procesos de separación
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Procesos de separación- Principios de química orgánica.TRANSCRIPT
DESTILACIONESDESTILACIONES
Cuando un líquido puro es destilado, los vapores ascienden del balón de destilación y entran en contacto con un termómetro. El vapor pasa a través del condensador que lo relicúa y pasa al colector.
1. DESTILACION SIMPLE
EQUIPO DE DESTILACIÓN SIMPLE
Cuando se tiene una mezcla líquida, la temperatura no permanece constante sino que se incrementa a través de la destilación. Es decir que la composición del vapor que destila varía continuamente durante la destilación.
Figura 2. A) Liquido puro A. B) Mezcla dos componentes con Peb similar. C) Mezcla de dos componentes con Peb diferentes.
En el diagrama de fase L- V, las líneas horizontales representan T=cte. La curva superior representa la composición del vapor, la curva inferior la composición del líquido.
Para cualquier línea horizontal (T=cte), las intersecciones de la línea con las curvas en el punto X indica que el líquido de composición w estará en equilibrio con el vapor de composición Z, el cual corresponde al punto de intersección y.
La composición está dada como % mol de A y B en la mezcla. El líquido puro A ebulle a tA (izquierda) y B puro ebulle a tB (derecha). Para los líquidos puros A o B, las curvas de vapor y líquido se unen al punto de ebullición, es decir destilan a una T = cte.
Una mezcla de A y B de composición w, se calienta incrementando la T hasta el punto de ebullición de la mezcla, corresponde a la línea wx, el punto de ebullición es t. A esta temperatura el líquido comienza a evaporarse (línea xy). El vapor tendrá la composición Z, es decir, el primer vapor no tiene A puro pero es más rico en A que la mezcla original.
El resultado está en que nunca es posible separar una mezcla completamente por una destilación simple.
Casos donde es posible obtener una separación aceptable:
1. Peb A y B difieren ampliamente (>100°C).
2. A contiene una pequeña cantidad de B (<10%)
Antes de calentar el líquido debe colocarse perlas de ebullición para prevenir el sobrecalentamiento y reducir la tendencia de salpicaduras.
El balón de destilación no debe ser llenado más de 2/3 de su capacidad con el fin de mantener una gran área de evaporación.
Debe evitarse un frasco grande para evitar el “hold up” que es el material que no puede destilar ya que algo de vapor debe llenar el frasco vacío.
Fuentes de calentamiento: baño de aceite, manta de calentamiento.
La tasa de destilación (take off): 1 gota/seg. A tasas mayores, el equilibrio no está establecido dentro del aparato de destilación y la separación puede ser pobre.
A menores tasas, la temperatura registrada por el termómetro no es mantenida por una corriente constante de vapor, lo cual conduce a imprecisiones en la lectura. No se debe destilar a sequedad.
2. DESTILACION FRACCIONADA
Se utiliza en mezclas con puntos de ebullición no muy diferentes.
Mezcla ideal benceno (Pc = 80°C) – Tolueno (Pc = 110°C)
FRACCION Rango de ebullición (°C)
% COMPOSICION
Benceno Tolueno
1 80 – 85 90 10
2 85 -90 72 28
3 90 – 95 55 45
4 95 – 100 45 55
5 100 – 105 27 73
6 105 - 110 10 90
El 1er vapor producido será más rico en el componente de menor Peb. (benceno). El líquido remanente en el frasco de destilación tendrá una mayor cantidad del componente de más alto Peb.
Solución 50% benceno 50% tolueno las fracciones de destilados se presentan en la tabla. Se observa la tendencia de reducción del benceno e incremento de tolueno. La última fracción tendrá la menor cantidad de benceno, la mayor cantidad de tolueno y al más alto rango de Peb.
La separación por el método de destilación simple es muy pobre.
Cada fracción puede ser destilada y producir vapor con un condensado que contiene más benceno que el inicial y el residuo más tolueno que el inicial. Los destilados y residuos de composición similar (rangos de ebullición similar) pueden combinarse y redestilarse . Este procedimiento puede llevar a un destilado puro y un residuo puro de tolueno, pero es un procedimiento tedioso. Esto se suple con una DESTILACIÖN FRACCIONADA. Figura 6.
Figura 6. Equipo de destilación fraccionada
La columna se llena con empaque adecuado, ej. esponja de acero inoxidable, el cual permite a la mezcla de benceno – tolueno estar sujeta continuamente a varios ciclos de evaporación – condensación a medida que el material asciende por la columna. Con cada ciclo, la composición del vapor es progresivamente enriquecida en el componente de menor Peb (benceno). Finalmente, casi benceno puro sale de la parte superior de la columna, condensa y pasa al balón de recibo para la 1ª fracción.
La destilación debe realizarse lentamente para asegurar numerosos ciclos de evaporación – condensación.
Cuando casi todo el benceno es removido, la temperatura asciende y una pequeña cantidad de una fracción que contiene algo de benceno – tolueno es colectada. Cuando T = 110°C, el vapor es condensado y colectado en otro frasco como 3ra fracción.
Figura 7. Fracciones de destilación mezcla benceno-tolueno
DIAGRAMA DE COMPOSICIÓN LIQUIDO – VAPOR
El diagrama L –V de la figura 8, explica la destilación fraccionada con una solución ideal de dos líquidos: A y B, (químicamente similares y miscibles en todas las proporciones pero no interactúan) que obedecen la Ley de Raoult.
Figura 8. Diagrama de fase para destilación fraccionada en mezcla ideal de dos componentes.
A ebulle a 50°C y B a 90°C.
El diagrama de fase relaciona las composiciones del líquido en ebullición (curva más baja) y su vapor (curva alta) en función de T.
Cualquier línea horizontal en el diagrama (línea T = cte) intersecta el diagrama en 2 sitios. Esas intersecciones relacionan la composición de vapor a la composición del líquido en ebullición que produce ese vapor.
La composición se expresa en fracción molar o en % mol
NA= fracción molar A =
NB = fracción molar B =
NA + NB = 1
% mol A = NA x 100
% mol B = NB x 100
moles A
Mol A + mol Bmoles B
Mol A + mol B
Las líneas horizontales (L1V1, L2V2, etc) representan la etapa
de evaporación de un ciclo dado e indica la composición del
vapor en equilibrio con el líquido a una temperatura dada.
Las líneas verticales (L1V2, V2L3, etc) representan la etapa de
condensación de un ciclo dado de evaporación –
condensación.
La composición no cambia cuando la temperatura cae en la
condensación (el vapor V3 condensa para dar un líquido L4
de composición 80% A con una caída en la temperatura de
63 hasta 53°C.
Solución inicial A = 5% (95%B)
L1 Peb = 87°C, V1 = 20% A (80%B)
L2 Peb = 78°C, (revaporizado) V2= 50% A (50%B)
L3 Peb = 63°C, (revaporizado) V3= 80% A (20%B)
L4 Peb = 53°C, (revaporizado) V4= 95% A (5%B)
L5 Peb = 51°C, (revaporizado) V5= casi A puro
LEY DE RAOULT
Dos líquidos A y B miscibles y que no interactúan forman una solución ideal que sigue la Ley de Raoult.
Establece que la presión parcial de A (PA) en la solución es igual a la presión de vapor de A puro (PA°) multiplicada por la fracción molar (NA) en la solución.
PA = NAPA° (1)
PB = NBPB° (2)
PA° = Presión de vapor de A puro independiente de B
PB° = Presión de vapor de B puro independiente de A
PTOTAL = PA + PB = NAPA° + NBPB° (3)
La composición de A y B en el vapor es:
NA (vapor) = PA/PT ; NB (vapor) = PB/PT
Para una presión de vapor despreciable de B, el vapor será A puro, e.g. solución de una sal acuosa
PTOTAL = P°H2O . NH2O + P°SAL + NSAL
P°SAL = 0 PTOTAL = P°H2O . NH2O
Una solución con NH2O = 0,7 no ebulle a 100°C, ya que PTOTAL =
760(0,7) = 532 mm Hg < Patm.
A T = 110°C, la solución ebulle porque PTOTAL = 1085 (0,7) = 760 mm
Hg.
La P°H2O (110°C) = 1085 mm Hg.
EFICIENCIA DE COLUMNA
Se mide por platos teóricos
1 Plato teórico corresponde a destilación simple o a un ciclo de evaporación – condensación.
5 Platos teóricos son necesarios para separar A puro de B (líneas L1V1L2; L2V2L3; L3V3L4; L4V4L5; L5V5 Figura 8.
La mayoría de columnas no permiten la destilación en etapas (Figura 8), ya que el proceso es continuo y los vapores están continuamente en contacto con el líquido de composición cambiante que pasa a través de la columna.
Los valores son calculados asumiendo un punto de ebullición de 150°C
para cada mezcla y para una columna operando en el equilibrio.
Diferencia del punto de ebullición
Número de Platos teóricos
108 1
72 2
54 3
43 4
36 5
20 10
10 20
7 30
4 50
2 100
Tabla 1. Número de platos teóricos requeridos para separación de mezclas líquidas
Ya que las columnas son raramente operadas en el
equilibrio, se requiere de mas números de platos teóricos
que los indicados en la tabla para una completa separación.
Ejemplo, se necesitan 3 o 4 platos teóricos y no 2 para una
mezcla de diferencia de platos de ebullición de 72°C.
Para una separación adecuada, la eficiencia (Número de
platos teóricos) de la columna debe incrementarse a medida
que disminuye la diferencia de puntos de ebullición.
Mantener la destilación con una tasa constante de destilado
y estableciendo un buen equilibrio L = V.
TIPOS DE COLUMNAS
La columna Vigreux presenta indentaciones enfrentadas con inclinación de 45°.
Columna 20cm tiene 2,5 platos y separa materiales con Peb = 60°C. Hold up =
1ml. Columna 40cm da 5 platos y Peb = 36°C.
Usadas en destilación pequeña escala debido a su pequeña cantidad de líquido
retenido por la columna.
Figura 9. Tipos de Columnas: A Vigreux. B: Perlas de vidrio. C: Esponja metálica
El tipo mas común de columna es la empacada como vidrio
(perlas, secciones cortas de tubos) o metal (esponjas u otras
formas). El vidrio no reacciona con compuestos orgánicos.
Para una mejor separación, la temperatura en el balón de
destilación debe ser incrementada lentamente para que el
líquido - vapor pueda moverse equilibrado en la columna. Si
el calentamiento es demasiado rápido, la columna se llena
con líquido disminuyendo la eficiencia de la separación, se
recomienda reducir el calor para que el líquido retorne al
balón.
Atracciones o repulsiones intermoleculares hacen que las mezclas de compuestos no muestren un comportamiento ideal, no siguen la Ley de Raoult.
Diagramas de composición L – V:
• Punto de ebullición mínimo
• Punto de ebullición máximo
Azeótropo. Mezcla de ebullición constante, composición fija no alterada por destilación normal (simple, fraccionada) y punto de ebullición fijo. Actúa como un compuesto puro.
Azeótropo
SOLUCIONES NO IDEALES – AZEOTROPOS
La mezcla etanol – agua da un azeótropo de punto de ebullición mínimo.
DIAGRAMA PUNTO EBULLICION MINIMO
Figura 10. Diagrama de fase con Punto ebullición mínimo Etanol-Agua
Resulta de una ligera incompatibilidad de las sustancias que
conduce a presiones de vapor combinadas mayores que las
esperadas en la solución y un menor punto de ebullición para
la mezcla.
Azeótropo en composición 96% etanol – 4% agua y Peb =
78,1°C. Peb etanol puro = 78,3°C.
No se puede obtener etanol 100% por destilación fraccionada.
Agua se retira por adición de benceno y removiendo el
azeótropo benceno – H2O – etanol (Peb = 65°C); luego de
retirar el agua, el exceso de benceno se remueve por
azeótropo etanol – benceno (Peb = 68°C). El resultado es
etanol absoluto
AZEOTROPO
COMPOSICION
(% Peso)PUNTO DE
EBULLICION
(°C)
Etanol - agua 95,6% C2H5OH, 4,4% H20 78,17
Benceno - agua 91,1% C6H6 8,9% H20 69,4
Benceno – agua - etanol 74,1% C6H6 7,4% H20, 18,5% C2H5OH 64,9
Metanol – tetracloruro de carbono
20,6% CH3OH. 79,4% CCL4 55,7
Etanol – benceno 32,4% C2H5OH. 67,6% C6H6 67,8
Metanol - tolueno 72,4% CH3OH. 27,6% C6H5CH3 63,7
Metanol - benceno 39,5% CH3OH. 60,5% C6H6 58,3
Ciclohexano – etanol 69,5% C6H12. 30,5% C2H5OH 64,9
2 Propanol - agua 87,8% (CH3)2CHOH. 12,2% H20 80,4
Acetato de butilo - agua 72,9% CH3COOC4H9. 27,1% H20 90,7
Fenol - agua 9,2% C6H5OH. 90,8% H20 99,5
Tabla 2. Azeótropos de Peb Mínimo
DIAGRAMA DE PUNTO DE EBULLICIÓN MAXIMO
Figura 11. Diagrama de fase con punto de ebullición máximo.
Resulta de una leve atracción entre las moléculas dando lugar a presiones de vapor combinadas menores en la solución, lo cual conoce un Peb más alto que el de los componentes.
El azeótropo al tener un Peb mayor que cualquier componente, estará concentrado en el balón de destilación a medida que el destilado de B puro es removido.
La destilación de una solución de composición X debe seguir a la derecha (Figura 11) y una vez la composición del material en el balón ha alcanzado la del azeótropo, la temperatura se incrementará y el azeótropo comenzará a destilar hasta que el material en el balón haya terminado.
Azeótropos de Peb máximo, pueden ser.
AZEOTROPOCOMPOSICION
(% Peso)
PUNTO DE EBULLICION
(°C)
Acetona - cloroformo 20,0% CH3COCH. 80,0% CHCl3 64,7
Cloroformo – metiletilcetona 17,0% CHCl3 83,0% CH3COCH2CH3 79,9
Acido clorhídrico 20,2% HCl, 79,8% H20, 108,6
Acido acético - dioxano 77,0% CH3COOH. 23,0%C4H8O2 119,5
Benzaldehído - fenol 49,0% C2H5COH. 51,0% C6H5OH 185,6
Tabla 3. Azeotropos de Peb Máximo
3. DESTILACION AL VACIO
Utilizada para compuestos con altos punto de ebullición (≈ 200°C) y/o que se descomponen.
El punto ebullición es reducido sustancialmente por reducción de la presión.
DESTILACION AL VACIO
Paredes gruesas o vidrio especial que no colapse bajo vacío.
Todo el equipo de vidrio debe estar libre de fisuras.
Conexiones seguras entre los tapones de caucho y el vidrio.
Burbujeador para evitar sobre calentamiento, las perlas de ebullición no trabajan en vacío.
Refrigerantes: agua, aire.
La trampa es necesaria para quedarse con el agua proveniente del frasco de recibo y manómetro cuando hay un cambio en la presión del sistema.
El tornillo de ajuste en B puede cerrarse cuando el manómetro no este en uso o no esté incluido.
El tornillo de ajuste en C puede abrirse lentamente para permitir el paso de aire al equipo y llevar el sistema a la presión atmosférica. El manómetro puede romperse si se abre demasiado rápido.
OPERACIÓN DEL EQUIPO
1. Ensamblar el equipo según figura 4, utilizar lentes de seguridad.
2. Pesar cada recipiente vacío de recolección de fracciones de destilado.
3. Concentrar el material a ser destilado en un erlenmeyer para remoción de todos los volátiles, e.q. éter, sobre un baño de vapor. Transferir el concentrado al balón de destilación y completar la transferencia con una pequeña cantidad de solvente. El frasco no debe tener más de la mitad de capacidad. Acople el frasco al equipo y asegúrelo. Asegúrese que todas las uniones están bien cerradas.
4. Abrir la válvula B.
5. Girar la llave del sistema de aspiración al máximo.
6. Ajustar el tornillo en A hasta que el tubo esté casi cerrado.
7. Lentamente cierre el tornillo en C hasta que el tubo esté completamente cerrado. Observar el burbujeador para que no sea ni demasiado vigoroso ni tan lento. Ajustar A hasta un burbujeo estable con C cerrado.
8. Registrar la presión, esperar 5 minutos para permitir que cualquier solvente residual sea removido. Reajustar A si es necesario. Si la presión no es satisfactoria, revisar todas las conexiones para ver si están bien cerradas. No proceder hasta tener buen vacío.
9. Incrementar la temperatura de la fuente de calor. Registrar el rango de T y P durante la destilación. El destilado debe ser colectado a 1 gota/seg. El punto de ebullición debe ser relativamente cte cuando P = cte. Un incremento rápido en presión puede ser debido a una rápida descomposición del material, produciendo una densa niebla .
Si esto sucede, reducir la temperatura de la fuente de calor o remover esta fuente y esperar hasta que el sistema se enfríe.
10. Para cambiar los frascos colectores cuando un nuevo componente comienza a destilar, abrir la llave en C lentamente e inmediatamente bajar la fuente de calor.
11. Cerrar de nuevo C y permitir varios minutos para que el sistema se estabilice.
12. Mover la fuente de calor hasta la posición debajo del balón de destilación y continuar. Cuando la temperatura cae en el termómetro, esto indica que la destilación es completa.
13. Al final de la destilación, remover la fuente de calor y lentamente abrir los tornillos en A y C. Luego cortar el agua al aspirador. Remover el frasco de recolección.
CORRECCION VASTAGO DEL TERMOMETRO
AT (+) = (0,000154) (T – t1) (T – t2)
1. Factor 0,000154 es una constante que corresponde a un coeficiente de expansión para el Hg.
2. T – t1 (figura 5)
3. T – t 2 (figura 5)
4. DESTILACION POR ARRASTRE CON VAPOR
La destilación por arrastre con vapor se emplea para la separación de sustancias muy poco solubles en agua y volátiles (presión de vapor a 100°C, relativamente alta) de otros componentes poco volátiles mezclados con ellas. Esta técnica no es usada para purificación de sustancias sino como técnica de extracción o separación. Es una aplicación práctica del fenómeno de la destilación de dos sustancias no miscibles y se utiliza especialmente cuando haya una o más de las siguientes condiciones:
1. Cuando la presencia de material sólido haga que la destilación ordinaria, la filtración y la extracción no sean prácticas.
2. Cuando la presencia de alquitrán haga que la extracción con el solvente orgánico sea inconveniente.
3. Cuando el producto volátil sea un sólido y el agua que lo arrastra evite que se deposite en el refrigerante.
4. Cuando la sustancia a destilar ebulla por encima de 100°C y se descomponga en el punto de ebullición.
5. Cuando la separación de una impureza volátil se pueda realizar mejor a presión reducida.
En contraste con el comportamiento exhibido por las soluciones de líquidos miscibles, las mezclas de sustancias no miscibles entre sí no obedecen la ley de Raoult. En este caso, la presión de vapor de cada componente no es influenciada por la presencia de los demás y cada una ejerce su propia presión de vapor a la temperatura considerada; la presión será la suma de las presiones parciales de cada componente.
De acuerdo con lo anterior, cuando la presión de vapor combinada de los componentes de la mezcla iguala la presión opuesta, la mezcla ebullirá. Una ventaja particular de la destilación por arrastre con vapor es que la sustancia orgánica ebullirá a una temperatura menor que si la sustancia fuera calentada en ausencia de agua, debida a que dicha sustancia contribuye solo en parte a la presión de vapor total y la restante es suministrada por el vapor de agua.
Puesto que la presión ejercida por un componente en la fase de vapor (a una determinada temperatura) es proporcional a la concentración de moléculas, entonces en el punto de ebullición de la mezcla, la relación de presiones de vapor de dos componentes A y B es igual a la relación de las moléculas en la fase de vapor, que es la misma relación en el destilado.
NA PA
= (1)NB PB
donde: NA = Número de moléculas de A
NB = Número de moléculas de B
De la ecuación anterior se deriva que la composición en peso de los
componentes en el destilado depende de las presiones de vapor de los
componentes a la temperatura de destilación y de los pesos
moleculares de A y B, según:
WA MANA MAPA
= = (2)WB MBNB MBPB
donde: WA = Peso en gramos de A
WB = Peso en gramos de B
MA = Peso molecular de A
MB = Peso molecular de B
Por consiguiente y debido al bajo peso molecular del agua, se conseguirá una cantidad apreciable de destilado de sustancias de elevado peso molecular.
PARTE EXPERIMENTAL
Procedimiento A: Se coloca en el balón D, 100grs de cáscara de naranja, mandarina, semillas de eucalipto u otro material que pueda contener aceites esenciales. Este material debe estar finamente rallado.
Se realiza la destilación y cuando se haya obtenido una cantidad suficiente de aceite se determina el índice de refracción.
Se utiliza en este caso como receptor del destilado el tubo T indicado en la figura 12, el cual actúa como sifón y facilita la recolección del aceite esencial, debido a que se obtiene en pequeña cantidad.
Figura 12. Equipo de Destilación con arrastre con vapor
PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS
CRISTALIZACIÓN CRISTALIZACIÓN
CRISTALIZACIÓN – PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS
La técnica incluye la disolución del material en un solvente en caliente (ó mezcla de solventes) y enfriamiento lento de la solución.
La cristalización es un proceso relativamente lento y selectivo con crecimiento de cristales puros. Si el proceso es rápido y no selectivo se denomina precipitación y las impurezas son atrapadas dentro del sólido.
SOLUBILIDAD
El primer paso en la cristalización es la selección del solvente.
El material debe ser insoluble a temperatura ambiente y completamente soluble al Peb del solvente (curva A).
La solubilidad de los compuestos orgánicos depende de las polaridades de SOLVENTE Y SOLUTO.
Compuestos con grupos que forman puentes de hidrógeno (-OH, -NH2, -COOH, -CONH2) son más solubles en solventes hidroxílicos (H2O, CH3OH) que en solventes de hidrocarburos (benceno,hexano). El aumento de la cadena carbonada disminuye la solubilidad (dodecanol : CH3(CH2)10CH2OH).
ORDEN SOLVENTE
H2O Agua
RCOOH Ácidos Orgánicos (Ácido Acético)
RCONH2 Amidas (N,N dimetilformamida)
ROH Alcoholes (metanol, etanol)
RNH2 Aminas (trietilamina, piridina)
RCOR Aldehídos, cetonas (acetona)
RCOOR Esteres (Acetato de Etilo)
RX Haluros (CH2Cl2 > CHCl3 > CCl2)
ROR Éter (Éter dietílico)
ArH Aromáticos (Benceno, tolueno)
RH Alcanos (hexano, éter de petroleo) Tabla 1. Solventes en orden decreciente de Polaridad.
La estabilidad del enrejado cristalino afecta la solubilidad, siendo menos soluble cuando es más estable el cristal. Ej. Ácido p–nitrobenzoico (Pf= 242 °C, más estable) es 10 veces menos soluble en etanol que el orto (Pf = 147°C y el meta (Pf = 141°C).
TEORIA DE LA CRISTALIZACION.
Gran diferencia de solubilidad con un solvente en caliente y en frío.
Purificación de un material por cristalización cuando la impureza con similar solubilidad está en pequeña proporción (cristaliza la sustancia pero no las impurezas).
Figura 2. Purificación de una mezcla por Cristalización
CRISTALES LIQUIDO MADRE
IMPURO (9g A + 2g B)
PURO (8g A + 1g B) (1g A + 1g B) perdido
PURO (7g A) (1g A + 1g B) perdido
Resultado: 7g de A puro y 4g en pérdidas.
Si la impureza B fuera más soluble que A, se reducen las pérdidas.
Si la impureza está en un % mayor (ej. 50%) no hay separación.
SELECCIÓN DEL SOLVENTE
Disuelve poco en frío y bastante en caliente.
Pruebas con diferentes solventes en cantidades pequeñas.
No utilizar solvente cuyo Peb sea más alto que el Pf de la sustancia. Se puede formar un líquido aceitoso que no es soluble en el solvente y al enfriarse no cristaliza sino que forma un sólido amorfo o una masa dura que no facilita la purificación de la sustancia. Se puede redisolverlo y buscar su recuperación.
Volatilidad. Un solvente con bajo Peb puede ser removido sin dificultad. Un alto Peb implica calentamiento con vacío.
2. Filtración
La solución caliente es filtrada si hay material insoluble o ha sido utilizado carbón activado.
Filtración en caliente para evitar cristalización en el proceso.
Si los cristales aparecen en el filtro, se añade una pequeña cantidad de solvente en ebullición para redisolverlos.
1. Disolución del sólidoSe realiza con la mínima cantidad del solvente en ebullición.
Proceso continuo de adición de pequeñas porciones del solvente caliente hasta disolución del sólido. Se busca obtener una solución saturada.
Impurezas insolubles en caliente aparecen como partículas, fibras, etc.
TECNICA DE RECRISTALIZACION
3. Cristalización
Se recomienda un erlenmeyer y no beaker. La boca más pequeña reduce contaminación y facilita la manipulación.
Enfriamiento para la formación de los cristales.
Inducción de la cristalización:
• Raspar con varilla de vidrio el
interior del recipiente. Las
vibraciones de alta frecuencia;
pequeñas cantidades de la
solución se secan por evaporación
y se convierten en núcleos o
semillas de cristalización; fibras de
vidrio son núcleos de cristalización.
• Enfriamiento dentro de un baño de hielo.
• Incluir semillas del material.
Separación de cristales utilizando filtración al vacío con embudo
büchner. Se lavan con solvente en frío para remover el licor madre
adherido a la superficie del sólido.
4. DECOLORACION
Remoción de impurezas coloreadas con carbón activado. En el momento que el sólido es disuelto en la mínima cantidad de solvente, se añade una pequeña cantidad de carbón que absorbe las impurezas coloreadas (≈ 0,25g). En exceso puede absorber el producto.
Mantener en ebullición la mezcla por unos pocos minutos.
Filtración en caliente. En el filtro se remueve el carbón.
5. SECADO DE CRISTALES
Secado al aire para evitar descomposición o fusión.
Secado en estufa evitando la Tf, recordando que se reduce por la presencia del solvente.
Desecador de vacío. La exposición con vacío y agente desecante. Puede existir sublimación.
6. MEZCLA DE SOLVENTES
Las características de solubilidad no se encuentran en un solo
solvente.
Selección de solvente donde el soluto es soluble y un segundo
solvente que sea miscible con el primero y en el cual es
relativamente insoluble.
El compuesto es disuelto en el primer solvente con la mínima
cantidad del solvente en ebullición. Luego se añade el 2º
solvente caliente a la mezcla en pequeñas porciones hasta que
la mezcla se enturbie. En este punto se adiciona más del 1º
justo hasta aclarar la solución y se tiene la solución saturada.
Metanol - Agua Éter - Acetona
Etanol – Agua Éter – Éter de petróleo
Acido Acético – Agua Benceno* – Ligroína
Acetona – Agua Cloruro de Metileno - Metanol
Éter - Metanol Dioxano* - Agua
TABLA 3. Pares de solventes para Cristalización
* Sospechosos como cancerigenos
Importante no añadir un exceso del 2º solvente o enfriar la solución
rápidamente, porque puede transformar el sólido en un producto aceitoso
o viscoso. En este caso se recalienta la solución y se adiciona mas del
1er solvente.
PURIFICACIÓN DE SÓLIDOS
SUBLIMACIÓN
Se presenta cuando se calienta un sólido y pasa directamente hasta vapor sin convertirse en líquido (SUBLIMAR). El proceso se puede invertir para regresar al sólido (CONDENSAR).
La Figura 1 muestra dos tipos de equipos para sublimación.
El agua fría entra y baja dentro de un dedo frío en el cual los vapores procedentes del sólido se condensan.
Fig 1. Dedos fríos para sublimación
PROCEDIMIENTO
1. Colocar el sólido impuro en el fondo del tubo de sublimación.
2. Colocar el dedo frío dentro del sublimador. Evitar que el dedo
toque el sólido impuro.
3. Ensamble el equipo y abra el sistema de agua fría.
4. Si es necesario el vacío, instalarlo en este momento muy
lentamente. Si la fuente de vacío es un aspirador de agua,
colocar una trampa de agua entre el aspirador y el sublimador.
5. Cuando ya esté funcionando normalmente, lentamente
comience a calentar el fondo del sublimador, si es
necesario. Se observan vapores que salen del sólido y
crsitales de sólido puro sobre el dedo frío.
6. Para terminar, se deja enfriar el sublimador y muy
cuidadosamente introducir aire en el equipo. Una súbita
entrada de aire puede afectar los sólidos purificados.
7. Retirar cuidadosamente el dedo frío y tomar el sólido
sublimado.
EXTRACCIÓN Y LAVADO
EXTRACCIÓN Y LAVADO
Sólido – líquido: componentes del sólido extraído por un líquido (infusiones, café, té, aromáticas).
Líquido – líquido: Solventes inmiscibles con diferentes solubilidades de compuestos a extraer.
Figura 1. Embudo de decantación
Ej. Mezcla compuesto A – ácido,
se disuelve en éter y se coloca en embudo de decantación.
Se añade agua y se forman dos capas, aquí el ácido se lava pasando de la capa orgánica a la de agua.
También se concluye que el ácido
es extraído en la capa acuosa.
TIPOS DE COMPUESTOS
Ácidos fuertes (minerales y orgánicos como benzoico). Se
extraen o lavan con solución de NaHCO3 (base débil).
Ácidos débiles. Ej.. Fenoles. Se usa solución de NaOH
(base fuerte) para lavado o extracción.
Bases orgánicas. Ej. Aminas (anilina, trietilamina, etc.) Se
utiliza ácido diluido (5 - 10% HCl).
Compuestos neutros. Ej.:amidas, éteres, alcoholes,
hidrocarburos.
COMO EXTRAER Y QUE LAVAR
Acido orgánico fuerte
Extracción en solución saturada de NaHCO3.
Precaución: la base débil convierte el ácido fuerte en sal que se disuelve en el agua de la solución de bicarbonato . El burbujeo produce incremento de la presión y puede expulsar la tapa. Debe invertirse el embudo y abrir la llave para ventear el embudo. Recuperar el ácido adicionando HCl concentrado hasta que la solución esté ácida.
Acido Orgánico débil
Extracción en solución 10% NaOH en agua, el ácido se convierte en sal que queda en la capa acuosa de NaOH.
El ácido se recupera con adición de HCl hasta que la solución básica sea ácida ensayada con papel indicador.
Base orgánica
Extracción con solución acuosa al 10% HCl. La base se convierte en sal que se disuelve en la capa acuosa.
Se recupera la base con adición de NH4OH a la solución acuosa hasta pH básico con papel indicador.
Compuesto orgánico neutro
El solvente que queda luego de remover ácido fuerte, ácido débil y bases, contiene compuestos neutros. Se selecciona un líquido inmiscible que disuelva el compuesto orgánico requerido.
PROCESO DE RECUPERACION DEL MATERIAL EXTRAIDO
1. Si el material es soluble en solución acuosa de recuperación, se realiza una nueva extracción.
• Solvente que disuelva el componente e inmiscible en la solución acuosa. Debe ebullir a T < 100 °C. Ej.: éter etílico.
• Luego se extrae el compuesto de la solución acuosa y queda en el solvente orgánico.
• Secar solución orgánica con agente desecante.
• Remover el solvente por destilación o evaporación.
• Si producto no está puro, destilarlo o recristalizarlo.
2. Si el material es insoluble en la solución acuosa de recuperación, se separa en embudo Büchner y se recristaliza para purificarlo.
3. Si el material es insoluble en la solución acuosa de recuperación y es líquido, se separa en embudo de decantación. Se seca el producto líquido y se destila.
EJEMPLO: EXTRACCIÓN DE MUESTRA COMPUESTA
MEZCLA: Acido benzoico (1); fenol (2); p– toluidina (3) y
metoxibenceno (4).
Asumir que no hay reacción entre ellos.
Propuesta de separación:
1. Disolver la mezcla en éter, se disuelven los 4 compuestos.
2. Extraer con 10% HCl. Este convierte el compuesto (3) en una sal de
clorhidrato de p– toluidina. Se guarda la solución acuosa.
3. Extraer de la solución de éter con solución saturada de NaHCO3.
Agitar el contenido dentro del embudo de decantación y liberar la
presión. La base débil convierte sólo el compuesto (1) en una sal de
benzoato de Na. Guardar la solución.
4. Extraer de la solución de éter con solución 10% de NaOH. Esto
convierte el compuesto (2) que es un ácido débil, a una sal. Guardar
la solución acuosa.
Nota: Si esta etapa se hace antes de la extracción con NaHCO3,
entonces la solución acuosa de NaOH extrae el ácido fuerte y el
débil.
RECUPERACION DE COMPUESTOS
1. El compuesto básico (3). Se adiciona NH4OH hasta basicidad. La
p-toluidina es regenerada.
2. Acido fuerte ó débil (1,2). Adicionar HCl diluido hasta acidez. Se
regeneran ambos compuestos.
3. El compuesto neutro. Evaporar el solvente de éter y se recupera
el compuesto.
EXTRACCION DE PIGMENTOS DE UN MATERIAL VEGETAL
Se pueden utilizar materiales con clorofila, como pasto, perejil,
cilantro, etc, o materiales sin clorofila como zanahoria, tomate,
pimentón, etc, también se puede extraer pigmentos de productos
comerciales como compotas, salsas de tomate, jugos. etc.
Pesar 5 g de material dividido en pequeños trozos; colóquelos en un
mortero de porcelana y añada 15ml de solvente 10–20; macerar
durante 5 minutos para extraer los pigmentos; se presiona
fuertemente el material para liberar el solvente y se decanta en un
tubo de ensayo. Como el material contiene agua, se formarán dos
capas; la capa superior contiene el extracto.
Si el material estaba muy húmedo es muy posible que no se
formen dos fases bien definidas sino una emulsión; se
agrega entonces una pequeña cantidad de NaCl y se agita
suavemente para romper la emulsión; dejar reposar la
mezcla para que separen bien las dos fases.
El extracto debe estar intensamente coloreado; si el volumen
recogido es de aproximadamente 5ml y el color es tenue, se
evapora el solvente hasta un volumen aproximado de 1mL.
El solvente debe ser evaporado mediante una plancha o un
baño de agua; no debe usarse mechero pues el disolvente
10 – 20 es inflamable.
Este tipo de extracción se realiza habitualmente en un aparato
denominado Soxhlet.
La sustancia sólida se introduce en un cartucho poroso
(generalmente hecho con papel de filtro, que permite al solvente
entrar y salir reteniendo al sólido) que se coloca dentro del
recipiente B (ver Figura 1). Se adosa un balón C a dicho
recipiente donde se coloca el volumen de solvente que se
utilizará en la extracción. Por el extremo superior del recipiente B,
se coloca un condensador D.
El solvente se calienta; los vapores ascienden por el tubo E,
condensan en el refrigerante D y caen dentro del recipiente B
impregnando al sólido que se encuentra en el cartucho A.
EXTRACCIÓN SOXHLET
SOXHLET
EXTRACCIÓN SOXHLET
El recipiente B se va llenando lentamente de líquido hasta que llega al
tope del tubo F y se descarga dentro del balón C por efecto de sifón,
llevando consigo a la sustancia extraída. El proceso se repite
automáticamente hasta que la extracción se completa. El solvente de
extracción se evapora, recuperando así a la sustancia deseada.
En todos los casos es primordial la elección del solvente de
extracción. Cuando no se conoce la estructura del compuesto que se
desea extraer, se utilizan diferentes solventes (de menor a mayor
polaridad) y se determina dónde queda el compuesto luego de cada
extracción mediante técnicas cromatográficas (cromatografía en capa
delgada, cromatografía gas-líquido, etc.). De esta forma se busca el
sistema de solvente/s más apropiado/s tanto para una extracción
líquido-líquido como sólido-líquido.
CROMATOGRAFIACROMATOGRAFIA
Es un método de separación eminentemente físico; la
cromatografía se refiere a procesos basados en diferencias de
velocidades a las cuales los componentes individuales de una
mezcla emigran por un medio estacionario (sorbente) bajo la
influencia de una fase móvil (eluyente).
En cromatografía se pueden obtener separaciones que no se
logran por otros métodos, debido a que los procesos que
intervienen se repiten continuamente durante el movimiento de
los componentes a lo largo de la fase estacionaria. La
cromatografía ofrece entre otras ventajas: la simplicidad de sus
métodos en comparación con los tradicionales, la velocidad de
análisis, la gran sensibilidad de detección, la aplicación al
análisis de sustancias no coloreadas, etc.;
por lo cual esta técnica se ha convertido en una herramienta de trabajo para la obtención, separación, purificación e identificación de compuestos orgánicos, medicinas, productos naturales, minerales, productos industriales y comerciales.
Los sistemas cromatográficos se pueden dividir de acuerdo con:
1. Los diferentes principios de separación.
2. Con la estructura mecánica del recorrido de separación
3. Con el tipo de fase estacionaria.
1. SEGÚN LOS PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN
1.1. Cromatografía por absorción
La fase estacionaria es un absorbente y la separación se basa en pasos repetidos de adsorción – desorción, de acuerdo con el equilibrio de acciones ejercidas por:
a. la diferente sorción molecular entre el sorbente y las
diferentes sustancias a separar.
b. La acción de desplazamiento ejercida por el eluyente
sobre la sustancia adsorbida y que depende de la polaridad
de la fase móvil.
Los tipos de interacciones que causan la adsorción son los
mismos que ocasionan atracciones entre moléculas, como:
atracciones electrostáticas, puentes de hidrógeno, fuerzas
de Van der Waals,etc.
1.2 Cromatografía por partición o reparto
La separación de los componentes de la mezcla se lleva a cabo por
sus diferentes solubilidades en las fases móviles y estacionaria, los
cuales no deben ser completamente miscibles entre si.
1.3. Cromatografía por intercambio iónico.
La fase estacionaria tiene una superficie iónicamente
cargada, con carga opuesta a la de la muestra. Ocurre casi
exclusivamente con muestras iónicas o fácilmente
ionizables.
Entre mayor sea la carga de la muestra, mayor será su
atracción por la superficie iónica y por tanto mas tiempo
tardará en eluír. La fase móvil es un buffer acuoso, donde el
pH y la polaridad son utilizados para controlar el tiempo de
elución.
1.4. Por exclusión por tamaño.
La fase estacionaria consiste en un material poroso con
los tamaños de los poros muy precisamente controlados
y la muestra es simplemente tamizada o filtrada de
acuerdo con sus diferencias en los tamaños moleculares.
Principalmente por razones históricas esta técnica se
denomina también filtración por Gel o Cromatografía por
penetración del Gel, aunque actualmente la fase
estacionaria no esté restringida a un Gel.
2. SEGÚN LA ESTRUCTURA MECÁNICA DEL RECORRIDO DE
SEPARACIÓN :
2.1. Tubos. Que se llenan con la fase estacionaria
(columnas empacadas) o se encuentran revestidos por la
misma (columnas capilares) y dan origen a la cromatografía en
columna.
2.2. Capas. Que están formadas por la fase estacionaria y
da lugar a la cromatografía en capa.
3. SEGÚN LOS TIPOS DE FASES.
3.1 Cromatografía en columna.
Si la fase estacionaria es un sólido y la fase móvil un líquido que
fluye por gravedad, se tiene la cromatografía en columna
clásica o tradicional (CC), cuyo principio de separación ocurre
por adsorción. Se realiza dentro de un tubo de vidrio el cual se
empaca con el sorbente que es sólido activo (p.e. alúmina o
silicagel) que se escoge teniendo en cuenta la naturaleza de la
separación que se desea hacer y de la mezcla a separar. La
mezcla se aplica en lo alto de la columna donde es adsorbida
inicialmente; en seguida se eluye con un solvente el cual
transportará los componentes de la mezcla de acuerdo con el
poder selectivo de adsorción de fase estacionaria;
Entre más débilmente sea adsorbido un compuesto, será
eluído más rápidamente y viceversa.
3.2. Cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC).
En la cromatografía de columna clásica, debido a que el
solvente fluye por gravedad, el proceso resulta muy lento y
por tanto poco práctico, por esta razón se han desarrollado
métodos en los cuales el eluyente es impulsado
mecánicamente por una bomba, realizando el proceso
mucho más rápidamente, además se han desarrollado
nuevas y más eficientes fases estacionarias, originándose
de esta manera la Cromatografía Líquida Moderna.
3.3. Cromatografía de gases.
En este caso, la fase estacionaria también está empacada en una columna y está constituida por un líquido de escasa volatilidad distribuido sobre un soporte sólido inerte; la fase móvil es un gas inerte como helio o nitrógeno.
La mezcla que se va a separar es vaporizada e introducida como un gas en la cabeza de la columna, donde es transportada a lo largo de la columna por la fase móvil. El fenómeno que ocurre es un proceso de partición en el cual los solutos se distribuyen o dividen entre la fase estacionaria y la fase móvil; la velocidad de movimiento de los distintos componentes a lo largo de la columna depende de su tendencia a disolverse en la fase líquida estacionaria; un coeficiente de reparto que favorezca la disolución de un componente en la fase estacionaria da por resultado una baja velocidad.
Método Cromatográfico en el que la fase móvil es un gas (gas portador), y la fase estacionaria es un líquido (CGL) o un sólido (CGS).
Gas Portador• El gas portador cumple básicamente dos propósitos:
Transportar los componentes de la muestra, y crear una matriz adecuada para el detector.
Un gas portador debe reunir ciertas condiciones:
• Debe ser químicamente inerte para evitar interacciones (tanto con la muestra como con la fase estacionaria).
• Fácilmente disponible.• De alto grado de pureza.• Económico.
• Adecuado para el detector a utilizar.
http://www.montes.upm.es/Dptos/DptoIngForestal/OperacionesBasicas/Docencia/PDF/Temas/TEMA5.pdfSkoog, D.; Principios de Análisis instrumental. McGraw Hill, Quinta Edición
BLOQUE DE INYECCIÓNBLOQUE DE INYECCIÓN
Introducir los solutos en la corriente de gas portador.
Vaporizar las muestras cuando éstas no son gaseosas.
La temperatura del bloque ha de ser superior a la del Peb del componente de la mezcla menos volátil.
COLUMNAS
Empacadas
Abiertas o capilares
La fase estacionaria líquida está retenida sobre un sólido inerte (soporte).
La fase estacionaria líquida se fija a la pared interior de la columna.
Son la parte más importante del sistema cromatográfico. Se encarga de efectuar la separación.
Pueden ser de cobre, acero inoxidable, aluminio o vidrio.De forma recta o helicoidal.
Dos tipos:
COLUMNAS EMPACADAS
• Generalmente de acero inoxidable.
• Diámetro exterior entre 1/8 - ¼ pulg.
• Longitud de 2-10 pies.
• Rellena de un soporte sólido, al cual esta unida la de fase estacionaria líquida.
COLUMNAS CAPILARES
• d.i ¼ - 1/2 mm, suelen construirse con sílice fundida.
• 10- 100 m de longitud.
TIPOS DE TIPOS DE COLUMNA:COLUMNA:
WCOT (wall coated open tubular)proporcionan la mejor resolución.
SCOT (support-coated open tubular)pueden tener mas fase liquida, soportan mayor cantidad de muestra
PLOT (porous layer open tubular)Adecuadas para análisis de gases ligeros y otros compuestos volátiles.
Fases estacionarias
• La fase estacionaria de una columna cromatográfica ha de reunir una serie de requisitos:
• Baja volatilidad, su punto de ebullición debe de ser por lo menos 100° C mayor a la temperatura máxima de operación de la columna.
• Estabilidad térmica.
• Inerte químicamente.
DETECTORES Dispositivos que miden la concentración de cada uno
de los componentes de la muestra y generan una señal eléctrica proporcional a dicha concentración.
CLASIFICACIÓN:•Universales• Selectivos• Destructivos o no destructivos
CARACTERISTICAS:
• Alta sensibilidad • Buena estabilidad • Respuesta continua y reproducible a los cambios de concentración del compuesto• Respuestas adecuadas al mayor número posible de muestras • Tiempo de respuesta corto
•Detector de Conductividad térmica (TCD).
•Detector de ionización de llama (FID)
•Detector de captura electrónica (ECD)
•Detector fotométrico de llama (FPD)
•Detector de Nitrógeno –Fósforo (NPD)
•Detector selectivo de masas
DETECTOR DE CONDUCTIVIDAD TERMICA (TCD)
Celda del detector TCD
12
35
4
i 1 Bloque metálico
2 Entrada del gás de arraste
3 Salída de gás de arraste
4 Filamento metálico (W-Re)
5 Alimentación de corriente eléctrica para el filamento
• Se basa en los cambios en la conductividad térmica de la corriente de gas portador debido a la presencia de moléculas del analito que abandona la columna.
• Responde a la concentración del soluto en el gas portador
• No destructivo.
CELDAS DE MUESTRA
CELDAS DE REFERENCIA
VIS
TA
SU
PE
RIO
R
CELDAS DE REFERENCIA V
IST
A L
AT
ER
AL
CELDAS DE MUESTRA
Cuando eluye un compuesto de menor conductividad térmica que la del gas de arrastre:
Existe diferencia entre la resistencia de los
filamentos de la muestra y de
referenciaResistencia eléctrica de los
filamentos de la celda de referencia permanece cte.
Filamentos de la celda de referencia no se
enfrían
Filamentos de la celda de muestra se enfrían
Resistencia eléctrica de los filamentos de la celda de
muestra aumenta
Características TCD
• Universal (Respuesta a todos los compuestos)• Cantidad mínima detectable 10-9 g• Señal proporcional a la concentración de
analito en el gas.
• Gas portador He ó H2
• Generalmente empleado para columnas empacadas (140µL)
• Temperatura límite 400°C
DETECTOR DE IONIZACIÓN DE LLAMA (FID)
• Es uno de los más usados en CG.
• El efluente de la columna es quemado en una llama de hidrógeno y aire produciendo iones en el proceso.
• El analito ionizado en la llama ocasiona un paso de corriente entre los electrodos.
• Los gases portadores que se utilizan son helio, nitrógeno
• Respuesta a todos los compuestos orgánicos.
• La señal es proporcional al contenido de carbono en la muestra.
• No detecta H2, N2, O2, CO2, CO, CS2, NH3, NxOy, siX4, H2O, perhalogenados, HCOOH, HCHO.
• Cantidad mínima detectable 10-100 pg
• Temperatura límite 400°CMc Nair, H.; Basic Gas Chromatography, Thecniques in Analytical Chemistry. John Wiley & Sons. New York. 1998
Holm, T.; Aspects of the mechanism of the flame ionization detector. J. Chromatogr. A 842 (1999) 221–227
• Es un detector selectivo que proporciona una muy alta selectividad a compuestos que “capturan electrones”, como los compuestos halogenados (empleado en el análisis de pesticidas).
• Se basa en la captura de los electrones libres procedentes de la ionización del gas portador.
• La celda de conductividad consta de un ánodo, un cátodo y una fuente radioactiva de Ni63 que produce partículas β.
• Gas de arrastre N2 o Ar + 5% CH4
• CMD 0.01-1.0 pg;
DETECTOR DE CAPTURA ELECTRONICA (ECD)
Mc Nair, H.; Basic Gas Chromatography, Thecniques in Analytical Chemistry. John Wiley & Sons. New York. 1998
DETECTOR DE NITROGENO-FOSFORO (NPD)
• La diferencia con el detector FID es que en la parte superior tiene una perla de Rb ó Cs.
• Muy sensible a compuestos de Nitrógeno y Fósforo.
• Debe estar a una temperatura mínima de 150°C, no se debe apagar.
Mc Nair, H.; Basic Gas Chromatography, Thecniques in Analytical Chemistry. John Wiley & Sons. New York. 1998
DETECTOR FOTOMÉTRICO DE LLAMA (FPD)
• Adaptado del detector FID• Principalmente para compuestos con azufre (394 nm) y fósforo
(526 nm), como los encontrados en los residuos de pesticidas.• Temperatura límite de 250°C
Mc Nair, H.; Basic Gas Chromatography, Thecniques in Analytical Chemistry. John Wiley & Sons. New York. 1998
DETECTORES SELECTIVOS DE MASAS
• Son espectrómetros de masas que son acoplados a los CG.
• Requiere solo µg de muestra.• Proporciona información cualitativa
(estructura, composición elemental, peso molecular) así como también su cuantificación.
http://www.regional.org.au/au/gcirc/4/78-1.gif
Las distintas fracciones van apareciendo sucesivamente con el
vehículo gaseoso de la columna y se identifican con base en sus
propiedades físicas por intermedio de elementos de medición
apropiados (p.e. detectores de conductividad térmica o de
ionización por llama), registrándose automáticamente como picos
que indican la concentración de las diferentes fracciones y la
composición cualitativa de la mezcla estudiada.
3.4. Cromatografía en Papel.
Cuando en la cromatografía en capa, la fase estacionaria está
formada por papel absorbente, como hojas de papel de filtro
especialmente tratadas y estandarizadas, se tiene la cromatografía
en papel (CP).
La fase móvil que es un líquido, se desplaza gracias a la
capilaridad del papel. El principal fenómeno que interviene
en el proceso es el de reparto; pero algunas veces actúan
procesos de adsorción, cuando se trata de sustancias que
pueden formar puentes de hidrógeno o procesos de
intercambio iónico p.e. en los azúcares donde los grupos
hidroxilo pueden oxidarse a carboxilo.
Los solventes empleados en cromatografía de papel deben
ser parcialmente solubles en agua, ya que sin la presencia
de agua o no se produce migración o se forman manchas
borrosas.
3.5. Cromatografía en Capa Fina.
Cuando la fase estacionaria está formada por capas hasta
0.30mm de espesor, colocadas sobre un soporte de vidrio,
metal o plástico, recibe el nombre de cromatografía en capa
fina (CCF). Cuando las capas son mas gruesas se habla de
cromatografía en capa. La fase móvil también está constituida
por un líquido.
La CCF se denomina también cromatografía en columna
abierta y está basada en el principio de adsorción, aunque en
menor grado se presentan también fenómenos de partición
cuando las placas contienen cierta cantidad de agua y
fenómenos de intercambio iónico.
La CCF presenta algunas ventajas como son:
a. Requiere mínimo equipo.
b. El consumo de tiempo es mínimo, con respecto a la cromatografía en papel y en columna.
c. La eficiencia en la separación suele ser superior a la cromatografía en papel.
d. El límite inferior de apreciación de las sustancias identificadas viene a ser unas diez veces más bajo que en papel.
e. Aún con cantidades mínimas de sustancias, es posible lograr separación, tal como si se tratara de trazas.
f. Los adsorbentes de tipo inorgánico facilitan el reconocimiento de sustancias no coloreadas disgregadas con aspersivos enérgicos (ácido sulfúrico, yodo, etc.), que no pueden utilizarse en cromatografía en papel porque destruirán la celulosa; además estos sorbentes inorgánicos facilitan la identificación a la luz ultravioleta por su escasa fluorescencia.
g. Por este método se logran separaciones preparativas en capas más gruesas.
SORBENTES
Por lo regular se utilizan los mismos adsorbentes que los
usados en columna; principalmente Silicagel, Oxido de
Aluminio (Alúmina), Kieselguhr (tierra de diatomáceas),
Celulosa Microcristalina. Estos sorbentes pueden contener o
no aditivos, como aglutinantes o indicadores de fluorescencia.
Los sorbentes se extienden uniformemente sobre el soporte y requieren gran homogeneidad, lo cual se logra generalmente con extendedores mecánicos. El operador habrá de elegir el tipo de sorbente óptimo considerando las características físico-químicas de los compuestos que se van a separar, ya que el sorbente, compuesto y eluyente actúan recíprocamente.
El compuesto que se va a cromatografiar se le deben determinar por lo menos las siguientes 3 propiedades:
a. Solubilidad: Si la sustancia es hidrofílica (soluble en agua); o hidrofóbica (soluble en solventes orgánicos o insoluble en agua).
b. Acidez: Si el compuesto es ácido, básico, neutro o anfótero.
c. Si el compuesto reacciona con el sorbente o con el eluyente.
ELUYENTES
La elección depende de la naturaleza del compuesto que se va a separar y del sorbente. Una regla para esta elección es comparar las polaridades del eluyente y del compuesto; si no se conoce la polaridad del compuesto o si se quiere establecer una velocidad de migración, se ensayan varios solventes de una serie eluotrópica, comenzando por el menos polar y aumentando progresivamente la polaridad; ej.: hexano, tetracloruro de carbono, benceno, diclorometano, cloroformo, éter etílico, acetato de etilo, etanol, metanol, agua.
CARACTERIZACION DE LAS SUSTANCIAS
La medida de la velocidad de migración de un compuesto se llama Rf y se define como relación entre la distancia recorrida por el centro de la mancha de la sustancia desde el punto de aplicación y la distancia recorrida por el eluyente también desde el punto de aplicación:
Estos valores se expresan generalmente en %.
Cada sustancia tiene un Rf característico para cada sistema sorbente – eluyente, lo que permite su identificación. En los trabajos de rutina, por razones de simplificación, la distancia desde el punto de aplicación de la muestra y el frente del eluyente se fija en 10cm., adaptándose el término hRf.
Distancia recorrida por la mancha desde el punto de aplicación
Distancia recorrida por el eluyente desde el punto de aplicaciónRf:
Recorrido de la mancha (en cm) x 100
10cmhRf:
Cuando se desea proceder con especial exactitud y no se tiene sustancia patrón a la mano, se hace migrar junto con la sustancia a analizar, otra de referencia obteniéndose la relación conocida como Rst
Distancia recorrida por la mancha desde el punto de aplicación
Distancia recorrida por la sustancia de referencia desde el punto de aplicación
Rst:
Este valor es muy frecuente encontrarlo en la literatura aplicando lasiguiente relación.
A pesar de que los valores Rf son constantes y característicos para cada sustancia, pueden encontrarse fluctuaciones hasta de un 10% a causa de factores como temperatura, concentración, impurezas presentes, espesor de la capa, pH etc. Por esta razón es conveniente colocar sustancias de referencia simultáneamente con el problema.
PARTE EXPERIMENTAL
Se realiza la separación por cromatografía en capa Fina de pigmentos presentes en productos vegetales con clorofila o sin clorofila y de una mezcla de colorantes.
hRf de la sustancia problemaRst:
hRf de la sustancia de referencia
1. Preparación de la Placas: Como soporte de la fase
estacionaria se utilizan portaobjetos, los cuales deben estar
perfectamente limpios y secos. La aplicación de la fase
estacionaria da muy buenos resultados en cuanto a
homogeneidad cuando se efectúa con un extendedor
mecánico, paro se obtienen resultados similares tomando por
un extremo dos portaobjetos previamente unidos por las caras
y sumergiéndolos durante 10 segundos dentro de un frasco
cilíndrico que contiene una suspensión concentrada de la fase
estacionaria (generalmente silicagel en 3 volúmenes de
cloroformo por 1 de metanol o silicagel en acetato de etilo–
etanol; en ambos casos la relación de silicagel y solvente es
de 1 a 2); se sacan los portaobjetos, se separan y se deja que
sequen al ambiente.
2. Aplicación de la Muestra: Con la punta de un capilar se
traza una línea de origen a 1,5 o 2 cm. de un extremo de la
placa. En la línea de origen se colocan 2 manchas separadas
(de 0,3 a 0,5 cm de diámetro) de la solución que se desea
cromatografiar (ver Figura). La aplicación se hace con capilares.
Si la solución está muy diluida, la mancha será muy poco
perceptible por lo cual se puede repetir la aplicación dos o tres
veces, dejando evaporar el disolvente antes de repetir cada
aplicación para evitar que se extienda la mancha; si la solución
está muy concentrada, las manchas no serán nítidas ni
redondeadas sino que tendrán colas (la concentración adecuada
de cada componente está entre 10 y 60 microgramos).
3. Desarrollo de las Placas: los portaobjetos se introducen en un
frasco de boca ancha (8 a 10 cm. de diámetro y de unos 12 cm.
de altura, como frascos de mayonesa, mermelada o compotas) en
el cual se ha colocado el eluyente en una cantidad tal que alcance
apenas un centímetro de altura, para que no toque el punto de
origen de la mancha; en el frasco, que se denomina ahora cámara
cromatográfica, se introduce previamente una tira de papel de
filtro para que se satura con el vapor del solvente, la cámara se
tapa con vidrio plano o de reloj; se deja ascender el frente del
eluyente unos 8 cm. y antes de que llegue a la parte superior de la
placa se saca, se marca el frente del solvente con la punta de un
capilar y se seca la placa. Se miden las distancias recorridas por
el eluyente y por las manchas desde el origen para calcular los Rf.
Se utiliza por lo menos 3 sistemas de eluyentes de la lista que se da a continuación:
Éter de petróleo Solvente 10 – 20 Cloroformo Éter de petróleo – Acetona (9 : 1) Éter de petróleo Acetona (7 : 3) Solvente 10 – 20 – Metanol (9 : 1) n – Butanol – Acetato de Etilo – Acido acético ( 4 : 3 : 1 )
Compare los resultados obtenidos con los de otros grupos que hayan utilizado diferentes sistemas de solventes; haga el análisis con base en la polaridad de los pigmentos y de los sistemas de eluyentes empleados.