Comienzos Desarrollada por Mikhail Tswett en 1906 con

Comienzos Desarrollada por Mikhail Tswett, en 1906 con el fin de separar los colorantes que componen a las plantas.

Comienzos Consistía en una columna de vidrio rellena de Ca. CO 3 a la cuál se le colocaba la muestra en la parte superior y se le circulaba éter de etilo, logrando que las sustancias más afines al solvente salieran de la columna más rápidamente que las menos afines.

Definición • La cromatografía es una técnica que permite separar los diferentes componentes de una mezcla compleja. • La separación se logra por diferencias en la movilidad relativa de los solutos, lo cual se logra por las distintas interacciones físicas y químicas entre los componentes de la cromatografía.

Componentes básicos de una cromatografía – Fase estacionaria – Fase móvil – Soluto o muestra

Clasificación Se aplican varios criterios • De acuerdo al soporte • Al tipo de equilibrio que se establece en la separación • Al estado de agregación de la fase móvil

Según el soporte Cromatografías Planas Ventajas • Sencillas • Rápidas • Bajo costo

Cromatografías Planas Desventajas • Solo con fines analíticos • Poca eficiencia en la separación • No se adapta a sistemas automatizados

Según el soporte Cromatografías en columna Ventajas • • • Mas versátiles Se adaptan a sistemas automatizados Mayor resolución Mayor capacidad de carga Posibilidad de escalado a nivel productivo

Cromatografías en columna Desventajas – Necesidad de equipamiento – Alto costo inicial – Requiere personal capacitado

Según el tipo de equilibrio Método especifico Fase estacionaria Tipo de equilibrio Líquido – líquido Líquido adsorbido sobre un sólido Distribución entre líquidos inmiscibles Líquido - sólido Sólido Adsorción Resinas de Intercambio iónico Gel Exclusión Sólidos/gel Afinidad

Clasificación según equilibrio • Cromatografía de reparto: El soluto está en equilibrio entre el líquido de la fase móvil y el de la fase estacionaria por diferencias de solubilidades. • Cromatografía de adsorción: Fenómeno superficial en el cual las partículas del soluto son adsorbidas por la fase estacionaria.

Clasificación según equilibrio • Cromatografía de intercambio iónico: Los iones del soluto son retenidos por los grupos funcionales que se encuentran en la fase estacionaria. • Cromatografía de exclusión molecular: No hay equilibrio de separación. Se separan por el tamaño partículas. • Cromatografía de afinidad: reacción inmunológica donde el soluto es el antígeno y los anticuerpos se encuentran adsorbidos en la fase estacionaria.

PARAMETROS A CONSIDERAR EN CROMATOGRAFIA

Algunos conceptos previos CROMATOGRAMA Tiempo de retención= tiempo que transcurre desde la inyección de la muestra hasta que el soluto alcanza el detector( a veces esta magnitud se mide en volumen de elución) Tiempo muerto= es el tiempo necesario para que una especie que no se retiene en la fase estacionaria alcance el detector Ancho del pico en la base= es el tiempo transcurrido desde que el soluto alcanza el detector hasta que lo abandona

Algunos conceptos previos Factor de retraso (Rf)= factor que se obtiene experimentalmente y me permite establecer la distancia recorrida por un soluto en relación a la fase móvil. Aplica en las cromatografías PLANAS Rf= Distancia recorrida por la muestra Distancia recorrida por el solvente

Ejemplo 1 Se realizo un cromatografía en capa delgada para determinar la presencia de rojo cobalto en una muestra de pigmentos textiles. Para tal caso se corrió junto con las muestras un patrón de colorantes que contenía la muestra problema. Una vez terminada la cromatografía se midió la distancia recorrida por el solvente arrojando un valor de 8, 6 cm; la muestra presento una distancia recorrida de 5, 6 cm y 7, 4 cm mientras que el patrón presento medidas de 2. 9 cm, 5, 7 cm y 6, 8 cm. ¿cual es el valor de Rf de las muestras y el patrón de colorantes? ¿se encuentra el colorante en cuestión en la muestra? Patrones Rf= d muestra/d solvente 2. 9/8. 6=0. 33 5. 7/8. 6=0. 66 6. 8/8. 6=0. 79 Muestras Rf= d muestra/d solvente 5, 6/8, 6=0. 65 7, 4/8, 6=0. 86

Constante de distribución(Kc)= Valor teórico que relaciona la concentración de un soluto entre la fase móvil y la fase estacionaria. Kc=Cs Cm Concentración molar del analito en la fase móvil Concentración molar del analito en la fase estacionaria

Factor de retención (k) = factor que se puede determinar experimentalmente y permite comparar la velocidad de migración de los diferentes solutos. k= Tr – Tm Tm IMPORTANTE: k <<<<< a 1 soluto muy poco retenido k entre 1 y 5 valor ideal k 20 o mayor cromatografías muy largas

Factor de selectividad (α)= relaciona los tiempos de retención de dos solutos y por lo tanto me permite saber la eficacia de la columna para separarlos. α = (Trb) –Tm = Valor siempre > 1 (Tra)-Tm IMPORTANTE= ESTE FACTOR NO TOMA EN CUENTA EL ANCHO DE PICO

Poder de separación de las columnas Concepto de Plato Teórico (N) Altura del plato (HEPT) H= L N Altura de la fase estacionaria

Ejemplo 2 Cual será el número de platos teóricos y la altura equivalente de un plato para una columna de 30 cm si el cromatograma para la determinación de dichos parámetros mostró los siguientes resultados: Tr=22, 3 N=16(Tr/W)2 W=1. 12 N=16 x(22. 3/1. 12)2=6342 HEPT=L/N=30/6342 H=0. 004 cm

ASIMETRIA =As As=b/a Ideal=1 Aceptable=0. 8 a 1. 3

RESOLUCION = R

RESOLUCION (R)

Ejemplo 3 Determinar la resolución de una columna que presenta los siguientes valores de corrida: Tr. A=16. 40 WA=1. 11 Tr B= 17. 63 WB= 1. 21 Rs= 2 x 17, 63 -16. 40 1. 11 + 1. 21 Rs=1. 10

Índice de polaridad Magnitud que permite cuantificar la polaridad relativa de una mezcla de solventes que componen la fase móvil IPAB =(vol. relativo de A x IP de A) + (vol. relativo de B x IP de B)

Índice de polaridad • El valor de IP de cada solvente lo obtengo de tabla. • Es conveniente trabajar, como mínimo, con dos solventes de polaridad diferente. • Es un parámetro a considerar cuando necesito aumentar la resolución, por ejemplo, en una cromatografía de adsorción.

Elución por gradiente

Índice de polaridad

Factores que afectan la eficiencia de la cromatografía

Difusión longitudinal Efecto de trayectorias múltiples

Difusión • Tamaño de partícula de la fase estacionaria • Sobrecarga del sistema • Uniformidad del sistema

Algunas técnicas de optimización • REDUCIR LA ALTURA DE PLATO • MODIFICAR LA FASE MOVIL • AUMENTAR LA VELOCIDAD DE FLUJO • AUMENTAR EL DIAMETRO DE LA COLUMNA

HPLC El HPLC (High Performance Liquid Chromatography) o CLAR (Cromatografía Líquida de Alta Resolución) es el método más moderno para realización de cromatografías.

Aplicaciones del HPLC • Para pesos moleculares mayores a 10000 se utilizan cromatografías de permeación por geles y cromatografía de fase reversa. • Para pesos moleculares menores a 10000 y especies iónicas se utiliza Cromatografía por Intercambio Iónico. • Para especies no iónicas, polares y pequeñas se utiliza la cromatografía por partición o reparto. • Para especies no polares e isómeros estructurales, hidrocarburos alifáticos y alcoholes alifáticos se utiliza la cromatografía por adsorción o líquido sólido.

Por qué utilizar HPLC • El HPLC es un método caro para el análisis de muestras, pero por otra parte es sumamente efectivo. • Optimiza cientos de veces la velocidad de la cromatografía en columna. • Es altamente reproducible (siempre que utilicen las mismos condiciones de corrida se obtendrán los mismos resultados).

Por qué utilizar HPLC • Tiene una alta sensibilidad: en la cromatografía en columna de vidrio se utilizaban grandes cantidades de solvente, lo que diluía la muestra, disminuyendo la sensibilidad del método. • Excelente para la cuantificación debido a los detectores on-line que utiliza.

Fase móvil El tipo y la composición de la fase móvil (eluyente) son variables que influyen en la separación. Las propiedades comunes a los diversos disolventes que se emplean son:

Fase móvil • • • Alta pureza (del orden de 99, 999%). Compatibilidad con el detector. Solubilidad de la muestra. Baja viscosidad. Inercia química. Precio razonable

Instrumentación

Instrumentación • • • Son 8 componentes básicos: Reservorios de la fase móvil. Sistema de suministro de solvente. Elemento para introducir la muestra. Columna. Detector. Reservorio de residuos. Tuberías de conexión. Integrador o computadora.

Reservorios de fase móvil • Recipientes de materiales inertes (vidrio o acero inoxidable) de entre 200 ml y 1000 ml. • Equipados generalmente con un degasificador para que no ingresen burbujas al sistema. • También cuentan por lo general con un filtro en la salida para el equipo.

Fase móvil En la cromatografía se pueden usar eluciones con un solo solvente (elución ISOCRATICA) o con diferentes solventes que varían sus concentraciones con el tiempo (elución en GRADIENTE). Esta segunda forma de suministrar solvente suele generar mejores separaciones. Para poder realizar una elución en gradiente es necesario contar con una computadora para programar la variación de solventes en función del tiempo de corrida.

Fase móvil Las propiedades de los eluyentes que se pueden variar para producir elución en gradiente son: • Fuerza iónica. • p. H. • Constante dieléctrica.

Bombas • Sistema de suministro de disolvente. • Debe asegurar un suministro de caudal libre de pulsos, constante, reproducible y preciso. • Si se provocan pulsos en los flujos, estos son indeseables pues: • Causan problemas a la hora de la detección. • Impiden un buen análisis cuantitativo. • Conducen a una temprana falla de la columna.

Bombas Existen actualmente 3 tipos de bombas para los equipos de HPLC: • Reciprocantes o a pistón. • Tipo jeringa o de desplazamiento. • Neumática o de presión constante.

Bomba de pistón • Se usan en el 90 % de los equipos y consisten generalmente en una cámara pequeña (35 μL a 400 μL), en la que el disolvente se bombea hacia delante y hacia atrás mediante un pistón movido por un motor. • Dos válvulas que se abren y cierran alternadamente, controlan el flujo del disolvente hacia adentro y fuera de un cilindro.

Bombas de pistón En el movimiento hacia atrás, el pistón aspira el eluyente desde el reservorio y debido a las válvulas de chequeo se cierra la salida a la cámara de separación. Durante el avance, el eluyente es empujado dentro de la columna y la entrada del reservorio se cierra. El movimiento de bombeo del pistón produce un flujo de pulsos que requiere atenuación. Estas bombas generan una alta presión de salida con caudales constantes y la posibilidad de usar la elución por gradiente.

Bomba de pistón

Muestras Antes de inyectar la muestra en el equipo, hay que tenerla en estado líquido o en solución, y tener en claro que sea compatible tanto con la fase móvil como con la fase estacionaria. Se pueden inyectar cantidades que varían entre 1 μl a 100 μl; generalmente se inyectan entre 5 μl y 10 μl. Las cantidades inyectadas varían dependiendo de la sensibilidad y el rango dinámico del detector.

Muestras El tiempo de análisis puede variar entre 5 min y 2 hs dependiendo del tiempo de preparación de la muestra, entre otras cosas. La preparación de cada muestra es totalmente diferente, y puede consistir en una hiperfiltración, dilución, preconcentración, extracción, etc.

Precolumnas Se colocan antes de la columna analítica para incrementar su vida, eliminando el material particulado y los contaminantes del solvente. Además, sirven para saturar la fase móvil con la fase estacionaria de manera de minimizar las pérdidas del solvente de la columna analítica.

Precolumnas La composición del relleno de la columna de guardia debe ser similar a la de la columna analítica, pero el tamaño de partículas es generalmente más grande Cuando se contamina, se rellena nuevamente o se descarta y reemplaza por una nueva delmismo tipo.

Columnas Se construyen de acero inoxidable, plástico, aunque a veces hay de vidrio. En el caso de ser de vidrio (menos común), la presión máxima de trabajo es 600 psi. Los precios de la columnas rellenas varían de 200 a 500 dólares.

Columnas analíticas La mayoría de la columnas tiene entre 10 cm y 30 cm. Normalmente son rectas y pueden tener largos adicionales como acoples de una o más columnas. El diámetro interior está comprendido entre 4 mm y 10 mm. Los tamaños de partícula del relleno más comunes son 3 μm, 5 μm ó 10 μm.

Columnas analíticas Las columnas más comunes miden 25 cm de largo, 4, 6 mm de diámetro interior y con relleno de partículas de 5 μm, tienen entre 40 000 platos/m y 60 000 platos/m. Se han producido columnas aún más pequeñas, con largos de 3 cm a 7, 5 cm. Pueden tener hasta 100 000 platos/m, con mucha velocidad y consumo mínimo de solvente.

Rellenos de columnas Existen dos tipos de relleno en las columnas de cromatografía: • Pelicular. • Partícula porosa.

Relleno pelicular Consiste de bolillas esféricas, no porosas, de vidrio o polímero, con diámetros típicos de 30 a 40 μm. Se deposita una delgada capa porosa de sílice, alúmina, una resina sintética de poliestireno – divinil benceno o una resina de intercambio iónico, sobre la superficie de estas bolillas.

Relleno pelicular Para algunas aplicaciones, se aplica un recubrimiento adicional, que consiste de una fase estacionaria líquida que se mantiene adsorbida. Pueden también ser tratadas químicamente para dar una capa de superficie orgánica. Se emplean más para las precolumnas y no tanto para las columnas analíticas.

Relleno poroso Consiste de micropartículas porosas que tienen diámetros entre 3 μm a 10 μm. Las partículas son comunmente de sílice, pero también pueden ser de alúmina, una resina sintética de poliestiereno – divinil benceno o una resina de intercambio iónico.

Relleno poroso Se preparan las partículas de sílice aglomerando sub-micropartículas de sílice bajo condiciones que conducen a partículas más grandes que tiene diámetros muy uniformes. Las partículas resultantes se recubren a menudo con películas orgánicas delgadas, que son unidas química o físicamente a la superficie.

Detectores El rol más importante del detector de HPLC es monitorear los solutos a medida que eluyen. Genera una señal eléctrica, proporcional al nivel de alguna propiedad de la fase móvil o de solutos.

Detectores Las características necesarias de un buen detector de HPLC son: • Sensibilidad. • Linealidad. • Confiabilidad. • Fácil de usar. • Bajo volumen muerto.

Detectores Existen dos grandes grupos de detectores: • De propiedades masivas, moduladas por la presencia de solutos, como por ejemplo, el índice de refracción o la densidad de la fase móvil. • De propiedades del soluto, como por ejemplo absorbancia de radiación UV, fluorescencia o corriente de difusión. Estos son más sensibles que los primeros en el orden de 1000 veces o más.

Detector de absorbancia al UV • Es utilizado en más del 70 % de los equipos HPLC. • La señal es proporcional a la concentración del soluto. • Se detectan alquenos, compuestos aromáticos y aquéllos que tienen uniones múltiples de C, O, N, y S. • La fase móvil no debe interferir en la detección.

Detector de absorbancia al UV Se mide la absorbancia de los eluyentes de una columna y para minimizar el ensanchamiento de banda, se mantiene el volumen lo más pequeño posible, entre 1μl y 10μl y largos de celda entre 2 mm y 10 mm. Están restringidos a presiones debajo de 600 psi, por lo que se requiere un reductor de presión.

Solventes en el UV

Otros detectores • De conductividad: es un detector universal de iones, pero no sirve para elución en gradiente. • Electroquímicos: miden la corriente electrica asociada a la oxidación o reducción de los solutos a la salida de la columna, y son especialmente sensibles, pero no sirven para elución en gradiente.

Columnas mas utilizadas en HPLC Cromatografía de reparto • Es la más utilizada, y se la puede subdividir en líquido - líquido y de fase unida según como se une la fase estacionaria a las partículas de relleno. • En la líquido – líquido, la fase estacionaria es mantenida sobre la superficie de las partículas del relleno por adsorción física. • En la fase unida, se une químicamente a las partículas del soporte.

Cromatografía de reparto • La más antigua es la de equilibrio líquido – líquido pero actualmente es mas utilizada la de fase enlazada. • La desventaja más importante de la líquido – líquido es la pérdida de fase estacionaria por disolución en la fase móvil, lo que requiere recubrimientos periódicos del soporte

Fase normal y reversa Dentro de este equilibrio se trabaja con dos tipos de fases estacionarias: Fase Normal: el componente principal de la fase estacionaria es muy polar(ej. silice) y la fase móvil es poco o medianamente polar. • Bajo estas condiciones los compuestos poco polares eluyen primero, no bstante pueden cambiarse las condiciones variando el IP del solvente

Fase normal y reversa • Actualmente en desuso ya que ciertos solventes modifican de a poco la fase estacionaria, perdiendo reprudicibilidad

Fase normal y reversa • Fase Reversa: La fase estacionaria es poco polar, normalmente silica tratada (siloxano) con R de C 8 H 17 (C-8 o n-octil) a C 18 H 37 carbonos (C-18 o n-octildecil)

Fase normal y reversa • La fase móvil es polar • En estas condiciones los compuestos menos polares son mas retenidos eluyendo primero los mas polares junto con la fase móvil • Son actualmente las mas utilizadas y su vida media es mayor a las de fase normal.