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cromatografía

Curso: Química Analítica II

Loreto Ascar

2012

¿Cómo determinar un analito en una muestra problema?

INTRODUCCIÓN

Proceso Analítico

X

Elección del método

Obtención de la muestra

Procesamiento de la muestra

Solubilizar la muestra

Medir la propiedad

Resultados

Etapas de un análisis cuantitativo

Separación del Analito de interferencias

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Separación del analito de interferentes

Métodos clásicos

PrecipitaciónDestilaciónextracción

Métodos Instrumentales

CromatografíaElectroforesis

Mikhail Tswett, 1903

Separación de pigmentos vegetales

Del griego:Chroma “color” graphein “escribir”

CaCO3

Comienzos de la cromatografía

IUPAC Definición de Cromatografía (1993)

La cromatografía es un métodofísico de separación en el cual loscomponentes a ser separados sedistribuyen entre dos fases, unade las cuales es estacionariamientras que la otra se mueve enuna dirección definida

Fase Móvil

Muestra

A + B + C

Movimiento de la Fase Móvil

Cromatograma

Fase Estacionaria

Componentes separados

Componentes Eluidos

Detector

C B A

La cromatografía es la ciencia y el arte de separar entre sí los componentes de una mezcla

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MuestraSolvente pasando

continuamente

Matriz

de la

columna

Componentes separados

Componentes:

Fase móvil (fm):Gas, líquido o fluido supercrítico, que se hace pasar a través de la fe. Es el portador de la muestra.

Fase estacionaria (fe):Puede ser un sólido o un líquido dispuesto sobre un sólido que actúa como soporte de gran área superficial

Aplicación de la cromatografía a compuestos no coloreados, mediante el uso de detectores

trB > trA

Dilución del analito

Detectores más sensibles

� tR: indica la posición de la señal y sirve para identificar loscomponentes de la muestra

� El área bajo la curva es un parámetro que se puede relacionarcon la concentración

tR

tm

Tiempo de retenciónInyección

Señ

al d

etec

tor

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Determinación cuantitativa

Tiempot1

Señ

al d

etec

tor

Concentración

R

Res

pu

esta

x

x

x

x

xx

Determinación cuantitativa

A (mg L-1) Area

3.0 137966

9.0 399357

18.0 969969

27.0 1493236

36.0 1973723

45.0 2437518

Muestra

problema

1284589

y = 478404x - 439118

R² = 0,9937

0,0E+00

5,0E+05

1,0E+06

1,5E+06

2,0E+06

2,5E+06

3,0E+06

3.0 9.0 18.0 27.0 36.0 45.0

Se requiere determinar la concentración de un analito A en

una muestra problema

CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS

Superficie Plana Columna

Capa Fina (TLC)En papel (PC)

Electrocromatografía (EC)

De gasesLíquida

Fluidos supercriticos

De acuerdo al tipo de contacto existente entre las 2 fasesinvolucradas

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CROMATOGRAFIA

GAS - SOLIDO

CROMATOGRAFIA

GAS - LIQUIDO

GASES FLUIDO

SUPERCRITICO

LSC

BPC - RP BPC - NP

BPC IEC

GPC GFC

SEC

COLUMNA

TLC PC

PLANAR

LIQUIDO

Tipos de cromatografía en columnas

LSC : Cromatografía sólido-líquido o de adsorción

� BPC : Cromatografía de fase enlazada

IEC : Cromatografía de intercambio iónico

� SEC : Cromatografía de exclusión por tamaños

� BPC-RP : Cromatografía de reparto de fase inversa

� BPC-NP : Cromatografía de reparto de fase normal

� GPC : Cromatografía de permeación en gel

� GFC : Cromatografía de filtración en gel

Velocidad de migración y ensanchamiento de banda

Especie B es más retenida que especie AAl avanzar en la columna se produce un ensanchamiento de banda

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Velocidad de migración y ensanchamiento de banda

Tiempo

Señ

al d

el

de

tect

or

a

b

c

VELOCIDAD DE MIGRACIÓN DE LOS SOLUTOS

A móvil = A estacionaria

B móvil = B estacionaria

K: Cte de distribución, razón de

distribución o coef. de distribución

Cs : Concentración molar del soluto en la

fase estacionaria

CM : Concentración molar del soluto en la

fase móvil

La eficacia en la separación cromatográfica depende de la velocidad relativa

con la que eluyen ambas especies, las que están determinadas por la

magnitud de las constantes de equilibrio con las que se distribuyen ambas

especies en las respectivas fases (estacionaria y móvil)

Idealmente, k debe ser constante en un amplio rango de concentraciones ���� Picos simétricos

Tiempo de retención

tR: tiempo de retención, corresponde al tiempo que transcurre desde la

inyección de la muestra hasta que llega al detector

tM: tiempo muerto, corresponde al tiempo que demora una especie que no es

retenida

υ : Velocidad promedio lineal

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Factor de retención o factor de capacidad (K`A)

: Ideal entre 2 y 10

VS y VM : volumen de la fase estacionaria y móvil

Parámetro que da cuenta de la velocidad con que el analito difunde en la

columna

Factor de selectividad (α)

Resolución de la columna

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2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos deretención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analitono retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular K`A, K`B, α y Rs

Ensanchamiento de las señales

Teoría de los Platos teóricos Teoría Cinética

TEORÍA DE LOS PLATOS TEÓRICOS

Columna compuesta por una serie de capashorizontales, estrechas y continuasseparadas, llamadas platos teóricos

En cada plato tiene lugar un equilibrio delsoluto entre la fase móvil y la fase estacionaria

El movimiento del soluto y del disolvente es unaserie de transferencias sucesivas entre un platoy otro

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Eficiencia de la columna

N: número de platos teóricos

H: altura de los platos teóricos

L: longitud de la columna

Esta teoría explica la forma gaussiana de los picos cromatográficos y la

velocidad de desplazamiento a través de la columna, pero considera que se

producen equilibrios en los platos teóricos situación que no es posible

debido al movimiento de la fase móvil.

σ2: Varianza de una medida

Determinación experimental de H y N

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Determinación experimental de H y N

2 compuestos A y B fueron separados por cromatografía con tiempos deretención de 370 y 385s respectivamente y W de 16,0 y 17,0s. Un analitono retenido presentó un tiempo de 10,0s. Calcular H y N, para unacolumna de 20 cm de largo.

TEORÍA CINÉTICA

Esta teoría describe con éxito los efectos de las

variables que afectan el ancho de la banda de

elusión.

El ensanchamiento de banda se produce como

consecuencia de la velocidad finita con la que

ocurren los diferentes procesos de transferencia

de masa durante la migración de una especie en

el interior de una columna

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Ecuación de van Deemter

Líquida

Gases

Ecuación de van Deemter

H: altura de plato, cm

µ: velocidad lineal de la fase

móvil, cm s-1.

A: Camino múltiple

B: Difusión longitudinal

C: Transferencia de masa entre

las fases

Camino múltiple (A), Difusión en remolino o de Eddy

dp: diámetro de las partículas de relleno, cm

λ: Es el factor de empaque

Está relacionada con el tamaño de las partículas, la geometría y lo compacto del empaqueA menor velocidad de flujo, la mayoría de las partículas prueban muchos caminos, llegando en promedio muy próximas al valor medio, no originando ensanchamiento de banda

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Difusión longitudinal (B/µ)

Migración de las moléculas o iones desde la zona más

concentrada hacia las mas diluidas

DM: coeficiente de difusión en la fase móvil (cm2 s-

1), para gases es mayor que para líquidos

γ: factor de obstrucción

A menor flujo de la fase móvil incrementa el ensanchamiento, debido a que el analito tiene

más tiempo para realizar difusión

B = 2γDM

Donde γ es el factor de obstrución, una medida que da cuenta

del impedimento de la difusión molecular libre causada por la

presencia de las partículas de la fase estacionaria

El ensanchamiento, debido a la difusión longitudinal, puede

reducirse disminuyendo la temperatura y aumentando la

velocidad de flujo

Transferencia de masa fuera del equilibrio (CS y CM)

K`: factor de retención

df: grosor de la película de soporte, cm

DS: coef. de difusión del soluto en la

fase estacionaria, cm2 s-1

Dp : diámetro de las partículas

DM: coef. de difusión del soluto en la

fase móvil, cm2 s-1

Cµ = (Cs +CM)µ

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Si la velocidad de flujo de la fase móvil es alta no se logra alcanzarun verdadero equilibrio entre las fases

A menor velocidad de flujo hay más tiempo disponible para alcanzarel equilibrio

El termino C dependerá de la transferencia de masa en la faseestacionaria y la velocidad de la fase móvil

Efecto del diámetro de partículas que constituyen el relleno

Influencia de µ sobre H

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Optimización de la eficacia de la columna

Se realizan variaciones de las condiciones

experimentales con la finalidad de que los

componentes de una mezcla se separen

completamente en el menor tiempo posible