustados.

Ct

t'r2 =-

(23.15)

t:,

1'(2 > I." y por tanto Ct > 1. Cuanto mayor es la retencion relariva, mayor es la sepat.1Cwn entre los dos componentes. La retencion relativa es bastante independiente del cauy por consiguiente se puede usar como una ayuda para identificar los picos cuando se ~~~'jlIVllm;,~uvariaciones de caudal. Para cada pico de un cromatograma se define el factor de capacidad, k', como

(23.16)

de capacidad:

EI factor de capacidad tarnbien se llama factor de tetencion, raz6n de capacidad, 0 raz6n dereparto.

Cuantomas tiempo permanece un componente en la columna, mayor es su factor de capaPara controlar el funcionamieftlo de una columna determinada, una buena practica medir periodicamente el factor de capacidad de un patron, el numero de platos (ecua23.28) y Ia asirnetrfa del pico (figura 23.13). Los cambios de estos parametres reflejan degradacion de la columna. .

--

Parametres de retendon

\

inyectaen un cromat6grafo de gases una mezcla de benceno, tolueno y metano. El metadio un pico muy agudo a los 42 segundos, mientras que el benceno tarda 251 segundos en aparecer, y el tolueno 333 segundos. Hallar el tiempo de retencion ajustado y el factor 1 de capacidad de cada solute y la retencion relativa. . •

.:WCION

Los tiempos de retencion ajustados son

Benceno: t;.

=

t, - tm

=

251 - 42

=

t: = 333 -

209 s

Tolueno:

=

Tolueno: k'

42

=

291 s

~ factores de capacidad son Benceno: k'

tr -

= ---tm

tm

=

251 - 42 42

5,0

=

333 - 42 42

=

6,9

•

La retenci6n

relativa siempre se expresa mediante un nurnero mayor que I' r,(tolueno)

333 - 42

r;(benceno)

251 - 42

a=

La definici6n

de capacidad

dada en la ecuaci6n

=

I 39 '

23.16 es equivalente

a dccir

tiempo que pa~a eI soluto en Ia fase estacionaria

k' tiempo

que pas a el soluto en la fase m6vil

Veamos por que es asf, Si el soluto pasa todo su tiempo en la fase rnovil ~ nuda en I~ fa...: estacionaria, se eluira, por definici6n, en un tiempo tJ11' Haciendo I,. = I", en la CI:UaL"il)n 23.16, resulta k' = 0, porque el soluto no esta nada en la fase estacionaria. SU[longamm que el soluto pasa el mismo tiempo en la fase estacionaria que en la fase mcn il. En esc