TEMA

CATEDRA : ANALISIS INSTRUMENTAL

PRESENTADO A : Ing. BENDEZU MONTES, Salvador

PRESENTADO POR :DE LA CRUZ MONTAÑEZ, Josmel William DUEÑAS PORRAS, KevinRIVEROS ARCE, Brayam

CICLO VERANO

HUANCAYO – PERÚ

EJERCICIOS DE ANALISIS INSTRUMENTALCAPITULOS 24, 25, 26

CAPÍTULO 24

24.1. Definir:

a) Elución: es el transporte de una especie a través de una columna por adición continua de nueva fase móvil.

b) Fase móvil: Puede ser un gas o un líquido u otro fluido supercrítico, el cual fluye a través de una mezcla.

c) Fase estacionaria: Puede ser papel, gel, etc. El cual se mantiene fijo en una columna o sobre una superficie sólida.

d) Constante de distribución: se simboliza en la letra “k” y también se le conoce como razón de distribución, se define como:

k=CoCM

Donde :Cs :concentracionmolar del analito , fase estacionariaCM :concentracion molar delanalito en fasemovil .

e) Tiempo de retención (te): Es el tiempo que transcurre después de la inyección de la muestra para que el pico de una analito alcance al detector.

f) Factor de capacidad: se utiliza para describir las velocidades de migración de los analitos en las columnas, para una especie A, el factor de capacidad se define como:

K 'A=K A .V S

V M

K A=T R−TM

TM

Donde :TR : tiempode retencionTM :Tiempo enqueunamuestrano seretiene y alcanzainmediatamente eldetector

g) Factor de selectividad: También llamado velocidad de migración diferencial “α”; el factor de selectividad para una columna:

α=K B

K A

h) Altura del plato: Es la longitud de la columna( al extremo de la columna) que contiene una fracción de analito comprendida entre L-σ y L

H=σ 2

Ldonde :σ 2:desviacion estandarL : longitudde lacolumna

i) Difusión longitudinal: es una causa del ensanchamiento de banda por lo que los analitos difunden de una parte más concentrada en el centro de la banda hacia las regiones más diluidas por delante y por detrás de la banda (En el mismo sentido y en sentido opuesto de la fase móvil)

j) Difusión aparente: Ocurre cuando hay un ensanchamiento de la fase móvil y las moléculas del analito alcanzan el extremo de la columna dentro de un corto intervalo de tiempo, lo que conduce a una banda ensanchada.

k) Resolución de la columna(RS): es la mediad cuantificada de separar dos analitos en una columna

RS=2 [T RB−T RB ]W B−W A

l) Eluyente o Absorbentes: se tiene en cuenta la polaridad de la sustancia.

24.2. Describir el problema de la elución:

El problema de la elución es cuando se inyecta una mezcla muchas veces se produce ensanchamiento de banda por lo que el cromatograma no logra obtener una lectura adecuada en el tiempo mínimo y con los picos esperados.

24.3. Enumerar las variables que originan el ensanchamiento de banda:

1. Velocidad lineal en la fase móvil (u)2. Coeficiente de difusión en la fase móvil (Dn)3. Coeficiente de difusión en la fase estacionaria (Ds)4. Factor de capacidad (k)5. Diámetro de la partícula de relleno (dp)6. Grosor del recubrimiento liquido en fase estacionaria (df)

24.4. ¿Cuál es la diferencia entre cromatograma gas-líquido y liquido-liquido?

En la cromatografía gas-liquido la muestra es absorbida sobre una superficie solida porosa sostenido en un tubo, o absorbido en la superficie interna de un tubo capilar.

En la cromatografía liquido-liquido la muestra queda sostenida en los poros del papel.

24.5. ¿Cuál es la diferencia entre cromatografía liquido-líquido y solido-liquido?

Cromatografía:

Liquido-liquido Solido-liquido- De reparto- La fase estacionaria es un líquido

absorbido por un solido- El tipo de equilibrio es la distribución

entre líquidos inmiscibles

- Adsorción- La fase estacionaria es un solido- Equilibrio de adsorción.

24.6. ¿Qué variables son los que probablemente afectan el valor de α correspondiente a un par de analitos?

α=K B

K A

Las variables que afectan α son KB que es el factor de capacidad de la especie fuertemente retenida B, y KA para la especie A (menos retenida o que eluye con más rapidez)

24.7. ¿Cómo puede modificarse el factor de selectividad?

Al vaciar la composición de la fase móvil o estacionaria, cambiando la proporción de volumen de la fase estacionaria con respecto a la fase móvil.

K aumenta en la reducción del tamaño de partícula de soporte.

24.8. Describir un método para determinar el número de platos en una columna.

La velocidad media a la cual se desplazan las partículas del soluto es L/TR. Entonces su relación con la σ está dada por

τ= σLτ R

donde :

τ :es desviacionestandar [¿ ] tiempo . sin embargoW=4. τ con loque queda:

H= L .W 2

16. τR

24.9. ¿Cuáles son los efectos de la variación de temperatura en los cromatografos?

La temperatura es una variable importante ya que la resolución óptima se asocia con una menor temperatura; sin embargo la consecuencia de una reducción de temperatura es un aumento en el tiempo de elución, y por tanto del tiempo que se necesita para completar un análisis. La temperatura óptima de la columna depende del punto de ebullición de la muestra y del grado de separación requerido.

24.10 ¿Por qué el mínimo en el gráfico de la altura del plato versus el caudal se encuentra a menores valores de caudal en cromatografía de líquidos que en cromatografía de gases?

En ambos casos la altura pasa por un valor mínimo en eficacia a bajos caudales. Los mínimos para la cromatografía de líquidos generalmente se dan con caudales menores y mayores por cromatografía de gases.

Las velocidades lineales de flujo en cromatografía de líquidos son significativos menores que los que se utilizan en cromatografía de gases, esta ventaja se contrarresta porque en cromatografía de líquidos resulta poco práctico emplear columnas más largas de 25 a 50 cm

debido a que no se puede mantener a elevadas presiones. Para la cromatografía de gases las columnas pueden tener 50 o menos y como consecuencia de eso el número de platos, y por tanto la eficacia de la columna, es con frecuencia superior en cromatografía de gases.

24.11. ¿Qué es la elución con gradiente?

La elución implica el transporte de una especie a través de una columna por adición continua de una nueva fase móvil.

En la elución por gradiente se inyecta una muestra en la columna dada, y la fase móvil cambia su posición de forma escalonada, lo que requiere una adecuada elección del adsorbente. Esto es muy indicado en muestras complejas que representan bandas que eluyen del disolvente. Lo que se hace es variar el tiempo e migración de las bandas individuales durante la elución.

24.12.- los siguientes corresponden a una columna para cromatografía de líquidos:

Longitud del relleno 24,7 cmCaudal 0,317 mL/minVM 1,37 mLVS 0,164 mL

El cromatograma de una mezcla de especies A, B, C y D proporciona los siguientes datos:

Tiempo de retenciónmin

Anchura de la base del pico(W), min

No retenida 3,1 -A 5,4 0,41B 13,3 1,07C 14,1 1,16D 21,6 1,72

Calcular:

a) El número de platos para cada tipob) La media y la desviación estándarc) La altura del plato de la columna

Solución

a) Empleando la ecuación

N=16 ( τR

W )2

N A=16( 5,40,41 )2

=2775,49

NB=16( 13,31,07 )2

=2472,04

NC=16 ( 14,011,16 )2

=2363,97

N D=16 ( 21,61,72 )2

=2523,31

b) La media

N=XN=2775,49+2472,04+2363,97+2523,31

4N=XN=2533,7025=2,53×10

3

Desviación estándar

σ=( L .W4. τR )

σ A=(24,7 ) (0,41 )4 (5,4 )

=0,4688

σ B=(24,7 ) (1,07 )4 (13,3 )

=0,4967

σ C=(24,7 ) (1,16 )4 (14,1 )

=0,5080

σ D=(24,7 ) (1,72 )4 (21,6 )

=0,4917

Otra manera:

S=√∑i=1N

(x i−x )2

N−1

S=√ (2775,49−2533,7025 )2+(2472,04−2533,7025 )2+(2363,97−2533,7025 )2+(2523,31−2533,7025)2

4−1

S=174,34=0,17433739×103

c) La altura del plato de la columna:

H= LN

H A=24,72577.49

=0,0089 cm

HB=24,72472.04

=0,011cm

HC=24,72363,97

=0,010 cm

H D=24,72523,31

=0,0098 cm

24.13.- Con los datos del problema 24.12, calcular para A, B, C y D

a) el factor de capacidadb) el coeficiente de distribución

a)

K '=(t R−tM )

tM

K 'A=

(6,4−3,1 )3,1

=0,7419

K 'B=

(13,3−3,1 )13,3

=3,2903

K 'C=

(14,1−3,1 )3,1

=3,5484

K 'D=

(21,6−3,1 )3,1

=5,9677

b) Coeficiente de distribución

K=(K '−V M)

V S

K A=(0,7419)(1,37ml)

0,164ml=6,1976

K B=(3,2903)(1,37ml)

0,164ml=27,4860

KC=(3,5484 ) (1,37ml )

0,164ml=24,6421

K D=(5,9677)(1,37ml)

0,164ml=49,8521

24.14.- con los datos del problema 24.12 para las especies B y C, calcular:

a) la resoluciónb) el factor de selectividadc) la longitud de columna necesaria para tener una resolución de 1,5d) el tiempo necesario para separar B y C con una relación de 1,5

a) Resolución (Re)

Rs=2 (TRB−TRA )

W A+W B

paraB y C

Rs=2 (TRC−TRB )

W B+WC

Rs=2 (14,1−13,3 )1,07+1,16

=0,7175

b) Factor de selectividad, α

α=TRc−TM

TRB−TM

α=14,1−3,113,3−3,1

=1,0980

c) Longitud de la columna necesario para resolución de RS2=1,5RS1RS2

=√N 1

√N 2

… ..(1)

N 1=2472,04+2363,97

2N 1=2418,005

Luego hallamos N2 reemplazando en (1):0,71751,5

=√2418,005√N2

N 2=10568,08Luego aplicando:

H= LN

Se despeja en función de L:L=H ×N

H=0,011+0,012

=0,0105

∴L=0,0105×10568,08=110,9648 cm

d) Tiempo necesario para separar B y C con resolución RS2=1,5

TR1TR2

=( RS1RS2 )

2

14,1TR2

=( 0,71751,5 )2

TR2=61,6251min

24.15. Con los datos del problema 24.12 para las especies C y D, calcular:

a) la resolución b) la longitud de la columna necesaria para tener una resolución de 1,5

a)

Rs=2 (TRB−TRA )

W A+W B

Rs=2 (21,6−14,1 )1,16+1,72

Rs=5,2083

b) RS1RS2

=√N1

√N2

N1=2363,97−2523,31

2N1=2443,6407

Luego:5,20831,5

=√2443,6407√N2

N 2=202,6879Finalmente:

L=H ×NL=(0,01 ) (202,6879 )=2,0471cm

24.16.- con un cromatografo gas-líquido y con una columna de relleno de 40 cm se obtuvieron los siguientes datos:

compuesto tR' min t 12'min

Aire 1,9 -metilciclohexano 10,0 0,76meticiclohexeno 10,9 0,82tolueno 13,4 1,06Calcular:

a) Un numero de platos promedio a partir de los datosb) La desviación estándar para el promedio en (a)c) Un altura de plato promedio para la columna

solución

a) Numero de platos promedio a partir de los datos:

N=5,54 ( tRW 1

2)2

Nmetilciclohexano=5,54 ( 100,76 )2

=959,1413

Nmeticiclohexeno=5,54( 10,90,82 )2

=978,8926

N tolueno=5,54 ( 13,41,06 )2

=885,335

Luego hallamos la media:

N=989,1413+978,8926+885,3353

N=941,1229b) Desviación estándar

S=√∑i=1N

(x i−x )2

N−1

S=√ (959,1413−941,1230 )2+(978,8926−941,1230 )2+ (885,335−941,1230 )2

2S=49,3128

c) Una altura de plato promedio para la columna:

H= LN

H= 40cm941,1230

=0,0425cm

24.17.- en relación al problema 24.16 calcular la resolución para:

a) metilciclohexeno y metilciclohexanob) metilciclohexeno y toluenoc) metilciclohexano y toluenoa)

Rs=2 (10,9−10,0 )0,82+0,76

Rs=1,1392b)

Rs=2 (13,4−10,9 )1,06+0,82

Rs=2,6596c)

Rs=2 (13,4−10,0 )0,76+1,06

Rs=3,7363

24.18.- si Vs y VM para la columna del problema 24.16 fueron 19,6 62,6 mL, respectivamente, y el pico del aire no retenido apareció a los 1,9 min, calcular el:

a) factor de capacidad para cada uno de los tres compuestosb) constante de distribución para cada uno de los tres compuestosc) factor de selectividad para metilciclohexeno y metilciclohexanod) factor de selectividad para metilciclohexano y tolueno

a) Factor de selectividad

K '=(t R−tM )

tM

K 'metilciclohexano=

(10,0−1,9min )1,9min

=4,2632

K 'metilciclohexeno=

(10,9−1,9min )1,9min

=4,7368

K 'tolueno=

(13,4−1,9min )1,9min

=6,0526

b) Constante de distribución para c/u de los componentes:

K=K ' .V H

V s

Kmetilciclohexano=(4,2632 ) (62,6ml )

(19,6ml )=13,6161

Kmetilciclohexeno=(4,7368 ) (62,6ml )

(19,6ml )=15,1288

K tolueno=(6,0526 ) (62,6ml )

(19,6ml )=19,3313

c) Factor de selectividad para metilciclohexeno y metilciclohexano

α=TRc−TM

TRB−TM

α=10,9−1,910,0−1,9

=1,11

d) Factor de selectividad para metilciclohexeno y tolueno

α=13,4−1,910,9−1,9

=1,2778

24.19.- Enumerar las variables que conducen a un (a) ensanchamiento de banda y (b) a una separación de bandas

1. Tiempo de residencia2. Movimiento descendente por la columna3. La gravedad4. Velocidad de elución5. Eficacia de la columna

24.20.- ¿Cuál sería el efecto sobre un pico cromatografico de la introducción de la muestra a una velocidad demasiado lenta?

A una velocidad demasiado lenta la anchura de la banda es mayor y por lo tanto el tiempo de residencia aumenta.

24.21.- a partir de estudios de distribución de las especies M y N se sabe que sus coeficientes de distribución en el sistema agua/hexano son 6,01 y 6,20 ¿. Las dos especies se separan por elución con hexano en una columna empaquetada con gel de sílice conteniendo agua

absorbida. La relación V S

VM para el relleno resulta ser de 0,422.

a) calcular el factor de capacidad para cada uno de los solutosb) calcular el factor de selectividadc) ¿Cuántos platos se necesitaran para tener una resolución de 1,5?d) ¿Qué longitud de columna se necesita si la altura del plato del relleno es 2,2×10−3

cm?e) ¿si se utiliza una velocidad línea de flujo de 7,10 cm /min, que tiempo se necesitara para eluir las dos especies?

Solución

a) Factor de capacidad

K=K ' .V H

V s

despejando en funcionde K '

K '=K .V S

V H

por dato :Kagua=6,01Khexano=6,20

V S

VM=0,422

K 'agua=(6,01 ) (0,422 )=2,53622

K 'hexano=(6,20 ) (0,422 )=2,6164

b) Factor de selectividad

α=K '

A

K 'B

α=K '

hexano

K 'agua

α= 2,61642,53622

=1,0316

c) Platos necesarios para una resolución de RS=1,5

Rs=√N4 (α−1

α )( K 'B

1+K 'B)2

1,5=√N4 (1,0316−11,0316 )( 2,6164

1+2,6164 )2

N=140625d) ¿Qué longitud de columna se necesita si la altura del plato del relleno es

2,2×10−3cm?

H= LN

L=H . NL=(2,2×10−3 ) (140625 )

L=309,375 cme) ¿si se utiliza una velocidad línea de flujo de 7,10 cm /min, que tiempo se

necesitara para eluir las dos especies?μ=7,10cm /min

μ= LtM

tM= Lμ

tM=309,375 cm

7,10 cmmin

tM=43,574min

24.22.- repetir los cálculos en el problema 24.21 asumiendo que

K M=5,81KN=6,20V S

V M=0,422Rs=1,5

a) K '=K .V S

V H→ K '

M=(5,81 ) (0,422 )=2,45182 K 'N=(6,20 ) (0,422 )=2,6164

b) α=K '

A

K 'B

→K '

N

K 'M

= 2,61642,45182

=1,067125

c) N=16 Rs2( αα−1 )

2( 1−K 'B

K 'B

)2

→16 (1,5)2( 1,0671251,067125−1 )

2

(1−2,61642,6164 )2

N=3475,02

d) H= LN

→L=H .N →L=(2,2×10−3 ) (3475,02 )=7,645 cm

e)μ= L

tM→tM= L

μ→tM=7,645 cm

7,10 cmmin

→tM=1,07676

24.23.- las áreas de picos obtenidas por cromatografía de gases para una mezcla de acetato de metilo, propionato de metilo, y n-butirato de metilo 17,6, 44,7, 31,1, respectivamente. Calcular

el porcentaje de cada compuesto si las respectivas respuestas de detección relativas fueron 0,65, 0,83 y 0,92.

Acetato de metilo=17,6

Propionato de metilo= 47,7 →AT=17,6+47,7+31,1=96,4

n-butirato de metilo=31,1

%A=17,696,4

×100%=18,257%

%B=47,796,4

×100%=49,48%

%C=31,196,4

×100%=32,26%

Área Respuesta de detección producto17,6 0,65 11,4444,7 0,83 36,60331,1 0,92 28,612

total 76,655

%A=14,924%

%B=57,53%

%C=37,3257%

24.24.- A continuación se dan las áreas relativas para los 5 picos de la figura 24.23ª obtenidos por cromatografía de gases. También se indican las respuestas relativas del detector para los cinco compuestos. Calcular el porcentaje de cada componente en la mezcla.

Compuesto Área de pico relativa Respuesta de detector relativa

producto

1 27,6 0,70 19,322 32,4 0,72 23,3283 47,1 0,75 35,3254 40,6 0,73 29,6385 27,3 0,78 21,294

total 128,905

∴%A=14,99%%B=18,10%C%=27,10%D%=22,29%%E=16,529%

CAPITULO 25

25.8.- describir el fundamento en el que se basan los detectores enumerados en el problema 25.7

a) el efluente de la columna se mezcla con hidrogeno y aire, para luego encenderse eléctricamente

b) se basa en los cambios en la conductividad térmica de la corriente de gas ocasionados por la presencia de las moléculas del analito

c) un detector termoiónico tiene una configuración similar al detector de llama, pero es mucho más sensible.

d) el detector de captura de electrones es de respuesta selectiva, siendo muy sensible a las moléculas que conforman grupos funcionales electronegativos tales como halógenos, peróxidos, etc.

25.9.- ¿Cuáles son las principales ventajas y limitaciones de cada uno de los detectores mencionados en el problema 25.7?

Los detectores de captura de electrones son altamente sensibles y tienen la ventaja de no alterar la muestra de manera significativa.

Estos detectores termoiónicos son sistemas muy útiles en la detección de pesticidas que contienen fosforo.

Detector de ionización de llama, tiene la ventaja de que los cambios en el caudal de la fase móvil tienen pocos efectos sobre la respuesta del detector, la desventaja es que destruye la muestra.

25.10. ¿Cuál es el material de relleno en la mayoría de las columnas de cromatografía de gases empaquetadas?

El material de relleno ideal consiste en pequeñas partículas, esféricas y uniformes, con una buena resistencia mecánica, para tener una máxima superficie donde interaccionar la fase estacionaria y el analito. La superficie específica mínima ha de ser de 1 m²/g. Como todos los componentes de columnas para GC, debe ser inerte a altas temperaturas (~400 °C) y humectarse uniformemente con la fase líquida estacionaria durante el proceso de fabricación. El material preferido actualmente (2005) es la tierra de diatomeas natural, debido a su tamaño de poro natural. Estas especies, ya extinguidas, utilizaban un sistema de difusión molecular para tomar nutrientes del medio y expulsar sus residuos. Por tanto, debido a que el sistema de absorción superficial del analito y la fase estacionaria es parecido, son materiales especialmente útiles.

25.11. ¿En qué se diferencian las siguientes columnas capilares?(a) PLOT (b) WCOT (c) SCOT

Columna PLOT Columna WCOT Columna SCOT- Columnas tubulares

abiertas de capa - Pared recubierta-  tubos capilares

- Soporte recubierto- tienen en su parte

porosa.- Utilizado en

cromatografía de gases-solido

- Utiliza 2 absorbentes: tamiz molecular y polímeros porosos.

donde la pared interna se ha recubierto con una finísima capa de fase estacionaria

- Son las columnas de mayor eficacia

- baja reactividad, resistencia física y flexibilidad

interna una fina capa de material absorbente como el empleado en las columnas de relleno (tierra de diatomeas) donde se ha adherido la fase estacionaria

- mayor capacidad de carga que WCOT

25.12.- ¿En qué consisten las columnas macro capilares? ¿Para qué se utilizan?

Las columnas macrocapilares son columnas con diámetro de 530 um de diámetro interior, y permiten volúmenes de muestra semejante a las de las columnas empaquetadas. Sus características de funcionamiento no son tan buenas como las columnas de diámetro más pequeño, pero son significativamente mejores que las columnas empaquetadas

25.13.- ¿cuáles son las ventajas de las columnas capilares de sílice fundida en comparación con las columnas de vidrio las metálicas?

Las columnas de sílice fundida o también llamadas columnas FSOT, ofrecen la ventaja de tener las paredes más lisas y un mínimo contenido de óxido metálicos.

Otra de sus ventajas son la mayor resistencia física, menor reactividad con componentes de la muestra, y tienen mayor flexibilidad.

25.14 ¿Qué propiedades debe tener una fase estacionaria liquida e cromatografía de gases?

Las propiedades de una fase liquida inmovilizada incluye:

- baja volatilidad- estabilidad térmica- características de disolvente tales que los valores de K’ y K de los solutos estén dentro

de un intervalo conveniente.

25.15.- ¿Por qué la fase estacionaria en cromatografía de gases están con frecuencia enlazadas o polimerizadas? ¿Qué significados tienen esto símbolos?

Enlazadas: implica unión mediante una reacción química de una capa monomolecular de la fase estacionaria a la superficie de sílice de la columna.

Entrecruzamiento: llevada a cabo in situ después de que la columna haya sido recubierta con uno de los polímeros.

25.16. ¿Qué efecto tiene el grosor de la película de la fase estacionaria en cromatografía de gases sobre los cromatogramas?

El grosor de la película afecta principalmente a las características de retención y capacidad de la columna. Las películas gruesas utilizadas para analitos muy volátiles, y las delgadas separan especies de menor volatilidad en un tiempo razonable.

25.17. ¿Qué son los índices de retención? Describir como se determinan

Se define como el parámetro para identificar solutos a partir de los cromatogramas. Definido para un alcano normal, como 100 veces el número de carbonos del compuesto sin considerar el relleno de la columna, la temperatura u otras condiciones cromatograficas.

El índice de retención para un soluto dado, puede deducirse del cromatograma de una mezcla del soluto con al menos dos alcanos normales (de cadena lineal) que tengan unos tiempos de retención tope. Esto es que los alcanos normales son los patrones en los que se basa la escala de índice de retención. Normalmente no se requiere un procedimiento grafico para determinar los índices de retención, en su lugar los datos de retención ajustándose reducen por interpretación a partir de un cromatograma de una mezcla de soluto de interés y 20 más alcanos patrón.

25.18. ¿Cómo es normalmente un cromatograma en GC/MS? ¿y en GC/IR?

El cromatograma en GC/MS, representado en una pantalla de una computadora sirve para identificar componentes presentes en sistemas naturales y biológicos, muestra la intensidad total de los iones y el tiempo de retención.

Cromatograma en GC/IR: es mucho más potente que el cromatograma GC/MS, sirve para la separación e identificación de componentes de mezclas complejas.

25.19. El mismo compuesto polar se analiza por cromatografía de gases con una columna SE-30(muy poco polar) y luego con una columna carbomax 20M (muy polar). ¿Cómo variara K=CS/CM entre las dos columnas?

En el caso de la columna SE-30, como es poco polar retiene mucho menos, mediante este se sabrá si es que K’ será o no satisfactorio que lo que se tendría en una columna Carbomax 20m, en donde K’ sería más imparcial.

25.20. Utilizar los datos que se dan a continuación para calcular el índice de retención del 1-hexeno.

Muestra Tiempo de retención (min)-TMAire 0,571n-pentano 2,16n-hexano 4,231-hexeno 3,15

Muestra log (tR−tM )minn-pentano 2,01×10−1

n-hexano 5,63×10−1

1-hexeno 4,12×10−1

25.21. Se utilizó una columna GLC en las siguientes condiciones:

Columna: 1,10m X 2,0 mm empaquetada con Chromosorb P; peso de fase estacionaria liquida añadida, 1,02 g/mL

Presiones: entrada, 25,1 psi por encima de la atmosférica; atmosférica, 748 torr.

Caudal de salida medido: 24,3 mL/min

Temperatura: ambiente, 21,2 °C

Columna, 102 °C

Tiempo de retención: aire, 18 s; acetato de metilo, 1,98 min; propionato de metilo, 4,16 min; n-butirato de metilo, 7,93 min

Anchura de picos en su base: 0,19, 0,39, 0,79 min, respectivamente

Calcular:

a) el caudal promedio de la columnab) Los volúmenes de retención corregidos para el aire y para los tres esteres.c) Los volúmenes de retención específicos para los tres componentes.d) Las constantes de distribución de cada uno de los esteres.e) Un volumen de retención corregido y el tiempo de retención para el n-hexanoato de

metilo.

Solución:

a) Caudal promedio (F)

F=Fm× TcT ×

(P−PH2O)P

Fm :caudalmedido=24 ,3 mLmin

Tc : temperaturade lacolumna=375,15K

T : temperaturaambiente=2294,35K

P : presion a las alidade lacolumna=728 torr=14,47 psi

F=24,3× 375,15294,35

× (14,47−0,01)14,47

F=30 ,95 mLmin

b) VR :volumende retencion→VR=tR F

V R' : volumenderetencion corregido→V R'= j .tR . F

j=3 [( Pi

P )2

−1]2 [(P i

P )3

−1]Pi : presiondeentrada=39,57P : presion desalida (atmosferica )=14,47

P i

P=2786

j=3 [ (2,7346 )2−1 ]2 [ (2,7346 )3−1 ]

=0,4996

Luego:

Aire tM=0,3min

V∗¿M=(0,4996 ) (0,3 ) (30,97 ) ¿V∗¿M=4,64mL¿

Acetato de metilotR=1,98min

V∗¿R=(0,4996)¿¿V∗¿R=30,64mL¿

Propionato de metilotR=4,16min

V∗¿R=(0,4996 ) (4,16 ) (30,97 )¿V∗¿R=64,37mL¿

N-butinato de metilotR=7,93min

V∗¿R=(0,4996 ) (7,93 ) (30,97 ) ¿V∗¿R=122,70mL¿

c)Vg :volumende retencionespecific o

Vg=V∗¿R−V∗¿M

W× 273

Tc¿¿

V∗¿M=4,64mL¿W=31,59gTc=375,15K

Acetato de metilo

Vg=30,64−4,6431,59

× 273375,15

Vg=0,6

Propionato de metilo

Vg=64,37−4,6431,59

× 273375,15

Vg=1,38 N-butirato de metilo

Vg=122,7−4,6431,59

× 273375,15

Vg=2,72d) Constantes de distribución

K i=V gρ sT C

273ρ s=1,02

gmL

Acetato de metilo

K= (0,6 ) (1,02 ) (375,15 )273

K=0,84 Propionato de metilo

K=(1,38 ) (1,02 ) (375,15 )

273K=1,93

N-butirato de metilo

K=(2,72 ) (1,02 ) (375,15 )

273K=3,81

25.22.- con los datos del problema 25.21, calcular:

a) k’ para cada compuestob) los valores de α para cada par de compuestos adyacentesc) el número de platos teóricos y la altura del plato de la columnad) la resolución para cada par de compuestos adyacentes.Solución:

a) Factor de capacidad

K '=(t R−tM )

tM Acetato de metilo

K '=(1,98−0,3)

0,3K '=5,6

Propionato de metilo

K '=(4,16−0,3)

0,3K '=12,87

N-butinato de metilo

K '=(7,93−0,3)

0,3K '=25,43

b) Factor de selectividad

α=K 'BK 'A

N-pentanato de metilotR=10,48min

K '=(10,48−0,3)

0,3K '=33,93

N-hexanato de metilotR=13,36min

K '=(13,36−0,3)0,3

K '=43,533

α=43,5333,93

α=1,2829

25.23.- el líquido estacionario en la columna descrita en el problema 25.21 era didecilftalato, un disolvente de polaridad intermedia. ¿si se hubiera utilizado un disolvente no polar como un aceite silicona, los tiempos de retención de los tres compuestos serían mayores o menores?

Se sabe que los compuestos acetato de metilo, propionato de metilo y n-butirato de metilo no son polares.

Una cromatografía en fase normal se produce cuando el disolvente de la fase estacionaria es polar y la fase móvil es no polar, un aumento en la polaridad de la fase móvil provocara una disminución en el tiempo de retención. En cambio en una cromatografía en fase inversa, la fase estacionaria es no polar y una disminución en la polaridad de la fase móvil produce una disminución del tiempo de retención.

En conclusión si usamos un disolvente no polar, como el aceite de silicona con una fase móvil también no polar el tiempo de retención será menor debido a que la fase móvil será ahora más soluble.

25.24.- los tiempos de retención ajustados para los alcoholes etílicos, n-propilico y n-butilico empleando una columna con relleno recubierto de aceite de silicona son 0,69, 1,51 y 3,57. Predecir los tiempos de retención para los dos miembros siguientes de la serie homologa.

N° C componente tR-tM2 Alcohol etílico 0,693 Alcohol n-propilico 1,514 Alcohol n-butilico 3,57Del gráfico:

C5H 11OH→tR−t M=4,75 C6H13OH→tR−tM=6,24

25.25.- ¿Cuál sería en los siguientes casos el efecto sobre la altura de pato de una columna? Justifica la respuesta

a) al aumentar el peso de la fase estacionaria en relación al peso del rellenob) al disminuir la velocidad de inyección de la muestrac) al aumentar la temperatura del bloque de inyección.d) al aumentar el caudale) al reducir el tamaño de partícula del rellenof) al disminuir la temperatura de la columna

a) Al incrementar el peso se produce un mayor ensanchamiento de zona, provocando que se incremente la altura del plato.

b) La altura del plato es directamente proporcional a la velocidad, por esta razón al disminuir la velocidad, es menor la altura del plato.

c) Al aumentar la temperatura del bloque de inyección se incrementa la altura del plato.

d) La altura del plato varía directamente proporcional al caudal, por esta razón al aumentar caudal, tiene que aumentarse altura del plato.

e) El diámetro de la partícula de relleno es directamente proporcional a la transferencia de masa de la fase móvil, además un aumento de este último provocara que se incremente la altura del plato.

f) A bajas temperaturas se tienen unas alturas de plato significativamente menores, debido a que la incidencia de la difusión longitudinal se reduce de forma apreciable al disminuir la temperatura.

25.26.- calcular los índices de retención para cada uno de los siguientes compuestos:

Compuesto (tR−tM ) Índice de retención (I)Propano 1,29 300n-butano 2,21 400n-pentano 4,10 500n-hexano 7,61 600n-heptano 14,08 700n-octano 25,11 800Tolueno 16,32 732

2-buteno 2,67 351n-propanol 7,60 624Metietilcetona 8,40 641Ciclohexano 6,94 604n-butanol 9,83 661

CAPITULO 26

26-2. Describir tres métodos generales para mejorar la resolución en la cromatografía de reparto.

La mejora de la resolución en la cromatografía, se basa en la variación de unos de los tres parámetros: N , K ' y∝.

La manera más fácil de modificar K ' y∝ es variando la temperatura a la composición de la fase móvil; también puede conseguirse utilizando una columna de relleno distinto.

En cromatografía de líquidos, el factor de capacidad K 'es el que más fácil se puede manipular, debido a que depende considerablemente de la composición de la fase móvil. Para una eficiencia optima K ', deberá estar en un intervalo comprendido entre 2 y 5.

En cromatografía de líquidos la forma más simple de producir variaciones en ∝ es modificando la composición de la fase móvil, procurando mantener K 'dentro de un intervalo razonable. También se puede cambiar ∝, eligiendo un relleno de columna distinto.

Es posible cambiar N , variando la longitud de la columna y H por alteración del caudal de la fase móvil.

El tamaño de la partícula de relleno, la viscosidad de la fase móvil y el grosor de la película del líquido adsorbido que constituye la fase estacionaria también pueden variar N.

26-3. Describir una forma de controlar el factor de capacidad de un soluto en la cromatografía de reparto.

La forma más fácil de mejorar la resolución es optimizando K ', con fases móviles gaseosas, K 'puede mejorarse a menudo aumentando la temperatura. Con fases móviles liquidas, el cambiar la composición del disolvente muchas veces permite la manipulación de K '

de tal manera que se obtienen mejores separaciones, con el fin de presentar una resolución adecuada en un tiempo mínimo.

26-4. ¿Cómo se puede controlar el factor de selectividad en a) la cromatografía de gases y en b) la cromatografía de líquidos?

a) Cambiar la composición de la fase móvil incluyendo los cambios en el pH, en las separaciones que implican a ácidos o bases ionizables, muchas veces los cambios en el pH de la fase móvil permiten la manipulación de valores de∝.Un método menos conveniente, pero efectivo, de mejorar ∝ consiste en cambiar la composición química de la fase estacionaria. Por esto la mayoría de laboratorios

que realizan separaciones cromatografías, disponen de varias columnas, las cuales pueden intercambiar fácilmente.

b) En la cromatografía de intercambio iónico, puede tener efectos lo suficientemente grandes como para hacer que merezca la pena explorar esta opción antes de recurrir al cambio del relleno de la columna, el aumento de la temperatura, de tal manera se mejora∝.

26-5. Al preparar una gradiente con benceno/acetona para una columna de HPLC de alúmina, y al eluir la columna. ¿es deseable aumentar o disminuir la proporción de benceno?

Es deseable aumentar la proporción de benceno, la introducción de la fase móvil adicional hace que la fase móvil que contiene una parte de la muestra se mueva hacia abajo.

26-6. Definir los siguientes términos.

a) DIFUSOR: Válvula que cambia su sección de paso cuando se modifican las propiedades del fluido que las cruza.

b) ELUCION ISOCRATICA: Composición constante de la fase móvil. c) ELUCION CON GRADIENTE: Los distintos analitos son eluidos con incremento de la

composición de la fase móvil en la fase orgánica.d) INYECCION CON PARADA DE FLUJO: Lo que se hace es dividir la muestra después de la

inyección, reduciendo así la masa total analito/solvente que entra efectivamente a la columna.

e) RELLENO PECULIAR: Se utilizan bolitas de vidrio o polímero no porosas esféricas de diámetro entre 30 – 40 um. Sobre su superficie se deposita una capa delgada de partículas muy pequeñas gel de sílice, alúmina o un cambiador iónico que actúan como fase estacionaria.

f) ENSANCHAMIENTO EXTRACOLUMNA: Tiene lugar cuando se transporta el soluto a través de tubos como los que se utilizan en los sistemas de inyección, en los detectores y en los tubos que conectan los distintos componentes del sistema en las pre columnas.

g) RELLENO DE FASE INVERSA: Los rellenos de fase inversa se utilizan cuando el recubrimiento unido químicamente tiene un carácter no polar.

h) RELLENO DE FASE NORMAL: Los rellenos de fase normal se utilizan cuando el recubrimiento contiene grupos funcionales polares.

i) DETECTOR DE PROPIEDADES DE LA DISOLUCION: Los detectores basados en una propiedad de disolución responden a una propiedad de la fase móvil, tal como el índice de refracción, la constante dieléctrica, o la densidad, que se modifica por la presencia de los analitos.

j) DETECTOR DE PROPIEDADES DEL SOLUTO: Los detectores basados en una propiedad del soluto responden a una de las propiedades del soluto, como la absorbancia UV, fluorescencia, intensidad de difusión, que no son propias de la fase móvil.

26-7. ¿Qué se entiende por intervalo lineal de un detector?

En un detector para cromatografía de líquidos no es necesario que sea sensible en un intervalo tan grande de temperatura. Además, un detector de HPLC debe tener un volumen interno mínimo a fin de reducir el ensanchamiento de banda.

26-8. ¿Qué es la pre columna en la cromatografía de reparto?

Para aumentar la vida de la columna analítica, se coloca delante una pre columna que elimina la materia en suspensión y los contaminantes de los disolventes. Además la pre columna sirve para saturar la fase móvil con la fase estacionaria y así minimizar las pérdidas de esta columna analítica. El composición del relleno de la pre columna debe ser semejante al de la columna analítica; sin embargo, el tamaño de la partícula es por lo común mayor para minimizar la caída de presión.

26-9. ¿En que se parecen la cromatografía de reparto en fase normal y la cromatografía de adsorción?

En la cromatografía de adsorción, la única variable que se puede utilizar para optimizar

K ' y α es la composición de la fase móvil. Del mismo modo, una modificación (aumento de la polaridad) de la fase móvil provoca una disminución del tiempo de elución.

26-10. Enumerar las características deseables para un detector de HPLC.

1. Adecuada sensibilidad.2. Buena estabilidad y reproducibilidad.3. Una respuesta lineal para los analitos que se extiende a varios ordenes de magnitud.4. Un intervalo de temperaturas de trabajo comprendido desde la temperatura de

ambiente hasta al menos 400C.5. Un tiempo de respuesta corto que lo haga independiente del caudal.6. Alta fiabilidad y manejo sencillo. Hasta el punto de estar a prueba de la impericia de

operadores inexpertos.7. Respuesta semejante para todos los analitos, o por el contrario, una respuesta

selectiva y altamente predecible para una o más clases de analitos.8. No destructivo de la muestra.

26-11. Describir algunas de las técnicas que se utilizan para aceptar un cromatógrafo de líquidos con un espectrómetro de masas.

Tenemos diferentes interfaces para el acoplamiento de la cromatografía de líquidos con la espectrometría de masas. En una de ellas, que esta comercializada, el efluente de la columna se divide y solo una minúscula fracción se introduce directamente en el espectrómetro de masas, el segundo tipo de interfaz, que también se puede adquirir en el comercio, el efluente de la columna se deposita sobre una cinta o alambre que se mueve concéntricamente y que transporta el disolvente y el analito hacia una cámara calorífica para la eliminación del primero por volatilización.

26-12. Enumerar las distintas propiedades y funciones de la fase móvil en la cromatografía de gases, la de líquidos, ¿Cómo influyen esas diferencias en la característica de los métodos?

En la cromatografía de líquidos, el establecimiento del método tiende a ser más complejo que en la cromatografía de gases , debió a que la fase móvil es líquido, los componentes de la muestra interactúan con ambas fases, la estacionaria y la móvil. Por lo contrario en la cromatografía de gases; la fase móvil se comporta como un gas ideal.