TÉCNICAS DE SEPARACIÓN

Presentación del tema: "TÉCNICAS DE SEPARACIÓN"— Transcripción de la presentación:

1 TÉCNICAS DE SEPARACIÓN
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 TEMA 15 TÉCNICAS DE SEPARACIÓN En general, los métodos de análisis químico son, en los casos más favorables, selectivos; pocos, si es que los hay, son verdaderamente específicos. En consecuencia, la separación del analito de las posibles interferencias es a menudo una etapa de vital importancia en los procedimientos analíticos.

2 CONTENIDOS Conceptos fundamentales
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 CONTENIDOS Conceptos fundamentales Fundamento de algunas técnicas de separación: destilación, precipitación, extracción y cromatografía Clasificaciones de las técnicas de separación

3 Determinación individual de una especie química
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 1. Conceptos fundamentales Determinación individual de una especie química ALIMENTOS: Matrices muy complejas ETAPA DE SEPARACIÓN EN EL MÉTODO DE ANÁLISIS ¿Qué es una separación? 1 A + B A, B 2 A + A, B 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES De forma general, las muestras bajo estudio en el campo del análisis de alimentos son complejas y contienen normalmente especies de características semejantes que, en muchas ocasiones, son interferentes en las determinaciones individuales. Por ello, es muy común que resulte necesaria la inclusión en el proceso analítico de una etapa previa de separación, con el fin de eliminar las especies interferentes o aislar el analito. En este sentido, se puede definir una separación como una operación consistente en la división de una mezcla en, al menos, dos partes de composición diferente. Véase en la diapositiva la mezcla (A,B): las tres separaciones propuestas (numeradas como 1, 2 y 3) cumplen con la definición de separación, pues en todos los casos al menos una de las partes tiene composición diferente a la de la mezcla inicial. Incluso en el ejemplo donde A y B se hallan, antes de llevar a cabo el método de separación, a una concentración inicial C0, y dichas concentraciones varían en las partes producidas tras la separación, podemos decir que se cumple la definición de separación ya que, la composición de las dos partes obtenidas tras la separación es diferente en cuanto a que las concentraciones de las especies no son iguales, C1≠C2. En este caso, se ha llevado a cabo una preconcentración de los especies químicas A y B. 3 B + A, B C2>C0>C1 A(C0), B(C0) A(C1), B(C1) A(C2), B(C2) +

4 una alícuota de vino en pentano.
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 1. Conceptos fundamentales Proceso físico siempre TÉCNICA DE SEPARACIÓN a veces Proceso químico Ej: Extracción líquido-líquido para extraer el pentaclorofenol contenido en una alícuota de vino en pentano. 1º: Proceso químico: reacción de derivatización C6Cl5-OH + (CH3-CO)2O → C6Cl5-O-CO-CH3 + CH3-COOH 2º: Proceso físico: transferencia del producto derivado a la fase orgánica Es importante tener en cuenta que la aplicación de cualquier técnica de separación siempre implica un proceso físico y en ocasiones también un proceso químico. Supongamos que se pretende conocer el contenido de pentaclorofenol (PCP) en una muestra de vino, y el método de análisis seleccionado para ello implica la extracción de dicho compuesto en el disolvente orgánico pentano, empleando como técnica de separación la extracción líquido-líquido (LLE). Si ponemos en contacto la fase acuosa (vino) con la fase orgánica (pentano), teniendo en cuenta el carácter polar del PCP, la eficiencia de extracción será muy baja. Para mejorar la extracción, se somete el analito a una reacción química con anhidrido acético (como se muestra en la diapositiva), el derivado formado presenta una carácter mucho menos polar que el PCP y por tanto tendrá más afinidad hacia la fase orgánica. Por consiguiente, un proceso químico (reacción de derivatización) y un proceso físico (transferencia de materia de una fase a otra) han sido implicados en la separación. En el caso de que el analito hubiese tenido una alto carácter apolar, el proceso químico hubiese sido omitido. Nos referiremos siempre a la fase en la que se encuentra el analito antes de llevar a cabo el proceso de separación como «fase inicial», mientras que llamaremos «segunda fase» a la fase a la que pasa el analito tras el proceso de separación. Si el método de separación se aplica para la eliminación de interferencias, en ese caso la «segunda fase» será aquella a la que éstas son transferidas tras la separación. Segunda fase: pentano (menos densa que la fase inicial) Fase inicial: alícuota de muestra Fig.1

5 ¿Cuándo es necesario aplicar una técnica de separación?
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 1. Conceptos fundamentales ¿Cuándo es necesario aplicar una técnica de separación? Incremento de la concentración del analito Eliminación de interferencias e incremento de la concentración del analito Eliminación de interferencias En análisis químico siempre se busca la aplicación de procedimientos que incluyan el mínimo número de etapas, pues de esa forma se evitarán pérdidas de analito o contaminaciones, a la vez que el proceso global será más rápido y sencillo. Sin embargo, en no pocas ocasiones es necesaria la inclusión de una técnica de separación en el procedimiento analítico global. Concretamente esto es así cuando se presenta alguna de las siguientes situaciones: Cuando es necesario eliminar interferencias de la matriz de la muestra. Se busca por tanto incrementar la selectividad del método. Cuando la concentración del analito en la muestra es muy baja, es posible que la aplicación directa del método analítico no origine señal; en este caso, el método de separación se aplica para incrementar la sensibilidad del método. Cuando las dos situaciones anteriores se dan simultáneamente; es decir, tanto la selectividad como la sensibilidad del método han de ser mejoradas. Incremento de la selectividad Incremento de la sensibilidad Incremento de la selectividad y la sensibilidad

6 ● SEPARACIONES POR DESTILACIÓN
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● SEPARACIONES POR DESTILACIÓN APLICACIÓN PRINCIPAL Compuestos orgánicos Termómetro Fase inicial Cabeza de destilación Refrigerante Destilado Condensador Columna de fraccionamiento Si sus Tebullición difieren entre 60 y 80 ºC Si sus Tebullición difieren entre 30 y 60 ºC 2. Fundamento de algunas técnicas de separación En este apartado se pretende detallar el fundamento de algunas de las principales técnicas de separación aplicadas al análisis de alimentos. Separaciones por destilación. Se trata de unos de los métodos de separación más antiguos que se conocen. Se utilizan ampliamente en el análisis de mezclas, sobre todo de compuestos orgánicos, porque éstos poseen presiones de vapor más elevadas que los compuestos inorgánicos. En la destilación, los diferentes componentes de una mezcla se separan mediante vaporización y condensación, gracias a sus diferentes temperaturas de ebullición. En la destilación simple o sencilla los vapores formados son conducidos hacia un condensador, donde vuelven al estado líquido dando lugar a lo que se llama destilado. La composición del destilado es igual a la de los vapores a la presión y temperatura a la que se ha llevado a cabo el proceso. Mediante este tipo de destilación se pueden separar sustancias cuyas temperaturas de ebullición difieran entre 60 y 80 grados centígrados. Cuando se requiere separar sustancias cuyos puntos de ebullición difieren entre 30 y 60 grados Celsius, se recurre a la destilación fraccionada, siendo la principal diferencia con respecto a la destilación simple el uso de una columna de fraccionamiento, que permite un contacto mayor entre los vapores ascendentes y el líquido condensado descendente. Ese contacto produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. DESTILACIÓN SIMPLE DESTILACIÓN FRACCIONADA Fig.1

7 Compuestos inorgánicos
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● SEPARACIONES POR PRECIPITACIÓN APLICACIÓN PRINCIPAL Compuestos inorgánicos Reactivos inorgánicos Reactivos orgánicos: Mayor selectividad ● SEPARACIONES POR EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO Coeficiente de reparto Separaciones por precipitación. Muchos iones inorgánicos se pueden separar por reacción con un compuesto orgánico o inorgánico que de lugar a su precipitación. Generalmente se utilizan reactivos orgánicos, que muchas veces son altamente selectivos y pueden emplearse tanto para la separación como para la determinación de los iones con los que precipitan ya que dan factores gravimétricos favorables. Separaciones por extracción líquido-líquido. Se trata de un proceso de transferencia de una o varias sustancias desde una fase líquida a otra también líquida, inmiscible con la primera. En el esquema de la diapositiva se nombra como S a la especie a separar. Una vez llevada a cabo la extracción, las dos fases líquidas se separan de forma mecánica. La constante de equilibrio de este proceso recibe el nombre de coeficiente de reparto y es igual a la relación entre las concentraciones de soluto entre las dos fases. En este proceso puede conseguirse también la concentración del soluto si se emplea un pequeño volumen de disolvente orgánico, proceso muy importante en la determinación de trazas de elementos metálicos. Cuando el proceso tiene lugar entre un sólido y un líquido, se denomina al proceso lixiviación o disolución selectiva. S (en la fase 1) ↔ S (en la fase 2) Fase líquida 2 Fase líquida 1 Fig.1

8 extracción con un disolvente orgánico.
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 2. Fundamento de algunas técnicas de separación Concentración remanente de soluto en la fase inicial tras “i” etapas de extracción con un disolvente orgánico. Si llamamos 1 a la fase inicial y 2 a la segunda fase: [S]1,0= Concentración de soluto en la fase inicial antes de llevar a cabo la separación V1= volumen de fase inicial V2= volumen de la segunda fase Es posible determinar la concentración de soluto que ha quedado en la fase inicial una vez que se ha llevado a cabo el proceso de extracción líquido-líquido [S]1, si conocemos: la concentración inicial de soluto en la fase inicial antes de proceder a su extracción [S]1,0, los volúmenes de las dos fases, el coeficiente de reparto (K) del soluto entre ambas fases y el número de veces que se repite el proceso (i). A S S +

9 CROMATOGRAFÍA PLANA CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● SEPARACIONES CROMATOGRÁFICAS Fase estacionaria Fase móvil Fase estacionaria B A Fase móvil Separaciones cromatográficas. La cromatografía es una técnica de separación en la que se hacen pasar los componentes de una muestra a través de una fase estacionaria inmóvil o fija (que puede disponerse en una columna u otro medio) mediante una fase móvil que fluye a través de dicha fase estacionaria, consiguiéndose la separación de los componentes según sus distintas velocidades de migración. Dada la importancia de este método de separación, los siguientes tres temas del programa de esta asignatura están centrados en las separaciones cromatográficas. En la diapositiva se muestran las dos modalidades de trabajo en cromatografía: en columna y sobre una superficie plana. Ha de resaltarse que las aplicaciones de la modalidad en columna superan con creces a aquellas en las que la fase estacionaria se halla dispuesta en una superficie plana. CROMATOGRAFÍA PLANA CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA

10 Fuente de alimentación
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● ELECTROFORESIS CAPILAR Capilar de sílice fundida Detector + - Electrolito de fondo Electroforesis capilar. La electroforesis se basa en la migración de iones presentes en una disolución por la acción de un campo eléctrico. Cuando la disolución de muestra se coloca en un tubo capilar de sílice fundida y la separación de sus componentes tiene lugar en este medio, hablamos de electroforesis capilar. La diapositiva presenta un esquema del sistema para llevar a capo la separación por electroforesis capilar. Al aplicar un voltaje a través de la fuente de alimentación se separan los componentes contenidos en la disolución que se ha dispuesto dentro del capilar de sílice fundida. Los distintos componentes de la muestra tienen distintas movilidades y por tanto migran a través del capilar con diferente velocidad. Los cationes son atraídos por el cátodo (polo negativo) y los aniones por el ánodo (polo positivo). Si se emplea como detector un espectrómetro de absorción en el ultravioleta, el electrolito de fondo debe ser transparente en esa zona de la radiación, por este motivo las disoluciones tampón de borato se emplean mucho como electrolitos de fondo. La detección fluorimétrica también es aplicable para analitos fluorescentes. En cuanto a detectores electroquímicos, destacan los detectores de conductividad y los basados en detección amperométrica. Fuente de alimentación

11 Desde el punto de vista químico-analítico:
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación Desde el punto de vista químico-analítico: 1er Grupo: Separación y detección discontinuas 2º Grupo: Separación y detección continuas Desde el punto de vista de como se observe el proceso: A. Criterios estáticos: A.1. Según la naturaleza de las fases implicadas A.2. Según el origen de la 2ª fase B. Criterios dinámicos: B.1. Según el contacto entre las fases B.2. Según el flujo relativo entre las fases 3. CLASIFICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Existen numerosas clasificaciones de las técnicas de separación. Por un lado, desde el punto de vista químico-analítico, los procesos de separación pueden clasificarse en dos grandes grupos: El primer grupo comprende todas aquellas técnicas que no comportan en sí mismas la detección de las especies separadas. La medición de la señal analítica que conduciría a su detección se efectúa de forma discontinua respecto a la técnica separativa. Ejemplos de técnicas incluidas en este grupo son la extracción líquido-líquido, la precipitación y la destilación. El segundo grupo se halla comprendido por las técnicas que implican o pueden implicar la detección de las especies involucradas de forma continua tras ser separadas. Ejemplos de técnicas incluidas en este grupo son la cromatografía líquida, la cromatografía de gases y la electroforesis. Por otro lado, otras clasificaciones pueden ordenarse de acuerdo al modo en como se observe la técnica de separación, hablando de criterios estáticos o dinámicos según se observe el proceso a tiempo fijo o la evolución global del mismo, respectivamente. Un símil muy útil para entender esta distinción es la observación del proceso a través de una fotografía (criterios estáticos) o a través de un vídeo (criterios dinámicos). En este sentido, atendiendo a criterios estáticos podemos clasificar las técnicas de separación según la naturaleza de las fases implicadas y según el origen de la segunda fase. Si atendemos a criterios dinámicos, las dos clasificaciones que veremos atienden al tipo de contacto entre las fases y al flujo relativo entre las mismas.

12 S-L S-G L-L L-G FASES Técnica Esquema de la separación
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación A.1. Según la naturaleza de las fases implicadas: FASES Técnica Esquema de la separación S-L Precipitación (A + B)L + Reactivo precipitante → AS + BL Lixiviación (A + B)S + Disolvente → AS + BL Cromatografía líquida de adsorción (A + B)L + Sólido → AS + BL Cromatografía de intercambio iónico (A + B)L + Resina → AS + BL Cromatografía de exclusión (A + B)L + Gel poroso → AS + BL S-G Cromatografía gas-sólido (A + B)G + Sólido → AS + BG Sublimación (A + B)S [ + Calor] → AS + BG L-L Extracción líquido-líquido (A + B)L1 + Líquido-2 → AL1 + BL2 Cromatografía líquida de reparto (A + B)L1 + Soporte (Líquido-2) → AL1 + BL2 L-G Destilación (A + B)L [+ Calor] → AL + BG Cromatografía gas-líquido (A + B)G + Líquido → AL + BG L=líquido; S=sólido; G=gas La clasificación de las técnicas de separación según la naturaleza de las fases implicadas da lugar a cuatro grupos, que corresponden a las combinaciones binarias de los tres estados de la materia (sólido, líquido y gas), exceptuando las combinaciones sólido-sólido y gas-gas, que en ningún caso podrían dar lugar a ninguna técnica de separación. La tabla de la diapositiva muestra las cuatro posibles combinaciones de fases, así como las técnicas más representativos de cada grupo, incluyéndose para cada una de ellas un esquema muy básico de la separación enfocado para una mezcla binaria (A + B). ● Para la combinación de fases sólido-líquido citaremos cinco técnicas de separación: Precipitación: Como ya se ha explicado con anterioridad, la adición del reactivo precipitante sobre la mezcla, que inicialmente se halla en estado líquido, provoca que una de las especies pase al estado sólido. Lixiviación: La puesta en contacto de un disolvente líquido con la mezcla, que inicialmente se halla en estado sólido, provoca la solubilización de una de las especies y por tanto su paso al estado líquido. Cromatografía líquida de adsorción, también llamada cromatografía sólido-líquido. En este tipo de cromatografía la mezcla líquida viaja en una fase móvil también líquida, y según el esquema de la diapositiva una de las especies de la mezcla binaria es adsorbido sobre la superficie de la ase estacionaria que es sólida. Cromatografía de intercambio iónico: La mezcla binaria líquida viaja en una fase móvil también líquida a través del intercambiador iónico, que es la fase estacionaria en estado sólido. En este caso intervienen fuerzas electrostáticas en la elución. Cromatografía de exclusión, también llamada de geles: En este caso la segunda fase es un gel poroso y la mezcla a separar se halla en estado líquido, viajando en una fase móvil también líquida. Las especies son separadas según su tamaño molecular. ● Para la combinación de fases sólido-gas citaremos dos técnicas de separación: Cromatografía gas-sólido: en este caso la mezcla de especies a separar se halla inicialmente en fase gas y viaja disuelta en la fase móvil gaseosa a través de la fase estacionaria que es sólida. Según el esquema de la diapositiva, la especie A queda adsorbida sobre la superficie de la fase estacionaria. Sublimación: la aplicación de esta técnica requiere un aporte de energía externa en forma de calor para que uno de los componentes de la mezcla, que inicialmente se halla en fase sólida, pase a estado gaseoso. ● Para la combinación de fases líquido-líquido citaremos dos técnicas de separación: Extracción líquido-líquido: se ponen en contacto dos fases líquidas inmiscibles. Según el esquema de la diapositiva la fase inicial viene nombrada como líquido-1 y la segunda fase como líquido-2, pasando la especie B a la segunda fase. Cromatografía líquida de reparto o de partición: La segunda fase líquida se halla adsorbida sobre un soporte sólido inerte, y la mezcla inicial viaja en la fase móvil, la especie que tenga más afinidad por la segunda fase sufrirá mayor retención en la fase estacionaria. ● Por último, para la combinación de fases líquido-gas citaremos dos técnicas de separación: Destilación: Como se En este caso la aplicación de calor provoca que uno de los componentes de la mezcla binaria, inicialmente en fase líquida, pase a estado gaseoso. Cromatografía gas-líquido: La mezcla binaria se halla en fase gaseosa y viaja a través de la fase estacionaria, que es un líquido, arrastrada por un gas inerte. Según el esquema de la diapositiva, la especie A interacciona con la fase estacionaria pasando a estado líquido.

13 A.2. Según el origen de la segunda fase
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación A.2. Según el origen de la segunda fase Directamente: provocación “in situ” de un fenómeno que provoque la aparición de la 2ª fase. ✔Precipitación fenómeno químico Pb(NO3)2 + KI → PbI2 + KNO3 Fase inicial (Disolución Incolora) Reactivo precipitante (Disolución incolora) 2ª fase: Sólido amarillo Veamos a continuación la clasificación de las técnicas de separación, también atendiendo a criterios estáticos, pero fijándonos en el origen de la segunda fase. De todo lo visto hasta ahora, podemos concluir que la existencia de dos fases es indispensable en toda separación; ahora bien, la segunda fase puede originarse de dos modos diferentes: Si se provoca «in situ», en la fase inicial, un fenómeno físico o químico que de lugar a la generación de la segunda fase, estaremos ante un grupo de técnicas de separación para las que se dice que la segunda fase aparece de forma directa. Ejemplos claros de este grupo son: - Precipitación: mediante la adición de un reactivo en la fase inicial líquida aparece la segunda fase en estado sólido. La segunda fase aparece como consecuencia de un proceso químico. - Destilación: básicamente, al elevar la temperatura de la fase inicial líquida aparece la segunda fase en estado gaseoso. La segunda fase aparece como consecuencia de un proceso físico. Fig.2 Fig.1 ✔Destilación fenómeno físico El aumento de temperatura provoca la aparición de la 2ª fase (gas)

14 ✔ Extracción líquido-líquido ✔ Cromatografía líquido-sólido
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación Indirectamente: la 2ª fase es una fase externa al sistema inicial que es incorporada. ✔ Extracción líquido-líquido ✔ Cromatografía líquido-sólido Especie más retenida por la fase estacionaria Flujo de fase móvil Segunda fase El otro grupo de técnicas de separación, atendiendo al origen de la segunda fase, lo componen todas aquellas técnicas en las que la segunda fase es incorporada a la fase inicial y no aparece desde el seno de la misma como en el grupo anterior. Para este grupo, se dice que la segunda fase se origina indirectamente. Ejemplos de este grupo son: - Extracción líquido-líquido: a la fase inicial líquida se incorpora otro líquido, en el que es inmiscible, que constituye la segunda fase. En el ejemplo de la diapositiva la segunda fase presenta una menor densidad que la fase inicial. - Cromatografía sólido-líquido: En este caso la segunda fase (sólida) se halla retenida en una columna y la fase móvil líquida conteniendo las especies a separar (fase inicial) se hace pasar a través de ella. Fase inicial Especie menos retenida por la fase estacionaria Fig.1

15 B.1. Según el tipo de contacto entre las fases
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación B.1. Según el tipo de contacto entre las fases a. A través de una interfase b. En el seno de la fase inicial bien definida ✔ Extracción líquido-líquido ✔ Cromatografía de adsorción en columna Agitación vigorosa Partículas de fase estacionaria A continuación pasemos las principales clasificaciones atendiendo a criterios dinámicos, comenzando por aquella que atiende al tipo de contacto que tiene lugar entre la fase inicial y la segunda fase. La transferencia de materia puede tener lugar en una interfase bien definida o en el seno de toda la fase que contiene las especies a separar. Las cromatografías sólido-gas y sólido-líquido son ejemplos claros donde la transferencia de materia se da en una superficie definida que separa la fase inicial de la segunda fase, es decir la superficie de las partículas que forman la fase estacionaria. Técnicas separativas que operan en toda la fase inicial son la precipitación, la extracción líquido-líquido o la cromatografía líquido-líquido. Fig.1

16 D = Coeficiente de distribución
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación B.2. Según el flujo relativo entre las fases Concentración de soluto en la 2ª fase D = Concentración de soluto en la fase inicial 0 < D < +∞ Coeficiente de distribución Separación simple: DA ~ 0 y DB es muy alto Separación repetitiva: DA~ 0 y DB no es muy alto Separación múltiple: ó DA~ 0 y DB es bajo, ó DA y DB son significativos Supongamos (A + B)fi → Afi + Bf2 fi: fase inicial; f2: segunda fase Por último, veamos la clasificación según el flujo relativo entre las fases, englobada en criterios dinámicos. Básicamente atiende al número de veces que es necesario alcanzar el equilibrio entre las fases para que se obtenga una separación efectiva, ya que normalmente las separaciones no son cuantitativas en un único proceso. Para comprender bien esta clasificación, comencemos por definir un parámetro denominado constante o coeficiente de distribución (que ya ha sido mencionado al explicar el fundamento de la extracción líquido-líquido) y que se suele designar con la letra «D». Definimos el coeficiente de distribución como la relación entre la concentración de soluto en la segunda fase y la concentración de soluto en la fase inicial, una vez llevada a cabo la separación. Lógicamente D tendrá siempre valores comprendidos entre cero (para el caso en el que el soluto no es extraído en ninguna extensión en la segunda fase) y más infinito (siendo tanto mayor el valor, cuanto mayor sea la extensión en la que el soluto es extraído en la segunda fase). En la práctica, el coeficiente de distribución (o lo que es lo mismo, la eficacia o rendimiento del proceso) indica si se debe recurrir a una separación simple, repetitiva o múltiple. Consideremos una mezcla binaria de especies (A y B), para la que el proceso de separación aplicado supone la separación, con mayor o menor eficacia, de la especie B hacia la segunda fase. ¿Cuándo se aplicará una separación simple, repetitiva o múltiple? Separación simple: Cuando el equilibrio del sistema se alcanza una sola vez y la separación entre A y B es completa en una única operación de separación. Esto ocurre cuando el coeficiente de distribución para la especie A es prácticamente nulo, mientras que el de la especie B es muy alto. La especie B precipita, se destila, se extrae en un disolvente orgánico o se volatiliza de forma selectiva. Separación repetitiva: Puede aplicarse cuando a pesar de que el coeficiente de distribución para una especie es prácticamente nulo, el correspondiente valor para la otra especie no es demasiado alto, y por tanto su separación no se da de forma completa en una única operación, precisándose varias. Separación múltiple: Se trata del tipo de separación más empleado. Su aplicación tiene lugar cuando los coeficientes de distribución no son favorables, siendo las dos situaciones más frecuentes: - que D sea prácticamente nulo para una especie, pero muy bajo para la otra. - o que los valores de los coeficientes de distribución sean significativos para las dos especies a separar, de modo que en cada operación ambas especies se reparten entre las dos fases, aunque sea en distinta proporción. En cualquiera de estos casos, la separación múltiple es muy efectiva, y consiste en que las dos fases se ponen en contacto de modo continuo, de modo que el número de veces que se alcanza el equilibrio es enorme. 16

17 ponen en contacto infinitas veces
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 3. Clasificación de las técnicas de separación A + B Separación múltiple Separación simple Separación repetitiva Fase inicial y 2ª fase se ponen en contacto infinitas veces ¿Cómo? A + B B + B + A Flujo de fase 2 El esquema de la diapositiva puede ayudar a clarificar la diferencia entre separación simple, repetitiva y múltiple. Supongamos de nuevo la separación de la mezcla binaria de especies, A (representada con color rojo) y B (representada con color amarillo). La flecha de la izquierda nos muestra como, en un único proceso se ha alcanzado la separación de las dos especies, dado que DB presenta un valor muy alto y DA casi nulo: Separación simple. Siguiendo la flecha central, vemos el esquema de una separación repetitiva, donde fracciones de la especie B van separándose de la mezcla, cada vez que se aplica el proceso. En este ejemplo tras una tercera separación se ha conseguido una extracción cuantitativa de la especie B, seguidamente se combinarían las fracciones de B obtenidas en cada proceso. El coeficiente de distribución de A es prácticamente nulo, mientras que el de B presenta un valor no demasiado favorable: Separación repetitiva. Por último, si nos hallamos ante un caso de separación múltiple, es claro que empeñarnos en llevar a cabo la separación repetitiva no sería práctico pues habría que aplicar el proceso un número de veces demasiado alto, con el consiguiente efecto de dilución. En estos casos se opta por la separación múltiple, que puede llevarse a cabo de dos modos diferentes: - Mediante el flujo de una fase denominada móvil sobre otra que permanece fija o inmóvil y a la que se llama fase estacionaria. El ejemplo más claro de este modo de trabajo, y al que nos hemos referido repetidas veces a lo largo del tema es la cromatografía. - Mediante el flujo en contracorriente, donde ambas fases fluyen en sentidos opuestos; como por ejemplo, tiene lugar en la destilación en columna. A + B B + Fase inmóvil Flujo de fase móvil A B + Flujo de fase 1 B

18 CRÉDITOS DE LAS ILUSTRACIONES – PICTURES COPYRIGHTS
Asignatura: Análisis Químico Grado: Ciencia y Tecnología de los Alimentos Curso académico: 2012/13 CRÉDITOS DE LAS ILUSTRACIONES – PICTURES COPYRIGHTS Logo encabezado páginas OCW-UM. Autor: Universidad de Murcia. Dirección web: Páginas 4, 14 y 15, F1. Autor: Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Polimerek, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski. Páginas 6 y 13, F1. Original uploader was Kristof vt at nl.wikipedia Later versions were uploaded by Rob Hooft at nl.wikipedia. Página 7, F1. Fuente: “Quantitative Chemical Analysis”, Seventh Edition, © 2007 W.H. Freeman and Company. Página 13, F2. Fuente: Autor: Der Kreole.