Make your own free website on Tripod.com

Cromatografia
Principal

 

CROMATOGRAFÍA

Los métodos más modernos y sofisticados que existen para separar mezclas de productos tanto orgánicos como organometálicos con los que se cuentan actualmente involucran sin excepción la cromatografía. La cromatografía se define como la separación de una mezcla de dos o más compuestos diferentes (o iones) por la distribución entre dos fases, una de ellas estacionacionaria y la otra móvil. Existen varios tipos de cromatografías, dependiendo de la naturaleza de las dos fases involucradas:los más comunes son:

sólido-líquido (en columna, en capa fina y en papel)

líquido-líquido (cromatografía líquida de alta resolución)

gas-líquido (vapor, cromatografía de gases)

Todas las técnicas cromatográficas se basan en el mismo principio físico que la extracción de disolventes por diferencias de solubilidad. Básicamente los métodos dependen en las solubilidades diferenciales o la capacidad de adsorción de las sustancias a ser separadas relativas a las dos fases entre las cuales deben repartirse. A continuación, y dada su importancia para entender el fenómeno, se abordarán los principales aspectos de la Cromatografía en columna y la Cromatografía en capa fina. De ellos puede extrapolarse la información necesaria para comprender la cromatografía en papel.

 

CROMATOGRAFIA EN COLUMNA:

La cromatografía en columna es una técnica basado tanto en la adsorción como en la solubilidad. Es una técnica de partición entre un sólido y un líquido. El sólido puede ser casi cualquier material que no se disuelva en la fase líquida asociada; los sólidos comúnmente utilizados son silica gel (SiO2.xH2O) y la alúmina Al2O3.xH2O. Estos compuestos se utilizan en sus formas de gránulos o polvos con mallas que fluctúan entre las 200-400 micras.

Cuando distintas sustancias orgánicas o iones inorgánicos (como los metales pesados), parte de la muestra se adsorbe (una especie de adherencia) a las partículas de la fase estacionaria (sílica, alúmina o papel). Existen una gran variedad de fuerzas intermoleculares responsables de esa adherencia y también varían en su intensidad de acuerdo a cada tipo de interacción. Los compuestos no polares se unen a la alúmina por medio de fuerzas de Van der Waals exclusivamente. Estas son fuerzas débiles y las moléculas no polares no se unen fuertemente a no ser que tengan pesos moleculares muy altos.

Las interacciones más importantes son aquellas que son típicas de los disolventes orgánicos: ya sean de tipo dipolo-dipolo o las que involucran interacciones directas como la coordinación, los puentes de hidrógeno o la formación de sales). Este tipo de interacciones se ven en la figura 1 y su fuerza varía aproximadamente en este orden:

formación de sal>coordinación>puente de hidrógeno> dipolo-dipolo>van der Waals.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En general funciona la siguiente regla:

 

"Cuanto más polar o de tipo iónico sea la sustancia, más fuerte será su adsorción en la alúmina, sílica gel o papel)

Una regla similar aplica para la solubilidad. Los disolventes polares disuelven compuestos polares de manera más efectiva que los disolventes no polares; los compuestos no polares se disuelven mejor en disolventes no polares. Entonces, para que un disolvente sea capaz de "lavar" o "extraer" un compuesto unido a la fase estacionaria, dependerá directamente de su polaridad relativa. La distribución entre la fase móvil y la fase estacionaria puede entenderse como un equilibrio que se ilustra en la figura 2. El equilibrio de distribución es dinámico, con moléculas o iones que constantemente se adsorben y se desabsorben en la disolución. El número promedio de moléculas que continúan adsorbidas en las partículas de sólido dependen tanto de la partícula en cuestión y en el poder disolvente del disolvente con el que la fase estacionaria entra en competencia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA (IMPORTANTE, YA QUE LO USAREMOS EN QUÍMICA IV)

El equilibrio dinámico ya mencionado y las variaciones en la intensidad con que diferentes compuestos se adsorben en la alúmina derivan en una manera muy versátil e ingeniosa de separar mezclas de compuestos o de iones. En este método, la mezcla de compuestos a separarse se introduce en la parte superior de una columna de vidrio cilíndrica (Figura 3) empacada o llena de finas paratículas de alúmina o sílica (fase sólida estacionaria). El adsorbente es entonces continuamente lavado por un flujo de disolvente (fase móvil) que pasa a través de la columna.

Inicialmente, los componentes de la mezcla se adsorben en las particulas de alúmina en la parte superior de la columna. El flujo continuo de disolvente a través de la columna eluye o lava los solutos adsorbidos en la alúmina que van bajando a diferentes velocidades. Los solutos (o sustancias a ser separadas ) se conocen como eluatos y a los disolventes se les llama eluyentes. A medida que los eluatos bajan a través de la columna de alúmina fresca, se establecen nuevos equilibrios entre el adsorbente, los solutos y el eluyente. Ese ajuste constante del equilibrio tiene como consecuencia que los distintos componentes de la mezcla bajen a distintas velocidades, ya que algunos son retenidos por más tiempo por la fase estacionaria que otros.

A medida que los componentes de la mezcla se van separando, se van formando bandas móviles (o zonas), donde cada una de las bandas tiene un sólo componente. Si la columna es suficientemente larga y los otros parámetros (diámetrod de columna, adsorbente, disolvente y velocidad de flujo) se escojen adecuadamente, las bandas se separan una de la otra, dejando bandas libres o de puro eluyente entre ellas. A medida que cada banda (de soluto y disolvente) van pasando por la parte inferior de la columna, se van recogiendo en distintos frascos, de manera que se separan los distintos componentes de la mezcla de una manera muy efectiva.

Si contrariamente, los parámetros mencionados no fueron tomados muy en cuenta y se eligieron de manera poco acertada, las diferentes bandas se van a traslapar y la separación será parcial, sin la distinción completa entre cada banda. Una separación por cromatografía en columna exitosa se ilustra en las siguientes figuras.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CROMATOGRAFIA EN CAPA FINA (También se utilizará con frecuencia en Química IV)

La cromatografía en capa fina (TLC por sus siglas en inglés Thin Layer Cromatography), es una técnica muy importante para la separación rápida

como análisis cualititavo después de una síntesis de nuevos productos. Funciona muy bien para pequeñas cantidades de sustancia, por lo cual es muy adecuada para el trabajo en micro y semimicro escala. La técnica se relaciona mucho con la cromatografía en columna, y de hecho se considera una cromatografía en columna pero "en reversa", ya que en este caso el disolvente "trepa" o asciende por la placa (o papel) , en lugar de descender.

 

PRINCIPIOS DE LA CROMATROGRAFIA EN CAPA FINA:

Como en el caso de la cromatografía en columna, la cromatografía en capa fina es una técnica basada en el equilibrio de partición sólido-líquido. Sin embargo, la fase líquida móvil no puede percolarse (escurrirse) a través de la fase estacionaria, sino que se obliga a ascender por una placa cubierta con una fina capa de fase estacionaria, por capilaridad. Para obtener una placa de capa fina se utiliza un vidrio delgado (como un portaobjetos) en el cual se deposita una delgada capa de adsorbente (sílica o alúmina). Cuando la placa se coloca en un recipiente que contiene una delgada capa e eluyente, éste sube por la fase móvil de acuerdo a los mismos principios de polaridad mencionados en la cromatografía en columna.

En la TLC, la muestra se aplica en la placa antes de que se haga correr el eluyente por ella. Al igual que en la cromatografía en papel, la muestra se aplica en forma de una pequeña gota por medio de un capilar de vidrio. Para concentrar la muestra, la gota debe aplicarse varias veces, permitiendo que seque entre cada una de las aplicaciones consecutivas, para evitar que se forme una mancha muy grande.

Una vez que se hace correr la cromatografía dentro del recipiente con eluyente, la placa se deja secar y debe revelarse por diversos métodos. El avance de cada componente de la mezcla es equivalente al de la cromatografía en columna y en la placa aparecen diferentes regiones diferenciadas claramente. En general, los iones metálicos forman compuestos coloridos con diferentes reveladores como la ditizona, sin embargo los compuestos orgánicos (la mayoría son blancos), deben revelarse con otras técnicas como la luz ultravioleta, por yodo, o por otros agentes reveladores.

Ver figura 4.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EL VALOR DE Rf (factor de retención)

Las condiciones a las que trabaja la cromatografía en capa fina son:

1.-El sistema de disolventes

2.-El adsorbente

3.-El grosor de la capa adsorbenteç

4.-La cantidad relativa de sustancia colocada en la mancha

Bajo un juego establecido de condiciones, un compuesto dado siempre viaja una distancia fija relativa a la del disolvente o eluyente. Esta razón de la distancia del compuesto que viaja con respecto a la que viaja el disolvente se conoce como factor de retención o Rf, mismo que se expresa como la siguiente fracción:

 

 

 

 

Distancia que se desplazó la sustancia

Rf=____________________________________

Distancia alcanzada por el disolvente

Cuando las condiciones de medición son completamente especificadas, el valor de Rf es constante para cualquier compuesto dado, y corresponde a una propiedad física de ese compuesto.

El valor de Rf puede usarse para determinar la identidad de un compuesto desconocido, pero como coincide para muchos compuestos (al igual que el punto de fusión o de ebullición), no puede ser la única evidencia que se debe tomar en cuenta para certificar la identidad de una sustancia.

En la figura 5 se ve un cálculo simple de Rf . Notar que para que la determinación sea correcta, las manchas obtenidas en la placa cromatógrafica deben ser muy definidas, pequeñas y sin "colas" .

 

CROMATOGRAFIA EN PAPEL

La cromatografía en papel se considera muchas veces muy relacionada con la cromatografía en capa fina, pero en realidad se trata más de una técnica basada en la extracción líquido-líquido que en la adsorción. El procedimiento experimental es casi igual al de la TLC, usándose papel filtro en lugar de una placa, por lo que en este caso el equilibrio de partición se establece entre dos fases líquidas (la de la humedad contenida en el papel) y el eluyente.

Una vez que se aplica la muestra con un capilar, se deja correr la cromatografía en un eluyente de polaridad adecuada de acuerdo a la sustancia que se quiera separar o identificar. A pesar de que el papel consiste prácticamente de celulosa, no es esta la que funciona como fase estacionaria en este tipo de cromatografia. Lo que funciona es el agua de la atmósfera absorbida que en un papel Whatman normal puede llegar a ser de un 22% en peso. Esta agua absorbida en el papel es con la que se establece la competencia entre fases. Para asegurar que el papel tenga la humedad suficiente y haya un corrimiento correcto, muchas cromatografías utilizan una fracción de agua mezclada con el eluyente. A medida que este sube por capilaridad por el papel, los compuestos que forman la mezcla se van repartiendo por zonas, de acuerdo a su afinidad con su fase móvil y estacionaria. Debido a que el agua es la fase estacionaria, aquellos componentes que son más solubles en agua ´aquellos que tienen mayor capacidad de formar puentes de hidrógeno, serán los que avancen más lentamente, retenidos por la molécula polar. Este tipo de cromatografía aplica principalmente para compuestos o iones altamentee polares o para aquellas sustancias orgánicas polifuncionales.

Entre los reveladores por coordinación que más se utilizan para determinar metales pesados se encuentra la ditizona. Esta molécula (de tipo orgánico) tiene un alto peso molecular y varios centros reactivos (que funcionan como bases de Lewis) muy afines a metales pesados como los que se analizaron en el laboratorio. Su estructura y funcionamiento no son necesarios para comprender que con cada ión metálico que utilizamos forma un complejo (o compuesto de coordinación) de un color distinto, mismo que se aprovecha para identificar los distintos iones en la cromatografía. Es específica para cinc y plomo, y se utiliza cuando se quiere determinar estos iones de forma cuantitativa.

 

Cuestionario:

1.-¿Qué es adsorción? ¿En cuál de las fases ocurre este fenómeno?

2.-¿En qué consiste la técnica de extracción líquido-líquido? ¿En qué se parece con la cromatografía?

3.- Realiza un cuadro comparativo en que anotes las semejanzas y las diferencias entre las tres técnicas de cromatografía descritas en este documento.

4.- ¿Hubiera sido posible calcular el Rf de los distintos iones metálicos que revelaste con ditizona? ¿Por qué?

5.- ¿Qué cambios harías en la técnica (papel, mezcla de eluyente, forma de aplicar la sustancia, aplicación del revelador, etc) que la hicieran más efectiva?

6.-¿Cuál será el uso más común para la cromatografía en placa y en papel? (cualitativo para identificación o cuantitativo para separación) Fundamenta tu respuesta.

 

Bibliografía:

Pavía et.al. Introduction to Organic Laboratory Techniques. A small scale aproach. Saunders College Publishing. USA. 1998.

 Hit Counter

 

frontpag.gif (9866 bytes)

Principal