Cromatografía QUÍM.

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Química

Generalidades. Procedimiento utilizado principalmente para la separación e identificación de sustancias químicas. En realidad bajo esta denominación se agrupan un conjunto de métodos que tienen unas características comunes. Se ha generalizado la siguiente definición: La c. es un método físico de separación, en que los componentes que van a ser separados se distribuyen entre dos fases; una de éstas está constituida por un soporte estacionario de gran superficie, y la otra por un fluido que se filtra a través de la fase estacionaria.

En general la misión de la fase móvil es sólo de transporte, mientras la fase estacionaria es el verdadero agente de separación. La fase estacionaria puede ser: a) Un sólido con propiedades adsorbentes; se habla entonces de c. de adsorción. b) Un líquido, en cuyo caso la fase estacionaria líquida se distribuye generalmente sobre un soporte sólido inerte con el fin de aumentar al máximo la superficie de intercambio. Los métodos en que la fase estacionaria es líquida se llaman genéricamente de partición o reparto. La fase móvil puede ser: 1) un líquido; 2) un gas.

Sistemas cromatográficos. Por tanto, atendiendo a la naturaleza de las dos fases, son posibles cuatro sistemas básicos de c. de acuerdo con la distinta combinación de las fases, a saber: líquidolíquido, líquidosólido, gaslíquido y gassólido.

La c. líquidolíquido normalmente se lleva a cabo sobre celulosa o gel de sílice húmeda, que puede disponerse en forma de tira de papel poroso (papel de filtro), en columna y en capa fina, en cuyo caso el material es soportado sobre placas de vidrio. En papel, el desarrollo del líquido móvil puede ser ascendente o descendente, mientras que en columna es descendente y en capa fina generalmente sólo ascendente. El material sólido actúa siempre como soporte del agua, por lo que este tipo de c. se utiliza fundamentalmente para la separación de sustancias solubles en la misma. Si, p. ej., el agua está soportada por una tira de papel de filtro, que está constituido de numerosas fibras de celulosa, podemos considerar cada fibra, junto con su humedad asociada, como "célula" elemental. La separación se lleva a cabo al repartirse las sustancias queY se encuentran presentes en la muestra a analizar entre la humedad de las células y el flujo de disolvente móvil que pasa sobre ellas. Está claro que el agua de las células es la fase estacionaria y el disolvente la fase móvil. Evidentemente, el disolvente a emplear en esta técnica cromatoáfica no será miscible con el agua (hidrocarburos, suluro de carbono y disolventes apolares en general), y los componentes de la mezcla se distribuirán de acuerdo con la conocida ley de reparto que, para un soluto determinado A es:concentración de A en el disolvente/concentración de A en el agua=constante (coeficiente de reparto o de partición).

Y así, al pasar el disolvente arrastrará selectivamente a los componentes de la muestra de acuerdo con el distinto valor de sus respectivos coeficientes de reparto. Si un componente es soluble solamente en el disolvente, emigrará a la misma velocidad que el frente de éste, mientras que si es soluble solamente en agua permanecerá en el origen. Éstas son situaciones límite, por lo que, en general, un componente será desplazado un cierto espacio entre el origen y el frente móvil del disolvente. Se cumple que en un sistema cromatográfico dado, el movimiento relativo de un componente con respecto al frente del disolvente es una propiedad característica y reproducible. En c. en papel y en capa fina se expresa el desplazamiento por un valor Rl=a/x, siendo x la distancia recorrida por el frente del disolvente y a la distancia recorrida por la sustancia.

En el caso de c. líquidolíquido en columna se rellena ésta de un medio adsorbente como puede ser la celulosa, la gel de sílice, el kieselgur, etc., que se introduce en la columna normalmente mezclada en forma de papilla con el agua o disolvente elegido. Como disolventes se utilizan los mismos que en papel y en capa fina, es decir, hidrocarburos y disolventes apolares no miscibles con el agua. La forma de operar es muy sencilla, pues consiste en depositar la mezcla disuelta en un disolvente miscible con el agua (o con el disolvente que empapa al relleno sólido) y a continuación se agrega el eluyente, o disolvente móvil, que arrastra selectivamente a los componentes de la muestra, dando lugar a unas bandas que van fluyendo sucesivamente y se pueden separar al salir por la parte inferior de la columna para ser identificadas individualmente, o bien puede eluirse durante un tiempo apropiado y después sacar de la columna cuidadosamente el cuerpo del adsorbente; se deja evaporar el disolvente y se corta en "rodajas", cada una correspondiente a una fracción diferenciada, extrayendo a continuación con disolvente cada rodaja y analizando el extracto. Si los componentes no son coloreados se puede rociar con un revelador que nos indique la posición de cada componente. Los reveladores se utilizan comúnmente en papel y en capa fina.

En la c. líquidosólido se utilizan las diferencias de comportamiento en la adsorcióndesorción de sustancias contenidas en un disolvente móvil sobre un sólido estacionario para conseguir la separación de los componentes de una mezcla. Las técnicas son análogas a las del caso anterior y se utilizan preferentemente columna o capa fina. Los sólidos que se emplean como adsorbentes son óxidos metálicos, óxidos hidratados y sales, siendo los más utilizados la gel de sílice y la alúmina, y en casos especiales carbón activo o polvo de poliamida. La separación es debida a la distinta afinidad de cada componente por el adsorbente. En el sólido adsorbente los centros activos se localizan en las irregularidades y defectos en la superficie de la red cristalina donde las fuerzas electrostáticas no compensadas provocan las interacciones con el Soluto (V. FUERZAS INTERMOLECULARES). La cantidad de muestra en este tipo de operaciones es muy importante, pues el poder adsorbente de la superficie disminuye con el incremento de la muestra, ya que se ocupan primero los centros más activos. La relación de adsorbente a muestra suele ser del orden de 1000: 1 para capa fina y 100:1 si es en columna. En la c. de gases se pueden describir conjuntamente las dos posibles variantes: gassólido y gaslíquido.

Las posibilidades futuras de los métodos cromatográficos no son previsibles, pues las perspectivas son teóricamente ilimitadas, ya que el trabajo en "fase gaseosa" no se reduce a los gases permanentes, sino que alcanza a todo lo que pueda ser vaporizable por cualquier procedimiento, y en este sentido no aparecen más restricciones, en principio, que las que puedan imponer la estabilidad térmica de las sustancias, la resistencia de los materiales a la corrosión, la temperatura, etc.

El cromatógrafo de gases. Un cromatógrafo de gases, esencialmente, consta de los siguientes elementos:a) Una columna que contiene la fase estacionaria. Esta columna puede ser de aproximadamente un metro de tubo de cobre, aluminio o acero inoxidable; o de varios metros si es de tubo capilar de vidrio. La fase estacionaria puede ser un sólido (c. gassólido) que sencillamente está rellenando la columna. Más frecuentemente la fase estacionaria es un líquido (gaslíquido) que se encuentra soportado por un sólido (columnas de relleno) o bien por la propia pared interior del tubo (columnas de tubo abierto). En c. gassólido la fase estacionaria sólida es activa con propiedades adsorbentes muy acusadas y con una superficie extremadamente uniforme. Se utilizan con estos fines tamices moleculares, carbón activo, alúmina, etc. En el caso de c. gaslíquido la fase líquida estacionaria debe ser estable, no volátil a la temperatura de trabajo y, además, los componentes a separar han de ser solubles en ella en el grado apropiado. El líquido se extiende en forma de fina película sobre el soporte sólido granulado en el caso de columnas de relleno, o sobre la pared interior de la columna si ésta es de tubo abierto. El soporte sólido ha de ser totalmente inerte y presentar una gran superficie, del orden de 1 m2/gr. Ejemplos de líquidos usados como fase estacionaria son losaceítes de silicona, la glicerina, ésteres orgánicos de larga cadena, aceite de parafina, poliglicoles, etc.

b) Un gas portador o gas eluyente que actúe como fase móvil y se desplace a lo largo de la columna para transportar los componentes de la muestra desde el punto de inyección o de partida hasta el final de la columna donde se encuentra el detector. Este gas debe ser elegido de acuerdo con el tipo de columna, pues es muy importante conocer la resistencia que va a encontrar el gas al atravesarla, es decir, la permeabilidad específica de cada columna respecto de cada gas portador. La elección depende también del sistema de detección que se vaya a utilizar. Los más comúnmente utilizados son helio y nitrógeno, pues reúnen las mejores condiciones de estabilidad e inercia química (V. HELIO; NITRÓGENO; GASES II).

c) Un inyector de muestras capaz de introducir en forma sólida, líquida o gaseosa la mezcla a separar, en un tiempo inapreciable, en la corriente del gas portador. Cualquier sistema de inyección ha de tener un volumen muerto reducido, facilitar la inmediata vaporización de la muestra, no permitir condensaciones parciales, evitar fugas, etc.

d) Un detector para determinar la naturaleza de los gases a la salida de la columna. El fundamento de la mayoría de los sistemas de detección utilizados es la medida de una propiedad de los gases como puede ser la densidad o la conductividad eléctrica o térmica. El detector actúa normalmente de forma que la medida de la propiedad física que realiza se ponga de manifiesto como una señal de tipo eléctrico, que se transmite, mediante un circuito adecuado, a un receptor y amplificador de la señal.

Los modernos cromatógrafos llevan un registro gráfico que convierte la señal eléctrica en desplazamiento de una plumilla a lo ancho de una banda de papel adecuado, que se mueve longitudinalmente sobre un rodillo dando lugar a un cromatograma de cuya interpretación se sacarán las conclusiones cualitativas y cuantitativas finales.

C.. MENDOZA OCHARAN.

BIBL.: D. ABBOTT y R. S. ANDREWS, Introducción a la cromatografía, Madrid 1970; A. I. M. KEULEMANS, Gas Chromatography, Nueva York 1959; E. BAYER, Gas Chromatography, La Haya 1961; J. M. STORCH DE GRACIA, Fundamentos de la cromatografía de gases, Madrid 1968; L. GASCÓ, Teoría y práctica de la cromatografía en fase gaseosa, Madrid 1969.