¿Cómo funciona la cromatografía?

Piense en la cromatografía como una carrera y encontrará que es mucho más simple de lo que parece. Esperando en la línea de salida, hay una mezcla de sustancias químicas en un líquido o gas no identificado, como un montón de corredores mezclados y agrupados. Cuando comienza una carrera, los corredores pronto se dispersan porque tienen diferentes capacidades. Exactamente de la misma manera , los productos químicos en algo como una mezcla líquida en movimiento se esparcen porque viajan a diferentes velocidades sobre un sólido estacionario. La clave para recordar es que la cromatografía es un efecto de superficie.

A medida que el líquido comienza a moverse más allá del sólido, Algunas de sus moléculas (cosas energéticas que se mueven constantemente) son succionadas hacia la superficie del sólido y se adhieren allí temporalmente antes de ser expulsadas nuevamente al líquido del que provienen. Este intercambio de moléculas entre la superficie del sólido y el líquido es una especie de efecto adhesivo o ligante llamado adsorción (con ad, no lo confunda con absorción, con ab, donde las moléculas de una sustancia quedan atrapadas permanentemente dentro del cuerpo de otra). Ahora recuerde que nuestro líquido es en realidad una mezcla de bastantes líquidos diferentes. Cada uno sufre adsorción de una manera ligeramente diferente y pasa más o menos tiempo en la fase sólida o líquida. Uno de los líquidos podría pasar mucho más tiempo en la fase sólida que en la líquida, por lo que viajaría más lentamente sobre el sólido; otro podría pasar menos tiempo en el sólido y más en el líquido, por lo que iría un poco más rápido. Otra forma de verlo es pensar en el líquido como una mezcla de líquidos parecidos al pegamento, algunos de los cuales se adhieren más al sólido. (y viaja más despacio) que otros. Esto es lo que hace que los diferentes líquidos de nuestra mezcla líquida original se esparzan sobre el sólido.

Arte: Cómo funciona la cromatografía: aquí la fase móvil es líquida (azul) y la fase estacionaria es sólida (gris). La molécula verde pasa la mayor parte del tiempo en el líquido, por lo que se mueve más rápido. La molécula amarilla pasa más tiempo en la superficie del sólido, por lo que se mueve más lentamente. La molécula roja pasa aún más tiempo en la superficie sólida, por lo que se mueve más lentamente.

Para que la cromatografía funcione de manera efectiva, obviamente necesitamos que los componentes de la fase móvil se separen tanto como sea posible a medida que pasan de la fase estacionaria. . Es por eso que la fase estacionaria es a menudo algo con una gran superficie, como una hoja de papel de filtro, un sólido hecho de partículas finamente divididas, un líquido depositado en la superficie de un sólido o algún otro material altamente adsorbente.

¿Cuáles son los diferentes tipos de cromatografía?

Hay muchas formas diferentes de utilizar la cromatografía. Estas son algunas de las más conocidas:

Cromatografía en papel

Foto: Cromatografía en papel simple. Dibuja algunas gotas de tinta en el papel (las puntas de fibra lavables para niños de Crayola son perfectas), enrolla el papel en un cilindro y colóquelo en una copa de vino con una pequeña cantidad de agua. A medida que el agua suba por el papel, los colores se separarán en sus componentes. ¡Eso es cromatografía en acción!

Este es el experimento de «mancha de tinta sobre papel» que a menudo haces en la escuela (también el efecto que describimos al principio cuando te mojas los papeles). de tinta cerca de un borde de un papel de filtro y luego cuelgue el papel verticalmente con el borde inferior (más cercano a la mancha) sumergido en un solvente como alcohol o agua. La acción capilar hace que el solvente viaje por el papel, donde se encuentra y disuelve el tinte. La tinta disuelta (la fase móvil) sube lentamente por el papel (la fase estacionaria) y se separa en diferentes componentes, a veces de color, a veces hay que colorearlos añadiendo otras sustancias (denominadas reveladores o fluidos de revelado) que le ayuden a identificarse.

Cromatografía en columna

En lugar de papel, la fase estacionaria es un frasco de vidrio vertical (la columna) lleno de un sólido altamente adsorbente, como cristales de sílice o gel de sílice, o un sólido recubierto con un líquido. La fase móvil gotea (o se bombea a alta presión) a través de la columna y se divide en sus componentes, que luego se eliminan y analizan.

Hay bastantes variaciones, que incluyen:

• Líquido- cromatografía en columna, donde la mezcla que se está estudiando se coloca en un extremo de la columna y se vierte una sustancia extraadida llamada eluyente (a veces deletreado eluyente) para ayudarlo a viajar.
• La cromatografía de película delgada es una variación de esta técnica en la que la «columna» es en realidad una película de vidrio, plástico o metal recubierta con una capa muy delgada de material adsorbente.
• Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), donde la mezcla se fuerza a través del columna a alta presión (aproximadamente 400 veces la presión atmosférica).Esto es más rápido, más preciso y más sensible.

Foto: Cromatografía de columna: usted toma su columna , que contiene la fase estacionaria, y cárguela con su muestra en la parte superior (gris oscuro). A medida que agrega eluyente (solvente) a la muestra, se divide en sus componentes (digamos que son de color rojo, amarillo y azul). Estos viajan a diferentes velocidades y emergen uno a la vez en la parte inferior, donde puede recolectarlos. en diferentes recipientes.

Cromatografía de gases

Hasta ahora hemos considerado la cromatografía de líquidos que viajan más allá de los sólidos, pero una de las técnicas más utilizadas es un tipo de cromatografía en columna que utiliza gases como fase. La cromatografía de gases es un tipo de análisis químico en gran parte automatizado que se puede realizar con una pieza sofisticada de equipo de laboratorio llamada, como era de esperar, una máquina de cromatografía de gases.

Foto: La cromatografía de gases está en gran parte automatizada, pero aún se necesita un operador capacitado para trabajar con una de estas máquinas. Foto cortesía del Centro Espacial Kennedy de la NASA (NASA-KSC).

Primero, se coloca una pequeña muestra de la mezcla de sustancias que se están estudiando en una jeringa y se inyecta en la máquina. Los componentes de la mezcla se calientan y se evaporan instantáneamente. A continuación, agregamos un portador (el eluyente), que es simplemente un gas neutro como hidrógeno o helio, diseñado para ayudar a que los gases de nuestra muestra se muevan a través de la columna. En este caso, la columna es un tubo delgado de vidrio o metal generalmente lleno de un líquido que tiene un alto punto de ebullición (o algunas veces un gel o un sólido adsorbente). A medida que la mezcla viaja a través de la columna, se adsorbe y se separa en sus componentes. Cada componente emerge a su vez del final de la columna y pasa por un detector electrónico (a veces un espectrómetro de masas), que lo identifica e imprime un pico en una columna. El gráfico final tiene una serie de picos que corresponden a todas las sustancias en la mezcla. La cromatografía de gases a veces se denomina cromatografía en fase de vapor (VPC) o cromatografía de partición gas-líquido (GLPC).