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• Ana Karina Suaste Espadas

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA “In Hoc Signo Vinces”

INGENIERÍA QUÍMICA ASIGNATURA: ANÁLISIS INSTRUMENTAL. DOCENTE: MARÌA DE LOURDES VARGAS Y VARGAS. UNIDAD 3: CROMATOGRAFÍA. TAREA 1: REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN DEL TEMA CROMATOGRAFÍA. ALUMNA: RODRÍGUEZ GIL MARIANA GUADALUPE.

4Q PERÍODO: ENERO / MAYO 2019 FECHA DE ENTREGA: VIERNES 17 DE MAYO DE 2019

OBJETIVO. Este trabajo tiene como objetivo principal comprender el concepto de cromatografía mediante la realización de una investigación que conste los conceptos básicos, así como de una investigación de las principales técnicas cromatográficas y sus fundamentos. La cromatografía es un método muy utilizado en todas las ramas de la ciencia y que permite la separación, identificación y determinación de los componentes químicos en mezclas complejas. Ningún otro método de separación es tan potente y de aplicación tan general como la cromatografía. Es una de las operaciones fundamentales de la química gracias a su versatilidad y simplicidad para separar mezclas que no se pueden resolver por métodos tradicionales como la destilación o la filtración, es gracias a las diferencias en propiedades diferentes a la solubilidad o el punto de ebullición que esta técnica logra segregar componentes con propiedades físicas o químicas muy similares, o, que se presentan en cantidades mínimas. Entonces, los métodos cromatográficos se basan en características tales como la capacidad de adsorción, el peso molecular y la disposición para intercambiar iones, además, también tiene como principio el colocar en contacto dos fases mutuamente inmiscibles denominadas la fase estacionaria y la fase móvil. En fundamento a las propiedades que utiliza la cromatografía hace que se pueda clasificar en: cromatografía de adsorción, de reparto, de intercambio iónico, o, por exclusión de tamaño, además, la cromatografía también se puede dividir según la técnica empleada, por ejemplo: cromatografía en columna liquida, en papel, en capa delgada o de gases; en todas ellas predominan alguno de los fenómenos descritos y es debido al alto grado de repetición de dicho proceso a través de la fase denominada estacionaria que los métodos cromatográficos son tan eficientes.

REALIZAR UN MAPA CONCEPTUAL DONDE SE DEFINAN LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE LA CROMATOGRAFÍA.

REALIZAR UN CUADRO SINÓPTICO SOBRE LAS PRINCIPALES TÉCNICAS CROMATOGRÁFICAS Y DESCRIBIR SUS FUNDAMENTOS (FUNDAMENTOS Y TIPOS).

INVESTIGAR LOS FUNDAMENTOS DE LA CROMATOGRAFÍA DE GASES, INDICAR LAS PARTES DE UN CROMATÓGRAFO DE GASES Y LAS FUNCIONES

DE

CADA

UNA.

MENCIONAR

LAS

PRINCIPALES

APLICACIONES DE LA CROMATOGRAFÍA DE GASES. Fundamento En cromatografía de gases la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de la columna cromatográfica. La elución se produce por el flujo de una fase móvil gaseosa. La fase móvil en cromatografía de gases es un gas inerte, es decir, no interacciona con las moléculas de analito, sólo las transporta a través de la fase estacionaria. La fase estacionaria en cromatografía de gases puede ser un sólido (cromatografía gas-sólido), produciéndose entonces la retención de las moléculas de analito por adsorción. Este tipo de cromatografía es poco frecuente. Lo más habitual es que la fase estacionaria sea un líquido (cromatografía gas-líquido). En este caso la fase móvil es un líquido no volátil inmovilizado sobre la superficie de un sólido inerte. Se trata entonces de una cromatografía de partición. Los Analitos se distribuyen entre las fases móvil (gaseosa) y estacionaria (líquida). Partes de un cromatógrafo de gases Tenemos un gas que buscamos analizar y separar en sus componentes, este se pasa por un aparato a una temperatura fija, en este aparato, el gas pasa por una columna que contiene un sólido, o en su defecto, un sólido embebido en líquidos; esto se llama Fase Fija y el gas, se llama fase móvil. La columna es muy larga, como de unos 2m y medio cm de espesor, este tubo está lleno de polvo de cerámica, el cual está en forma de espiral metido en un horno a unos 150ºC.

La separación se efectúa porque los diferentes componentes de la mezcla de gases interactúan con la fase fija. Los que más sean afines a la fase fija, tardan más en salir del tubo y los otros tardan menos. Con este principio, la separación de los componentes. Luego, a la salida pones un detector que analiza los gases y te informa que componente sale primero y cuál después, a medida que sale se van quemando y por la cantidad de calor sabemos la cantidad y por el tiempo en que salen la sustancia que es y la concentración de cada componente.  Gas portador El gas portador cumple básicamente dos propósitos: Transportar los componentes de la muestra, y crear una matriz adecuada para el detector. Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:     

Debe ser inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra como con la fase estacionaria) Debe ser capaz de minimizar la difusión gaseosa Fácilmente disponible y puro Económico Adecuado al detector a utilizar

El gas portador debe ser un gas inerte, para impedir su reacción con el analito o la columna. Generalmente se emplean gases como el helio, argón, nitrógeno, hidrógeno o dióxido de carbono, y la elección de este gas en ocasiones depende del tipo de detector empleado.  Sistema de inyección de muestra La inyección de muestra es un apartado crítico, ya que se debe inyectar una cantidad adecuada, y debe introducirse de tal forma (como un "tapón de vapor") que sea rápida para evitar el ensanchamiento de las bandas de salida; este efecto se da con cantidades elevadas de analito. El método más utilizado emplea una microjeringa (de capacidades de varios microlitros) para introducir el analito en una cámara de vaporización instantánea. Esta cámara está a 50 °C por encima del punto de ebullición del componente menos volátil, y está sellada por una junta de goma de silicona septa o septum.

 Horno y Columna El siguiente componente del cromatógrafo es el horno, que es un recinto donde está la columna, la cual está conectada por un extremo al sistema de inyección y por otro al detector. La columna es el elemento principal del cromatógrafo pues se trata de un tubo de acero o sílice fundida en cuyo interior está la fase estacionaria. Los componentes de la muestra arrastrados por el gas portador son más o menos retenidos por la misma y en consecuencia se separan unos de otros. El tiempo de retención de un compuesto en cromatografía de gases va a depender, por una parte, de su naturaleza, es decir, de su estructura, composición química y volatilidad, y por otra, de las características del sistema cromatográfica, como tipo de fase estacionaria, longitud de la columna y Tª de la separación. Se emplean actualmente cientos de tipos diferentes de fases estacionarias, si bien las podemos agrupar en tres variantes:   

Fases estacionarias sólidas Fases estacionarias líquidas, y Fases estacionarias ligadas

Estas últimas, basadas en una estructura de silicona, son las más empleadas. Hay muchas variedades de diferentes polaridades que nos permiten elegir la fase más adecuada para una muestra concreta.  Detector La salida de la columna está conectada al detector, cuya misión es la de generar una pequeña señal eléctrica cuando pase un analito por él. Dicha señal, proporcional a la cantidad de analito, es amplificada y enviada a un registro, donde es representada en función del tiempo transcurrido desde la inyección de la muestra, dando lugar a un cromatograma. También puede el detector enviar su señal a un ordenador donde es almacenada y procesada adecuadamente. Aplicaciones En las industrias se enfoca principalmente a evaluar la pureza de los reactantes y productos de reacción o bien a monitorear la secuencia de la reacción, para los fabricantes de reactivos químicos su aplicación para la determinación de la pureza es lo más importante. En la industria del petróleo juega una función primordial, por medio de la cromatografía se pueden analizar los constituyentes de las gasolinas, las mezclas de gases de refinería, gases de combustión, etc.

En la investigación es un auxiliar indispensable para diversas técnicas de evaluación, entre las principales están los estudios cinéticos, análisis de adsorción a temperatura programada, determinación de áreas específicas por adsorción de gas y determinación de isotermas de adsorción. En el campo también pueden ser aplicados, principalmente en estudios de contaminantes del agua: insecticidas en agua, pesticidas en aguas de lagos, lagunas, ríos; desechos industriales descargados en ríos o lagunas. INVESTIGAR LOS FUNDAMENTOS DE LA CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN, INDICAR LAS PARTES DE UN CROMATÓGRAFO DE ALTA RESOLUCIÓN Y LAS FUNCIONES DE CADA UNA. MENCIONAR LAS PRINCIPALES APLICACIONES DE LA CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN. Fundamento La cromatografía líquida (HPLC), es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla. Consiste en una fase estacionaria no polar (columna) y una fase móvil. La fase estacionaria es sílice que se ha tratado con RMe2SiCl. La fase móvil actúa de portador de la muestra. La muestra en solución es inyectada en la fase móvil. Los componentes de la solución emigran de acuerdo con las interacciones no-covalentes de los compuestos con la columna. Estas interacciones químicas, determinan la separación de los contenidos en la muestra. La utilización de los diferentes detectores dependerá de la naturaleza de los compuestos a determinar. Partes de un cromatógrafo de alta resolución

diámetros de tubo muy pequeños a ensanchamiento de banda extracolumnar.

fin

Un cromatógrafo de líquidos consta de una serie de elementos indispensables, normalmente constituyendo módulos con funciones bien definidas. La circulación de fase móvil entre los distintos módulos se hace a través de conductos tubulares. Deben emplearse siempre de reducir el efecto del

 Sistema de suministro de fase móvil Todos los equipos de HPLC incluyen un sistema de bombeo de fase móvil de alta presión para forzar el paso de la fase móvil a través de la columna, cuyo relleno muy compacto, es responsable de una importante sobrepresión. Los requisitos del sistema de bombeo en HPLC son muy rigurosos ya que en algunos detectores las fluctuaciones en el flujo de fase móvil dan lugar a fluctuaciones de la señal, produciendo un ruido de fondo que impide la observación de señales débiles. En HPLC es deseable que el control y la reproducibilidad del caudal de fase móvil sean mejores que el 0.5%. Existen diferentes tipos de bombas de alta presión con distintas características, ventajas e inconvenientes. Las más frecuentes son bombas de pistón. En HPLC, para una fase estacionaria concreta, la naturaleza de la fase móvil es el factor clave en la separación.  Sistema de inyección de muestra La inyección de un volumen preciso de muestra debe hacerse a la entrada de la columna en un corto período de tiempo para perturbar lo menos posible el régimen de circulación de fase móvil establecido en la columna y el detector. Además, los volúmenes empleados son pequeños, unos pocos microlitros, lo que se traduce en muchos casos en que el factor limitante de la reproducibilidad del método es la reproducibilidad con que puede introducirse la muestra en la columna. El sistema más utilizado son válvulas rotatorias de alta presión de varias vías manuales o automatizadas. Estas válvulas posen dos posiciones. En la posición de llenado la bomba y la columna están comunicadas y la muestra se introduce a presión atmosférica con ayuda de una jeringa en un pequeño depósito de forma tubular (bucle). El bucle puede escogerse de diferente volumen (5-500 μL). En la posición de inyección gracias a la rotación de la válvula la muestra es arrastrada por el flujo de la fase móvil e introducida en la columna.  Columna cromatográfica Las columnas de HPLC son tubos rectos de acero que miden entre 3 y 30 cm de longitud. Su diámetro entre 2 y 5 mm. La fase estacionaria se mantiene entre dos discos porosos situados en los extremos de la columna. En HPLC no suele ser necesario un control estricto de la temperatura de la colunma, aunque si resulta aconsejable controlarla en un intervalo de unos pocas décimas de grado para obtener resultados más reproducibles.

 Detector Un detector ideal en HPLC debe ser sensible a pequeñas concentraciones de analito, dar una respuesta lineal amplia, tener poco ruido de fondo y ser estable en el tiempo que dura el cromatograma. Además, en caso de que se utilice gradiente debe ser insensible a los cambios de composición de la fase móvil. Es también importante que la celda de flujo del detector tenga un volumen mínimo para no provocar ensanchamiento de las bandas. La mayoría de los detectores empleados responden a alguna propiedad característica de los compuestos a analizar aunque existen también detectores que responden a la variación de una propiedad de la fase móvil debido a la presencia de solutos. Aplicaciones            

Fármacos: Antibióticos, sedantes esteroides, analgésicos Bioquímica: Aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos Productos de alimentación: Edulcorantes artificiales, antioxidantes, aflatoxinas, aditivos Productos de la industria química: Aromáticos condensados, tensoactivos, propulsores, colorantes Contaminantes: fenoles, Pesticidas, herbicidas, PCB Química forense: Drogas, venenos, alcohol en sangre, narcóticos Medicina clínica: Ácidos biliares, metabolitos de drogas, extractos de orina, estrógenos. Separación y purificación de metabolitos Separación y purificación de los metabolitos de las drogas procedentes de muestras de orina Purificación y separación de enantiómeros Purificación de compuestos naturales Purificación y caracterización de enzimas y proteínas

EXPLICAR EL FUNDAMENTO DE LA CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA Y SUS APLICACIONES. En este caso se utiliza una placa recubierta con fase estacionaria manteniendo un pequeño espesor constante a lo largo de la placa. El eluyente ascenderá, por capilaridad, por la placa y arrastrará los componentes a lo largo de ésta produciendo "manchas" de los componentes.

En la cromatografía en capa fina (CCF), el grado de elución de las sustancias depende tanto de su propia polaridad como de la polaridad del eluyente utilizado. Fundamento La cromatografía en capa fina se basa en la preparación de una capa, uniforme, de un adsorbente mantenido sobre una placa de vidrio u otro soporte. Los requisitos esenciales son, pues, un adsorbente, placas de vidrio, un dispositivo que mantenga las placas durante la extensión, otro para aplicar la capa de adsorbente, y una cámara en la que se desarrollen las placas cubiertas. Es preciso también poder guardar con facilidad las placas preparadas y una estufa para activarlas. La fase móvil es líquida y la fase estacionaria consiste en un sólido. La fase estacionaria será un componente polar y el eluyente será por lo general menos polar que la fase estacionaria, de forma que los componentes que se desplacen con mayor velocidad serán los menos polares. Aplicaciones La cromatografía de capa fina es un método muy útil, rápido y barato que se puede utilizar principalmente para:  Industria farmacéutica: Separación y cuantificación de ingredientes activos.  Industria de alimentos: Cuantificación de edulcorantes, preservantes y vitaminas.  Materias primas: Cuantificación de pureza.  Otras aplicaciones:  Separación de componentes en muestras botánicas, de productos naturales y bioquímicas.  Identificación de una sustancia conocida en una mezcla por comparación con un patrón.  Determinar el grado de pureza de un compuesto. Por ejemplo, se puede determinar la efectividad de una etapa de purificación. HACER EL RESUMEN DEL ARTÍCULO CIENTÍFICO, HACIENDO ÉNFASIS EN LAS CONDICIONES CROMATOGRÁFICAS. Introducción. Un método sencillo y atractivo por su alta eficiencia y fácil manejo para la eliminación de efluentes en fase acuosa que contienen fenol o sus derivados, es la adsorción. Con la finalidad de contar con una metodología que permita realizar el seguimiento de los procesos de fotodegradación de fenoles cuando son adsorbidos por nanopartículas de magnetita (NP) modificadas con

arcilla y sustancias bioorgánicas solubles (BOS), tuvo como objetivo la aplicación de la cromatografía líquida de alta performance (HPLC) a este tipo de sistemas acuosos. Materiales y métodos. De cada nanomaterial se preparó una suspensión stock (2g/L) por agregado de las mismas al medio acuoso con agitación constante y se diluyeron a una concentración de 0,5g/L en solución de fenol 50μM las que se colocaron en un agitador a vaivén a una velocidad de 200 golpes/min. asegurando el buen contacto entre contaminante (fenol) y material adsorbente. Para seguir la cinética de la adsorción se tomaron muestras del sobrenadante a tiempos determinados hasta un máximo de 300 horas. Resultados. Se trabajó con una columna en fase reversa por la reproducibilidad de las separaciones y como parámetro variable emplear cambios en la fase móvil. La composición de la fase móvil se ajustó para optimizar su polaridad en relación a la del fenol. Se realizaron corridas con dos solventes de alta polaridad, metanol y acetonitrilo. En ambos casos se probaron mezclas con agua hasta encontrar aquella composición que brindó un poder de elución lo suficientemente fuerte que permitiera obtener picos bien definidos sin la aparición de colas que dificulten la cuantificación. Las corridas fueron isotérmicas. La mejor resolución con la que se obtuvieron cromatogramas con picos bien definidos y con mayor sensibilidad para el fenol en un tiempo de corrida adecuado, se logró utilizando las siguientes condiciones:  volumen de inyección 20 µl  fase Móvil: o solución isocrática de Agua–Acetonitrilo; o velocidad de flujo de 1,0 ml/min;  fase Estacionaria: en el relleno de esta columna los ligandos octadecil silano están unidos a la superficie de sílice, dando lugar a una fase muy hidrofóbica de gran selectividad para metileno. El endcapping no polar elimina, prácticamente, las interacciones con los silanoles.  longitud de onda del detector: 270 nm Del mismo modo, se procedió con los extractos de las distintas suspensiones a distintos tiempos de contacto nanopartícula-fenol. Las nanopartículas se separaron previamente con la ayuda de un imán de neodimio. Para acondicionarlas para la corrida cromatográfica las muestras se filtraron por membranas millipore de 0,45 μm de poro.

Conclusión. No se observaron interferencias en las corridas, obteniendo cromatogramas similares a los de la curva de calibración con idéntico tiempo de retención para el fenol no adsorbido por las nanopartículas. Por ello, se pudo establecer que la cromatografía en las condiciones que se seleccionaron como óptimas, resultó adecuada para la cuantificación del fenol remanente en las suspensiones en que se emplearon los distintos nanomateriales como material adsorbente. EXPLICAR EL MODELO DE LOS PLATOS TEÓRICOS Y QUE APLICACIÓN TIENE. Para realizar una separación cromatográfica óptima, debe evitarse el ensanchamiento de las bandas debido a la dispersión, cuanto más anchas sean las bandas, menor número de ellas podrán ser resueltas en un espacio de tiempo dado. Se basa en considerar que la columna cromatográfica es como si estuviera constituida por numerosas, pero discretas capas estrechas, denominadas platos teóricos, en términos análogos a lo que ocurre en la teoría de la destilación fraccionada o de la extracción en contracorriente. Se considera que en cada plato se establece un equilibrio del componente entre la fase móvil y la fase estacionaria, y el desplazamiento del analito a través de la columna se trata como una transferencia de la fase móvil desde un plato al siguiente. La eficacia de la columna aumenta al hacerlo el número de estas transferencias, esto es, al aumentar el número de platos teóricos. El cálculo del número de platos cuando los picos son asimétricos es más complicado que cuando son simétricos. La teoría de platos explica satisfactoriamente la forma de los picos cromatográficos, si bien, falla al intentar justificar el ensanchamiento de los mismos. Por otra parte, se basa en unas supuestas condiciones de equilibrio que, en realidad no se alcanzan, debido al movimiento continuo de la fase móvil.

CONCLUSIÓN. En conclusión podemos decir que la cromatografía es una técnica de separación por medio de la retención selectiva, que permite la identificación y cuantificación de Analitos, está compuesta por dos fases: la fase estacionaria que puede ser solida o liquida y la fase móvil la cual puede ser un líquido o un gas. Dicha técnica tiene diversas clasificaciones como por ejemplo en la forma de realización, según el proceso o según la fase estacionaria o móvil que se use. Entre las técnicas de cromatografía más utilizadas se encuentran: la cromatografía de gases y la cromatografía liquida HPLC. En cromatografía de gases la muestra se volatiliza y se inyecta en la cabeza de la columna cromatográfica. La elución se produce por el flujo de una fase móvil gaseosa. La fase móvil en cromatografía de gases es un gas inerte, es decir, no interacciona con las moléculas de analito, sólo las transporta a través de la fase estacionaria. Mientras que en la cromatografía liquida la fase móvil es un líquido que fluye a través de una columna que contiene a la fase estacionaria. La cromatografía líquida se lleva a cabo en una columna de vidrio. Después se coloca la muestra por la parte superior y se hace fluir la fase móvil a través de la columna por efecto de la gravedad. Como ya se mencionó a lo largo de este trabajo, la cromatografía es básicamente un método de separación, tal vez el más potente de que se puede disponer en un laboratorio, es por eso que como futuros ingenieros químicos nos es de importancia el conocer cómo funcionan estos equipos de separación para un futuro uso cuando ya ejerzamos nuestra carrera. También es importante el que tengamos en cuenta que la cromatografía a efectos analíticos, resulta ser una técnica ciega. Así que, los métodos cromatograficos, por si mismos, pueden informar, en el mejor de los casos del número de compuestos químicos que se encuentran presentes en una mezcla, pero nunca de proporcionar información de su naturaleza. A pesar de esta limitación las técnicas cromatograficas, el tiempo de retención de los compuestos, eran constantes para un sistema cromatográfico dado, por lo que podían ser utilizados de una forma cualitativa y cuantitativa en cuanto a la identificación de los compuestos.

BIBLIOGRAFÍA. Cromatografía en capa fina. (s.f.). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de http://organica1.org/1311/1311_6.pdf Miranda, A., & Martín, O. (s.f.). Cromatografía líquida (HPLC). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de http://www.ucm.es/data/cont/docs/650-2013-12-02gases%20l%C3%ADquidos.pdf Olgin Pérez, L., & Rodriguez Magadán, H. (8 de Junio de 2004). Métodos de biotecnologia. Recuperado el 11 de 05 de 2019, de Universida Autónoma de México: http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/met/cromatografia_de_gases.pdf Química analítica instrumental II. (Diciembre de 2007). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de Universidad Nacional Autónoma de México: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/M.Cromatogrficos_6700.pdf Cromatografía de gases. (s.f.). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8247/4/T3gascromat.pdf Cromatografía de líquidos de alta resolución. (s.f.). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8248/4/T4cromatliquid.pdf Universidad de alicante. (s.f.). Recuperado el 11 de 05 de 2019, de Servicios técnicos de investigación: https://sstti.ua.es/es/instrumentacioncientifica/unidad-deanalisis/cromatografia-de-gases.html