Una mezcla de colores
A principios de la década de 1900, un botánico ruso llamado Mikhail Tswett se interesó por los compuestos químicos individuales de las plantas. Señaló que la mezcla de extractos de material vegetal molidos con diferentes disolventes producía soluciones de diferentes colores. Uno de sus experimentos consistió en verter un extracto de planta a través de un tubo de vidrio lleno de carbonato de calcio en polvo. A medida que el líquido atravesaba el polvo sólido, aparecían bandas de color; estos fueron los compuestos individuales, separados entre sí por la interacción del sólido (que permaneció fijo en el tubo) y el extracto líquido (que fluyó a través del tubo y salió por el otro extremo). Tswett había inventado la cromatografía , una palabra que derivó de las palabras griegas para color (croma) y escritura (graphe).
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Desde entonces, la cromatografía se ha convertido en la piedra angular de la ciencia de la separación , esa rama de la química dedicada a separar compuestos de mezclas. Hay dos categorías principales de cromatografía: preparativa y analítica.
El trabajo analítico (que puede usarse en un laboratorio ambiental para buscar contaminantes) utiliza muestras de pequeño tamaño y el objetivo es separar los compuestos para identificarlos. El trabajo preparativo (que puede usarse en la industria farmacéutica) utiliza grandes cantidades de muestras y recolecta la salida a granel, y el objetivo de la cromatografía aquí es eliminar las impurezas de un producto comercial.
Fundamentos de la cromatografía
En cualquier técnica cromatográfica, una fase estacionaria suele ser un recubrimiento sólido, líquido espeso o adherido que permanece fijo en un lugar, y una fase móvil o eluyente (generalmente un líquido o gas) que se mueve a través de él o a través de él.
Una muestra a separar, cuando se coloca en la fase estacionaria, se moverá gradualmente en la misma dirección que la fase móvil. Si un compuesto de muestra (o analito ) no tiene interacción con la fase estacionaria, pasará directamente y saldrá del sistema ( eluirá ) a la misma velocidad que la fase móvil. Por otro lado, si un analito no tiene interacción con la fase móvil, se adherirá directamente a la fase estacionaria y nunca eluirá. Ninguno de estos son buenos resultados.
En un proceso de cromatografía bien diseñado, el químico elegirá las fases estacionaria y móvil que tendrán al menos alguna interacción con los analitos. Cualquier molécula de muestra individual interactuará primero con una fase y luego con la otra, una y otra vez repetidamente, pero la fracción de cada analito en general en cada fase permanecerá constante. Esta relación de distribución entre las fases seleccionadas debe diferir para cada analito para que se separen. (Los compuestos no se separarán cromatográficamente si tienen la misma relación de distribución en un sistema en particular).
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Los analitos con mayor atracción por la fase estacionaria seguirán fluyendo por el sistema porque pasan parte de su tiempo moviéndose en la fase móvil, pero tenderán a quedarse atrás de aquellos analitos que tienen una mayor interacción con y, por lo tanto, pasan más tiempo en la fase móvil. Gradualmente, a medida que avanzan a través del sistema, los analitos se separan entre sí (generalmente en orden de su relación de distribución) y pueden capturarse o al menos detectarse en forma relativamente pura a medida que eluyen.
La separación es solo la primera parte de la cromatografía. En el experimento original de Tswett, pudo ver dónde estaban los diversos compuestos por color. Sin embargo, la mayoría de los productos químicos son incoloros, por lo que debe haber un detector para notar cuándo eluyen los compuestos.
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Si bien existen varios tipos de detectores, su salida suele ser un gráfico con picos correspondientes a los diversos compuestos (un cromatograma ). La cantidad de tiempo que un analito determinado permanece en la columna es su tiempo de retención y el área debajo de su pico es proporcional a su concentración, por lo que el químico puede calcular la cantidad de un analito presente en relación con los otros compuestos.
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Una cosa que la cromatografía por sí sola no puede hacer es identificar la estructura molecular de los compuestos de muestra; puede separarlos unos de otros y detectarlos, pero no dice cuáles son. Se necesitarían otros tipos de trabajo analítico para la identificación.
Tipos de cromatografía
Hay cientos de combinaciones de fase estacionaria, fase móvil y detector de amplio uso en las industrias química, médica y biotecnológica, pero podemos identificar cinco tipos principales.
La cromatografía de capa fina , o TLC , utiliza una placa plana recubierta con una fase estacionaria en lugar de una columna empaquetada. Un borde de la placa se sumerge en la fase móvil, que se mueve hacia arriba a través del material sólido, transportando y separando los analitos. Los analitos incoloros se pueden rociar con una sustancia química que los colorea, para que el químico pueda ver el resultado. La TLC suele ser preliminar a un análisis más profundo; sin embargo, es rápido y requiere muy poco equipo.
Cromatografía de gases o GC en la que la fase móvil es un gas inerte, generalmente helio, que simplemente transporta cualquier molécula en estado gaseoso. Un sistema de GC tiene un horno para calentar la columna, por lo que funciona mejor con muestras que se evaporan fácilmente y no se descomponen a altas temperaturas. La fase estacionaria es un sólido finamente dividido (a menudo recubierto) empaquetado en una columna enrollada. Los analitos interactúan directamente con la superficie sólida ( cromatografía de adsorción ) o con el revestimiento de la superficie ( cromatografía de partición ). Una variante popular de la columna empaquetada es la columna capilar, un tubo muy largo, enrollado, abierto, de calibre estrecho con un revestimiento en las paredes interiores. Las columnas capilares son particularmente eficientes para separar analitos con estructuras químicas similares.
Cromatografía líquida que tiene varias abreviaturas, la más común es HPLC , para cromatografía líquida de alta resolución, la fase móvil es un líquido en lugar de un gas, a menudo agua o un compuesto orgánico simple, bombeado a través de la fase estacionaria en una columna bajo presión. Mejor para compuestos sensibles a la temperatura y aquellos que no se evaporan fácilmente, los analitos pueden sufrir interacciones de adsorción o de tipo partición como en la cromatografía de gases. La HPLC se utiliza ampliamente en la industria de la biotecnología para separar materiales biológicos como segmentos de ADN.
La cromatografía de exclusión por tamaño o SEC es un poco diferente de GC o HPLC. En lugar de que los analitos interactúen directamente con superficies o revestimientos, los analitos se ralentizan a través de la columna al quedar atrapados en los poros de la fase estacionaria. Es más probable que las partículas más pequeñas queden atrapadas, por lo que las partículas más grandes se separan y eluyen primero (de ahí la exclusión del tamaño del nombre) mientras que las más pequeñas se quedan atrás. SEC se utiliza a menudo para la separación de moléculas muy grandes como proteínas y los polímeros que se utilizan para fabricar plásticos.
La cromatografía de afinidad se utiliza ampliamente en la industria de la biotecnología, la cromatografía de afinidad puede purificar y concentrar especies específicas, como enzimas, proteínas o ácidos nucleicos. El químico aplica la muestra a la columna y el analito deseado se adhiere a la fase estacionaria. Después de lavar las impurezas, una fase móvil diferente se separa y eluye el analito.
Resumen de la lección
La cromatografía es una técnica de separación versátil ampliamente utilizada para obtener compuestos puros a partir de mezclas. Todas las técnicas cromatográficas dependen de una fase estacionaria , generalmente un sólido finamente dividido o un sólido recubierto, por la que se mueve una fase móvil , generalmente un gas o un líquido. Cada analito de un sistema tendrá una relación de distribución particular entre las dos fases y, a medida que avancen, se separarán. Un detector puede medir tanto la concentración como el tiempo de retención de los analitos a medida que eluyen o salen del sistema. Los cinco tipos principales de cromatografía incluyencromatografía en capa fina, cromatografía de gases, cromatografía líquida de alta resolución, cromatografía de exclusión por tamaño y cromatografía de afinidad .
Cosas para recordar
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- Cromatografía : La cromatografía es una técnica de separación que se utiliza para obtener compuestos puros a partir de diferentes mezclas.
- Fase estacionaria : una muestra que necesita separación se moverá a lo largo de una fase estacionaria que generalmente es un sólido, líquido espeso o un recubrimiento adherido que permanece contenido en el mismo lugar.
- Fase móvil / Eleunt : Con una fase móvil, un gas o líquido pasa a través de la muestra.
- Analito : un compuesto de muestra es un analito.
- Relación de distribución : cuando un analito pasa por las dos fases, la separación tendrá una determinada relación de distribución.
- Detector : Es necesario un detector para medir la concentración y el tiempo de retención de los analitos que salen del sistema.
Los resultados del aprendizaje
Esta lección sobre cromatografía debería prepararle para hacer con seguridad lo siguiente:
- Cuenta la historia de la cromatografía
- Escriba la definición de cromatografía y enumere las principales fases utilizadas para las pruebas de separación.
- Especificar los cinco tipos principales de cromatografía.
Continua con:
- Cromatografía de capa fina: Fundamento, fases y ejemplos ¿Qué es la TLC en química?
- Cromatografía en papel: Métodos y usos
- Cromatografía de adsorción: aplicaciones y tipos
- Cromatografía de adsorción: definición y ejemplo
- Plan de lección de cromatografía
- Cromatografía de gases y espectrometría de masas
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