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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