¿Cómo funciona la cromatografía?

En el post de la semana pasada vimos qué era y para qué servía la cromatografía, esta semana vamos a intentar entender cómo funciona. Empezamos!!

¿Qué es un proceso de distribución?

La semana pasada vimos, en el ejemplo del profesor Luis Polo, que los bañistas se distribuían entre los locales y el río, pero ¿eso cómo funciona?

Si seguimos con ejemplos de casa, sabrás que el agua y el aceite no se mezclan. Si añadimos un poquito de colorante alimentario podrás ver que parte se queda en el aceite y parte en el agua. El colorante se ha distribuido entre las dos fases. Así de simple. 

• ¿Todos los colorantes se distribuyen igual? La respuesta es no, ni siquiera todos los colorantes del mismo color.
• Y si añado más del mismo colorante, ¿qué pasa? Pues que la relación entre la cantidad (concentración) de colorante entre las dos fases es constante. Esto expresado matemáticamente:

K = C_agua/C_aceite

donde C_agua es la concentración del colorante en el agua, C_aceite es la concentración del colorante en el aceite y K es la constante de distribución.

Este proceso de distribución se lleva a cabo de la misma manera entre las fases estacionarias y móvil en la cromatografía. Como cada sustancia tiene distinta K entre las dos fases somos capaces de separarlos por muy similares que sean. Únicamente seremos incapaces cuando sean exactamente iguales.

Separaciones utilizando procesos de distribución

Hemos comentado que la relación entre la concentración en ambas fases es constante, por lo que si, por ejemplo, añadimos más agua, parte del colorante en el aceite pasará al agua para mantener la distribución constante. Es decir, hemos extraído colorante del aceite y lo hemos pasado al agua.

Ahora, empleando un embudo de decantación, vamos a separar el agua y el aceite, por lo que tendremos el colorante distribuido en dos vasos. Añadimos más agua al aceite separado para seguir extrayendo más colorante, agitamos, dejamos que se distribuya y volvemos a extraer. Esta segunda porción de agua tiene menos colorante, pero todavía tiene, por lo que seguimos extrayendo hasta que el agua y el aceite despues de separar no tenga nada de colorante. Al final, ¿cuántas extraciones hemos realizado? 10, 100, 1000... Muchas, en cualquier caso, y hemos utilizado mucha agua para extraer el colorante, varios litros. Este es el fundamento de las extracciones líquido-líquido. También podemos retener el colorante en vez de en un líquido en un sólido, como las toallitas esas que se añaden a la lavadora para evitar que se nos destiña toda la colada. En el caso de querer extraer el colorante de la toallita, estaríamos hablando de una extracción sólido-líquido.

Para pasar de este tipo de extracciones a la cromatografía únicamente habría que dejar fija la toallita. Vimos, en el ejemplo de los rotuladores del post anterior, que los colorantes estaban fijos en un punto y, por distribución entre el papel y el disolvente que subía, se iban separando. En este caso, en cada instante y en cada punto del papel se estaba llevando a cabo una distribución. La parte que se quedaba en el papel no avanzaba mientras que la parte en el disolvente seguía subiendo y modificando constantemente las relación de concentraciones. Como las K de cada componente de la tinta son diferentes somos capaces de separarlos (lo que hace la cromatografía, por si no había quedado todavía claro 😜).

¿Y cómo calcular cuánto se retiene cada cosa?

El calcular las concentraciones de cada especie en un proceso dinámico es bastante complicado, por eso se han buscado otros parámetros para medirlo indirectamente.

• En el caso de que se lleve a cabo en papel o similares (como en el caso de los rotuladores) se utiliza el factor de retención (retention factor en inglés, R_f)

R_f = d_compuesto/d_disolvente

Medida de Rf

En el caso de la figura, los puntos rojos corresponden al mismo compuesto ya que tienen el mismo R_f mientras que, en el caso de los puntos azules, aunque son muy similare son compuestos diferentes. El compuesto negro no corresponde a ningun otro cumpuesto presente.

• En el caso de que se lleve a cabo en una columna (como en la figura de la semana pasada), se mide el factor de retención (k). Se utiliza este factor ya que es aproximadamente constante para cada compuesto si se utilizan las mismas condiciones independientemente del equipo utilizado.

k = (t_R-t₀)/t₀

donde t_R es el tiempo de retención del compuesto (lo que tarda en salir de la columna desde que entra) y t₀ (tiempo básico, no muerto, como pone en muchos libros, nadie se mueren con esto) es el tiempo de retención de un compuesto no retenido (o del disolvente de la muestra). El valor de k no debe ser inferior a 2 (ya que apenas se retendría lo suficiente para separarse del disolvente) ni superior a 10, ya que se retendría demasiado y se "desparramaría" por toda la columna. Valores hasta k = 20 son aceptables únicamente en cromatografías con interacciones muy grandes o separaciones muy pequeñas (cromatografía iónica o quiral, ya hablaremos de ellas otro día).

Por hoy es suficiente. Espero que hayas comprendido lo que es una distribución y su empleo en la cromatografía. También, la relación de la distribución y la retención (lo que se queda en la fase estacionaria se retiene con respecto al resto. Espero sacar otro post para el jueves. Decide qué tema tratar en la encuesta de arriba a la derecha (es posible que sólo se vea en la vista de la página web y no en versión móvil, se puede cambiar abajo) y suscribíos para estar a la última!

Cuidaos y nos vemos en el próximo post!