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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
UNIDAD TICOMAN
“CIENCIAS DE LA TIERRA”
INGENIERIA GEOLOGICA
UNIDAD TEMATICA IV
TEMA: CROMATOGRAFÍA
INTEGRANTES
NAVA HORTA ANERIS NUÑES FLORES GUADALUPE ASUZENA FLORES CHAVARRIA VICTOR MANUEL PEREZ VILLARIAL DONOVAN MICHELLE
CROMATOGRAFÍA
La cromatografía es uno de los principales métodos para la separación de especies químicas estrechamente relacionadas en mezclas complejas. La cromatografía es un método físico de separación basado en la distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles, una fija o estacionaria y otra móvil.
CONCEPTOS BÁSICOSCROMATOGRAFÍA:
LA CROMATOGRAFÍA ES UNO DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS PARA LA SEPARACIÓN DE ESPECIES QUÍMICAS ESTRECHAMENTE RELACIONADAS EN MEZCLAS COMPLEJAS. LA CROMATOGRAFÍA ES UN MÉTODO FÍSICO DE SEPARACIÓN BASADO EN LA DISTRIBUCIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA ENTRE DOS FASES INMISCIBLES, UNA FIJA O ESTACIONARIA Y OTRA MÓVIL.
HPLC:
(HIGH-PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY)
CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN.
SEPARACIÓN:
UN PROCESO DE SEPARACIÓN SE USA PARA TRANSFORMAR UNA MEZCLA DE SUSTANCIAS EN DOS O MÁS PRODUCTOS DISTINTOS. LOS PRODUCTOS SEPARADOS PODRÍAN DIFERIR EN PROPIEDADES QUÍMICAS O ALGUNAS PROPIEDADES FÍSICAS, TALES COMO EL TAMAÑO O TIPO DE CRISTAL.
Mezcla:
Una mezcla es un sistema material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas.
Fase:
Se denomina fase a cada una de las zonas macroscópicas del espacio de una composición química, y sus propiedades físicas homogéneas, que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos.
Cualitativo:
El término cualitativo es un adjetivo que proviene del latín qualitatīvus. Lo cualitativo es aquello que está relacionado con la cualidad o con la calidad de algo, es decir, con el modo de ser o con las propiedades de un objeto, un individuo, una entidad, o un estado.
Capilaridad:
Propiedad de atraer un cuerpo sólido y hacer subir por sus paredes hasta cierto límite el líquido que las moja, como el agua, y de repeler y formar a su alrededor un hueco o vacío con el líquido que no las moja, como el mercurio.
Polímero:
(del griego poly: «muchos» y mero: «parte», «segmento») son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
RESINA:
Secreción orgánica que producen muchas plantas, particularmente los árboles del tipo conífera. Es muy valorada por sus propiedades químicas y sus usos asociados, como por ejemplo la producción de barnices, adhesivos y aditivos alimenticios.
Eluyente:
Relativo a la capacidad de una sustancia para limpiar o diluir.
Se usa para designar todo aquello que está fuera de lo que se considera como normal, ya sea en su aspecto o en su funcionamiento; es algo raro, no usual, en general, con connotación negativa; pudiendo responder a casos especiales pero que no alteran la esencia del objeto o sujeto, o su función (por ejemplo: este cachorrito es demasiado pequeño para su raza, es una anomalía pero su salud es excelente) como ser patológicas
PRINCIPIOS DE LA CROMATOGRAFÍA
La cromatografía es el término colectivo para un conjunto de técnicas de laboratorio para la separación de mezclas. La mezcla se disuelve en un líquido llamado la fase móvil, que la lleva a través de una estructura de sujeción otro material llamado la fase estacionaria. Los diferentes constituyentes de la mezcla de viajes a velocidades diferentes, haciendo que se separen. La separación se basa en la partición diferencial entre las fases móvil y estacionaria. Diferencias sutiles en el coeficiente de partición resultado de un compuesto en la retención diferencial sobre la fase estacionaria y cambiando de este modo la separación.
HISTORIA
Cromatografía, literalmente "escritura colores", fue empleada por primera vez por el científico ruso-italiano Mikhail Tsvet en 1900. Siguió trabajando con la cromatografía en la primera década del siglo 20, principalmente para la separación de los pigmentos vegetales como la clorofila, carotenos y xantofilas. Dado que estos componentes tienen diferentes colores que dio la técnica de su nombre. Nuevos tipos de cromatografía desarrollados durante los años 1930 y 1940 hicieron la técnica útil para muchos procesos de separación.
TIPOS DE
CROMATOGRAFIA
LAS TECNICAS CROMATOGRAFICAS PUEDEN CLASIFICARSE EN FUNCION
DEL MECANISMO DE SEPARACION DE LOS
COMPONENTES ENTRE LAS FASES, O BIEN POR LA
FORMA DE OPERACIÓN DEL SISTEMA
CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS
CROMATROGRAFIA DE ADSORCIÓN La separación depende de los equilibrios de
adsorción-desorción de los componentes de la mezcla, entre la fase estacionaria solida y la fase móvil liquida o gaseosa.
La fuerza con que es adsorbido un componente depende de la polaridad de este, de la actividad del adsorbente y de la polaridad de la fase móvil.
En general cuando mas polar es un compuesto mas fácilmente será adsorbido
Es una técnica que esta particularmente bien adaptada para la separación de compuestos de polaridad baja y media.
La separación de compuestos muy polares mediante cromatografía de adsorción requiere, debido a la gran retención que ofrecen, la utilización de adsorbentes muy poco activos, o bien, tratamientos químicos previos para la separación de la muestra (preparación de trimetilsilil derivados, etc) a fin de reducir su polaridad.
La F.E. es siempre sólida. Ejemplos: alúmina, gel de sílice, carbón activo, fosfato cálcico, hidroxiapatito...
CROMATOGRAFÍA EN PAPEL
La cromatografía en papel es un proceso muy utilizado en los laboratorios para realizar análisis cualitativos ya que pese a no ser una técnica potente no requiere de ningún tipo de equipamiento.
La fase estacionaria está constituida simplemente por una tira de papel de filtro.
La muestra se deposita en un extremo colocando pequeñas gotas de la disolución y evaporando el disolvente.
Luego el disolvente empleado como fase móvil se hace ascender por capilaridad.
La separación se realiza en función de la afinidad de los solutos con las dos fases, las más solubles en agua se quedarán cerca del punto donde se aplicó la muestra, y las menos solubles en agua y más solubles en el disolvente llegarán más lejos.
Las sustancias separadas se identifican mediante diversos procedimientos físicos o químicos.
Es una técnica utilizada para análisis inorgánico cualitativo, permite llevar a cabo la separación e identificación de iones, trabajando con cantidades mínimas de sustancia.
Pertenece al tipo de “Cromatografía de partición” se fundamenta en que las sustancias problema, pueden tener diferentes coeficientes de reparto en dos disolventes de inmiscibilidad limitada, uno permanece fijo en la superficie del papel “fase estacionaria” generalmente en agua, la fase móvil constituida generalmente por una mezcla de disolventes parcialmente miscibles en ella.
Hay varios tipos de cromatografía, la ascendente (papel hacia arriba), descendente (papel invertido), radial y de separación de zonas y sectores.
CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO
Se lleva a cabo con empaques de columna que tiene grupos funcionales cargados unidos a una matriz polimérica.
Los grupos funcionales enlazados permanentemente y asociados con contra iones de carga opuesta.
El mecanismo de retención más común es el intercambio simple de los iones de la muestra y de la fase móvil con el grupo cargado de la fase estacionaria.
En el caso de empaques cargados negativamente sirven para intercambiar especies catiónicas.
Los más comunes son los sulfónicos, los cuales son fuertemente ácidos y tiene las propiedades de los ácidos fuertes cuando está en la forma H. los empaques cargados positivamente se utilizan para el intercambio con especies aniónicas.
Los más comunes son las aminas cuaternarias, las cuales son fuertemente básicas y en su forma OH presentan las propiedades de una base fuerte. Ambos grupos funcionales están totalmente disociados. Así, sus propiedades de intercambio son independientes del pH de la fase móvil
Aplicaciones de intercambio catiónico: Los cationes inorgánicos se pueden determinar en
alimentos, tales como los alimentos dietéticos bajos en sodio, y en muestras de orina.
Aplicaciones de intercambio aniónico: Se pueden separar los ácidos HCN, carbónico,
silícico y bórico de los ácidos fosfórico, sulfúrico y clorhídrico. Los metales que forman complejos cloruro y floruro.
CROMATOGRAFIA DE EXCLUSION DE IONES O EN GEL
Es una variante de la CLAE que consiste en una columna cromatográfica empacada de tal manera que las partículas de dicho empacamiento tienen diferentes tamaños de poros o de redes de poros con el fin de que las moléculas de soluto sean retenidas o excluidas basándose en su forma y tamaño y no en el peso molecular.
Las moléculas de mayor tamaño no caben dentro de los poros y son arrastrados alrededor de la fase estacionaria, por lo que son excluidas y eluyen en el volumen de “cama de vacío” de la fase móvil.
Por el contrario, las partículas de menor tamaño eluyen hasta el final porque tiene más espacio de columna que recorrer debido a un fenómeno de difusión hacía los poros que tienen accesibles.
Las moléculas de tamaños intermedios tardan diferentes tiempos en eluir, debido a la cantidad de poros por los que puedan pasar.
Empaquetamientos de columna. Existen distintos tipos de empacamientos columna. Entre ellos están los polímeros macromoleculares semirígidos, los entrecruzados, las sílices rígidas ó las de “poro controlado”.
Los materiales semirígidos se hinchan ligeramente se debe tener cierto cuidado en su uso ya que se limitan a una presión de 300psi.
Las cuentas de poliestireno parcialmente sulfonado que tienen un tamaño usual de 5µm, son buenas para usarse con sistemas acuosos mientras los no sulfonados son compatibles con sistemas no acosos.
Disolventes. La cromatografía de exclusión requiere un solo disolvente durante el análisis en el cual se pueda disolver la muestra.
El único inconveniente que pude presentarse con los disolventes es la relación de viscosidades. Cuando la viscosidad de la muestra inyectada difiere mucho con la viscosidad de la fase móvil se pueden dar, una distorsión en los picos cromatográficos y cambios anómalos en los tiempos de retención.
CROMATOGRAFIA DE AFINIDAD
La cromatografía de afinidad separa las proteínas (analitos) en función de su especificidad de fijación de ligandos.
Los ligandos de afinidad son moléculas poliméricas que sirven de soporte porque están unidas covalentemente sobre la columna cromatográfica o matriz inerte que debe de tener una estructura de poro abierta y estabilidad en condiciones de cambio de pH, detergentes y agentes disociantes, para así, retener y adsorber específicamente a las proteínas, la fase estacionaria es sólida.
Estos ligandos se clasifican según su naturaleza química o su selectividad para la retención de analitos, esta última se clasifica en ligandos específicos (anticuerpos) y generales (como las lecitinas).
Cuando las proteínas no específicas se han lavado a través de la columna, se eluye la proteína ligada con solución que contiene ligando libre.
Después se introduce una nueva fase móvil que se desactiva, generalmente por el acoplamiento o alteración de los sitios activos inhibidor-ligando, para que esto pueda ser posible, se necesita un cambio en el pH, la fuerza iónica o la polaridad, debido a que estas condiciones modifican las características de los sitios activos, la finalidad de este proceso es hacer fluir a la proteína para continuar con la regeneración de la columna cromatográfica.
• En el primer vaso, se encuentra una mezcla de proteínas que se añaden a la columna, la cual contiene un ligando específico ligado al polímero, para la proteína de interés.
• En el segundo matraz se encuentra una solución de ligando, el cual se añade a una probeta para que eluya a la proteína de interés.
• La bureta de en medio indica que las proteínas deseadas se lavan a través de la columna.
• Los puntos rojos representan la proteína de interés,
• Los negros, el ligando
• Las bolas beige unidas a los puntos negros, representan el ligando acoplado con el polímero.
LA CROMATOGRAFÍA DE AFINIDAD TIENE LA VENTAJA DE SER ALTAMENTE SELECTIVA PARA LA RETENCIÓN DE PROTEÍNAS AFINES A
LA COLUMNA, PARA ELLO, EMPLEA SISTEMAS DE BAJA PRESIÓN, COLUMNAS CORTAS Y UN CAMPO RESTRINGIDO PARA LA
SEPARACIÓN.
CROMATOGRAFÍA DE FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
CROMATOGRAFÍA PLANA
Se realiza sobre papel u otro material sólido. Suele llamarse “en capa fina” o “en capa delgada” porque la fase estacionaria recubre un soporte plano y rígido.
CROMATOGRAFIA EN PAPEL DESCENDENTE
CORMATOGRAFIA EN PAPEL ASCENDENTE
1: aplicación de la muestra 2: se sumerge el extremo inferior en la fase móvil3 a 5: la fase móvil asciende por capilaridad y se va produciendo la separación de los componentes 6: se marca el frente de avance del disolvente y se deja secar la placa7: revelado de los componentes ya separados y medida de su avance
1. Muestra depositada sobre el lecho cromatografía
2. La muestra penetra en el lecho
3. Se añade fase móvil
4. Comienza la separación de los componentes de la muestra
7. Eluye el primer componente
9. Eluye el segundo componente
CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA
CROMATOGRAFÍA FLASH
Es un método cromatográfico, el cual nos permite separar de una manera rápida, fiable y económica; principalmente utilizada para la separación y purificación de proteínas.
La Cromatografía Flash consiste en una bomba y una columna que permita resistir alta presión para la separación puede llevarse a cabo con relativa rapidez.
El sistema incluye dos bombas de flujo continuo en la depuración de las columnas (variables por el usuario), una bomba peristáltica puede utilizarse para deposito en la columna, seguido de la radiación ultravioleta para detectar las biomoléculas en la columna, un mezclador para producir un gradiente de elusión, las válvulas de motor puede ser utilizados para ayudar en la inyección de la muestra, la selección de la columna o corriente de inversión, y un controlador con una función de integración computadorizada, en el cual se muestran los resultados de el análisis.
En farmacia la cromatografía líquida rápida de proteínas (FPLC) se utiliza para la depuración de grandes cantidades de diferentes biomoléculas (es decir, las proteínas y el ADN).
APLICACIONES.
Otra posible clasificación de las técnicas cromatrográficas, está basada en la forma de operar del sistema cromatográfico. Básicamente existen cuatro formas de operación.
•Análisis por desarrollo
•Análisis por elución
•Análisis frontal
•Análisis por desplazamiento
FORMAS DE SEPARACION
ANALISIS POR DESARROLLO
Es el método utilizado en los experimentos iniciales de cromatografía. El cromatograma se desarrolla hasta que el frente de disolvente alcanza el final del lecho estacionario, de forma que los constituyentes de la mezcla una vez separados permanecen sobre el lecho al finalizar la separación.
Ventajas:
•Es analizable la totalidad de la muestra, incluyendo compuestos de muy baja o muy alta retención.
•Se utiliza en cromatografía de papel
•y capa fina.
ANALISIS POR ELUCION
Es la técnica usada en casi todas las separaciones cromatográficas analíticas y en muchas preparativas. En ella, el paso de la fase móvil se continúa indefinidamente hasta que los componentes separados de la mezcla emergen al final del lecho cromatogáfico.
Presenta la desventaja que los compuestos con retenciones muy altas no pueden ser observados.
Se usa en la cromatografía de gases y cromatografía líquida.
ANALISIS FRONTAL
Este método está basado en la diferencia de afinidad del absorbente por cada una de las sustancias a separar. Se utiliza una pequeña columna, que es saturada sucesivamente por cada una de las sustancias a separar, emergiendo de ella el primer componente puro hasta que la columna se satura del segundo componente, momento en el que empezará a emerger este mezclado con el primero.
Su principal aplicación es como técnica preparativa para la purificación de sustancias.
ANALISIS POR DESPLAZAMIENTO
En este caso, la sustancias desplazante va incorporada dentro de la fase móvil. Este método se utiliza tanto para separaciones analíticas como preparativas, siendo muy utilizada en cromatografía de cambio iónico.
USOS DE LA CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS HPLC
Aplicaciones:
•Campos de Aplicación de HPLC
•Fármacos: Antibióticos, sedantes esteroides, analgésicos
•Bioquímica: Aminoácidos, proteínas, carbohidratos, lípidos
•Productos de alimentación: Edulcorantes artificiales, antioxidantes, aflatoxinas, aditivos
•Productos de la industria química: Aromáticos condensados, tensoactivos, propulsores, colorantes
•Contaminantes: fenoles, Pesticidas, herbicidas, PCB
•Química forense: Drogas, venenos, alcohol en sangre, narcóticos
•Medicina clínica: Ácidos biliares, metabolitos de drogas, extractos de orina, estrógenos.
•Algunas aplicaciones importantes de la HPLC preparativa
•Separación y purificación de metabolitos
•Separación y purificación de los metabolitos de las drogas procedentes de muestras de orina
•Purificación y separación de enantiómeros
•Purificación de compuestos naturales
•Purificación y caracterización de enzimas y proteínas
USOS DE LA CROMATOGRAFÍA DE GASES
Aplicaciones:
•Medioambientales: Análisis de pesticidas y herbicidas, análisis de hidrocarburos, semivolátiles y volátiles, análisis del aire...
•Alimentos y aromas: fragancias y aromas, aceites, bebidas, ácidos orgánicos, azúcares, FAMES, ésteres metílicos, triglicéridos, alcoholes.
•Química Industrial: alcoholes, ácidos orgánicos, aminas,aldehídos y cetonas, ésteres y glicoles, hidrocarburos, disolventes, anilinas, gases inorgánicos.
•Biociencia: drogas, fármacos, alcoholes y contaminantes en sangre, disolventes residuales.
•Derivadas del petróleo: gas natural, gases permanentes, gas derefinería, gasolinas, gasóleos, parafinas.
USOS DE LA CROMATOGRAFÍA IÓNICA
En las últimas décadas, la cromatografía iónica se ha convertido en uno de los métodos más importantes para el análisis de trazas de aniones y cationes. Técnica absolutamente imprescindible en el análisis de aguas y medio ambiente.
Aplicaciones:
•Aguas de consumo
•Aguas minerales
•Bebidas
•Productos cárnicos
•Productos vegetales
•Alimentación infantil
