Profesores de Química Ana Varela anava60@hotmail.com Alejandro Negro aleseba23uy@gmail.com

Concepto, clasificación y métodos cromatográficos. Aplicación, estudio de caso y actividad experimental para educación media.

Definición Método analítico empleado en la separación, identificación y determinación de los componentes químicos en mezclas complejas.

Método físico de separación. Los componentes de una muestra se distribuyen entre dos fases: FASE ESTACIONARIA Sólida o líquida, inmóvil y contenida en un soporte FASE MÓVIL Líquida o gas, pasa a través de la fase estacionaria

Su inventor fue el británico ruso Mikhail Tswett. En 1903 aplicó por primera vez la cromatografía de adsorción para separar pigmentos vegetales. Como los componentes separados aparecían como bandas coloreadas, llamó al método cromatografía, que proviene del griego chroma "color" y graphos "escribir").

Clasificación de los métodos cromatográficos En función del mecanismo de interacción del soluto con la fase estacionaria: Cromatografía de adsorción Cromatografía de partición o reparto Cromatografía de intercambio iónico Cromatografía de exclusión molecular, filtración o permeación en gel Cromatografía de afinidad

Cromatografía de adsorción El soluto se adsorbe en la superficie de las partículas sólidas de la fase estacionaria. Es un fenómeno superficial. Fase estacionaria: sólido Fase móvil: gas o líquido

Cromatografía de partición o reparto El soluto se equilibra entre el líquido de la fase estacionaria y la fase móvil, por diferencia de solubilidad. Fase estacionaria: líquido Fase móvil: líquido o gas

Cromatografía de intercambio iónico Existen aniones o cationes unidos covalentemente a la fase estacionaria sólida (resina). Los iones en disolución de carga opuesta son atraídos a la fase estacionaria por fuerzas electrostáticas. Fase estacionaria: sólido Fase móvil: líquido.

Cromatografía de exclusión molecular, filtración o permeación en gel. Filtración molecular a través de la red de un gel. Almidón, agar-agar, látex natural. Separa moléculas por su tamaño. No hay una interacción atractiva entre las fase estacionaria y el soluto. Las moléculas grandes pasan más rápidamente que las pequeñas ya que no pueden penetrar en el interior.

Cromatografía de afinidad Emplea interacciones específicas entre una clase de moléculas de soluto y una segunda molécula que está unida covalentemente a la fase estacionaria.

Clasificación de los métodos cromatográficos

Clasificación de los métodos cromatográficos Cromatografía plana Cromatografía en papel Cromatografía en capa fina (TLC) Cromatografía en columna Cromatografía gaseosa (CG) Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)

Cromatografía plana Fase estacionaria Fase móvil Sostenida por una placa plana o en los poros de un papel. Fase móvil Se mueve a través de la fase estacionaria por acción capilar o gravedad.

Cromatografía en columna Fase estacionaria Dentro de un tubo angosto. Fase móvil Forzada a pasar a través del tubo bajo presión o gravedad.

Cromatografía en papel y capa fina (TLC)

Cromatoplacas El adsorbente (fase estacionaria) fijo a un soporte (vidrio, plástico o aluminio). Adsorbentes Sílica gel (SiO2) más usados Alúmina (Al2O3)

Papel Fase estacionaria Agua retenida en el papel El papel contiene un 20 % de agua retenida aunque lo notemos seco.

Fase móvil Se pueden utilizar un único disolvente o mezclas de disolventes.

Capilares o jeringas para realizar la siembra

Cámara de desarrollo Recipiente con tapa que cierra herméticamente, donde se forma el cromatograma. Saturación de la cámara de desarrollo: Papel de filtro recubriendo las paredes.

Desarrollo Es el proceso por el cual una muestra migra a lo largo de la fase estacionaria por acción de la fase móvil.

Tipos de desarrollo Desarrollo ascendente Desarrollo descendente Desarrollo horizontal Desarrollo radial o circular Desarrollo bidimensional

Desarrollo ascendente Desarrollo descendente Desarrollo bidimensional

Desarrollo horizontal Desarrollo radial o circular

Revelador o agente cromógeno Agente físico o químico que hace visible las sustancias separadas por cromatografía. Aplicación Técnica de inmersión Técnica de pulverización

Técnica de inmersión

Técnica de pulverización

Clasificación de reveladores

Clasificación de reveladores

Relación de frente (Rf) Es siempre menor o igual a 1.

Diferencias entre cromatografía en papel y TLC

Cromatografía en columna

ELUYENTE: fluido que entra por la columna. ELUCIÓN: proceso de paso de un líquido o un gas a través de una columna cromatográfica. ELUYENTE: fluido que entra por la columna. ELUATO: fluido que sale por la columna. eluyente eluato entra sale COLUMNA

Cromatografía gaseosa (CG)

Se hace pasar el analito en forma gaseosa a través de la columna, arrastrado por una fase móvil gaseosa, llamada gas portador. Fase móvil: gas (normalmente He, N2 o H2). Fase estacionaria: normalmente líquido no volátil, pero también puede ser un sólido. Analito: gas o líquido volátil.

el analito se adsorbe sobre las partículas Cromatografía gas-líquido de reparto: la fase estacionaria es un líquido no volátil que recubre la pared interior de una columna o un soporte sólido. Cromatografía gas-sólido de adsorción: el analito se adsorbe sobre las partículas sólidas de la fase estacionaria.

Cromatógrafo de gases

Diagrama esquemático de un cromatógrafo de gases La muestra se inyecta en un portador caliente. Se arrastra a través de la columna por el gas portador. Los analitos separados llegan al detector.

Componentes Inyectores Columnas Detectores

Inyectores Ayuda a volatilizar la muestra. Retiene productos de descomposición y no volátiles. Diferentes muestras requieren diferentes tipos de inyección.

Columnas Columnas Tubulares Abiertas Columnas empaquetadas

Columnas Tubulares Abiertas Largas y estrechas Hechas de sílice fundida.

Columnas Empaquetadas Son de Acero Inox. Níquel o Vidrio Contienen soporte sólido fino recubierto de fase estacionaria

Detectores Luego de separados, se tiene que detectar los analitos a medida que van saliendo de la columna. Tipos De Conductividad Térmica De Ionización de Llama De Captura Electrónica

Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) High-performance liquid chromatography High pressure liquid chromatography

Utiliza una presión elevada para forzar al disolvente a que pase por una columna que contiene partículas muy finas, consiguiendo así separaciones de gran resolución.

Las razones de popularidad de esta técnica son: Es muy utilizada. Las razones de popularidad de esta técnica son: Sensibilidad. Determinaciones cuantitativas exactas. Separación de especies no volátiles y termolábiles. Gran aplicabilidad: aminoácidos, proteínas, ácido nucleicos, hidrocarburos, carbohidratos, fármacos, plaguicidas, antibióticos, esteroides, gran variedad desustancias inorgánicas

Tipos Reparto Adsorción Intercambio iónico Exclusión molecular Afinidad

Equipo para una HPLC

Equipo para una HPLC

Fase móvil La composición de la fase móvil depende del tipo de analito, del tipo columna cromatográfica a utilizar y del equipo. La fase móvil debe estar exenta de partículas en suspensión y gases disueltos.

Tubos de acero inoxidable Columnas para HPLC Tubos de acero inoxidable Longitud: 10-30cm Diámetro interno: 2-5 mm Partículas para empaquetamiento de la columna: 3-10 μm

Detectores Dependiendo de la naturaleza del analito buscado varían los tipos de detectores que se pueden utilizar. Estos se clasifican según la propiedad que midan ya sea de la solución o del soluto. No existen detectores universales. Mas usados se basan en la absorción de UV y visible.

APLICACIÓN Estudio de Caso

La educación básica representa, para una gran proporción de uruguayos, la única posibilidad de acceder a aprender QUÍMICA.

Por lo tanto, elaborar estrategias de enseñanza de la QUÍMICA, plantea para nosotros los docentes, el desafío de conocer y analizar nuestras propias prácticas.

Debemos fomentar que el alumno se acerque lo más posible al conocimiento científico, de tal manera que sea capaz de utilizarlo en su vida cotidiana y así ampliar su comprensión del mundo.

La experimentación para la enseñanza es distinta a la que se realiza en la investigación científica; no es posible pretender que se efectúe en cada caso el extenso proceso que conduce al científico a un descubrimiento.

Por eso, los experimentos efectuados con fines didácticos tienen siempre un carácter de verificación mediante el redescubrimiento, la interpretación o comprobación.

El propósito educativo de la actividad experimental a presentar es: Revisar y profundizar temas tales como MEZCLAS Y MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO. Desarrollar capacidades tales como: Observación Indagación Reflexión Generar actitudes positivas hacia el aprendizaje de los conocimientos científicos que los permite relacionarlos con su entorno.

¿Qué nos motiva en ocasiones a decir estas expresiones sino hemos probado los postres?

Sin duda que los colores que poseen …………………………………………… Sin duda que los colores que poseen

En la actualidad la industria alimenticia emplea los colorantes artificiales con el objeto de modificar las preferencias del consumidor.

O sea … el color es el principal atributo para la preferencia de un alimento. Se asocia color con sabor.

COLORANTES ¿BUENOS O MALOS?

TARTRACINA

COLORANTE ARTIFICIAL (pertenece a la familia de los colorantes AZOICOS)

Se presenta en forma de polvo y es soluble en agua; haciéndose de color más amarillo en tanto más disuelta esté.

La tartracina aumenta su potencial comercial porque al ser mezclada con otros colorantes, como el azul, se obtienen diversas tonalidades de verde.

Como colorante posee los códigos E-102 (Unión Europea) o INS 102 (Sistema Numérico Internacional) o Amarillo 5 Yellow 5 (FDA-USA), lo cual nos posibilita identificar que productos la tienen.

Algunas personas son sensibles a la tartracina y pueden presentar reacciones alérgicas y, aunque la susceptibilidad a presentar reacciones alérgicas es baja (1 de cada 10.000)

Aunque… Aumenta entre las personas hipersensibles a la aspirina (el 10% de ellas son alérgicas a la tartracina).

Está relacionada con un gran porcentaje de los casos de hiperactividad en los niños.

ACTIVIDAD PRÁCTICA

CROMATOGRAFÍA EN CAPA FINA

OBJETIVOS: Fabricar Cromatoplacas de Sílica Gel. Separar e identificar Tartracina presente en colorantes para repostería. Interpretar el cromatograma obtenido

Materiales y Sustancias Balanza. Vaso de Bohemia. Probeta. Capilares ó mondadientes. Porta Objetos o láminas de acetato. Varilla de Vidrio. Estufa. Colorantes para repostería (verde, azul y amarillo). Cloruro de Sodio (NaCl) . Agua. Sílica gel (SiO2.nH2O) Sulfato de Calcio (CaSO4).

Preparación de Cromatoplacas (primera parte) Masar 30 g de sílica gel y 9 g de Sulfato de calcio. Medir 60 mL de agua. Verter todo en un vaso de bohemia y mezclar con varilla.

Preparación de Cromatoplacas (segunda parte) Verter la mezcla, sobre los porta objetos, de tal forma que se forme una capa fina. Poner a calentar en estufa durante 2 hora a 105 ºC para activar las cromatoplacas.

Preparación de Cámara de Desarrollo Preparar una solución de NaCl 1% m/v Colocar dentro del frasco 10 mL de la solución preparada. Tapar el frasco.

SIEMBRA Trazar una línea de siembra con lápiz, a 1,5 cm del borde. Marcar puntos de siembra a 0,5 cm de los bordes y 1,0 cm entre estos e identificarlos. Sembrar utilizando capilares, ó mondadientes. Aplicar de a una vez, dejando secar entre cada aplicación.

DESARROLLO Colocar las cromatoplacas en las cámaras de desarrollo. Esperar hasta que la fase móvil esté a 1 cm del borde superior. Retirar y dejar secar.

INTERPRETACIÓN Y PREGUNTAS ¿Por qué se usa lápiz en vez de bolígrafo para marcar la cromatoplaca? ¿Por qué la fase móvil sube por la placa? ¿Por qué se separan los colorantes? El colorante verde ¿es una mezcla de colorantes? ¿Las personas alérgicas a la TARTRACINA pueden consumir alimentos de cualquier color?

BIBLIOGRAFÍA Domínguez. X, “Cromatografía en papel y en capa delgada”, Monografía Nº 16, Secretaria General de la OEA, 1975 Harris, D, “Análisis químico cuantitativo”, Tercera edición, Reverté, 2003. Phillips John S. y otros, “ Química Conceptos y aplicaciones”, Mc Graw Hill, México, 2007 Skoog-West-Holler, “Química Analítica”, Sexta edición, Mc Graw Hill, 1995. Skoog-West-Holler-Crouch, “Fundamentos de Química Analítica”, Editorial Thomson, 2005.