Principios de análisis instrumental

682 Capítulo 26 Introducción a las separaciones cromatográficas «< La constante de equilibrio K, para la distribución de la especie A entre las dos fases se denomina constante de distribución y se define como (26.1) donde (aA)s es la actividad del soluto A en la fase estacionaria y (a A) Mes su actividad en la fase móvil. Cuando las concentraciones son bajas o cuando intervienen especies no aniónicas, los coefi– cientes de actividad (véase el apéndice 2) se acercan a la unidad. En estas condiciones, se sustituyen las actividades cs, por la con– centración analítica molar del soluto en la fase estacionaria y por cM, su concentración analítica molar en la fase móvil. Entonces, es posible escribir la ecuación 26.1 como (26.2) donde ns y nM son las cantidades de moles de analito en las dos fases y Vs y VM son los volúmenes de las dos fases. En una situa– ción ideal la constante de distribución, a veces llamada razón o coeficiente de reparto o distribución, 3 es constante alo largo del amplio intervalo de concentraciones de soluto; es decir, cs es directamente proporcional a cM. La cromatografía en la que se aplica la ecuación 26.2 se denomina cromatografía lineal y da como resultado características como picos simétricos tipo Gauss y tiempos de retención independientes de la cantidad de analito inyectado. En este texto el análisis se restringe al estudio teórico de la cromatografía lineal. Observe que K, es la cantidad fundamental que afecta la dis– tribución de los componentes entre las fases y, por ende, las sepa– raciones. Para una elección adecuada de la fase móvil, de la fase estacionaria o de ambas, la constante de distribución se puede manipular dentro de límites. Si se ajusta el volumen de una fase, es posible modificar la relación molar en las dos fases. El modelo aquí presentado es útil aun cuando las interacciones con las dos fases no involucren una partición verdadera. 268.2 Tiempo de retención Aunque la constante de distribución es fundamental para las separaciones cromatográficas, no se puede medir con facilidad. En cambio, es factible medir la cantidad llamada tiempo de reten– ción que es una función de K,. Para ver cómo se hace esto refiérase a la figura 26.4, que es un cromatograma sencillo de dos picos. El pico pequeño de la izquierda es para la especie que no es retenida por la columna. A menudo, la muestra o la fase móvil contiene una especie que no se queda en la columna. Cuando ocurre así, este tipo de especie puede añadirse para facilitar la identificación de los picos. El tiempo t~. 1 necesario para que la especie no rete– nida alcance el detector en algunas ocasiones se denomina tiempo 3 Véanse las recomendaciones de la Comisión de Nomenclatura Analítica para cro– matografía de la IUPAC. en L. S. Ettre, Pure Appl. Chem ., 1993, 65, p. 819, DOI: l0.l35l/pacl993650408l9. El Comité recomienda el empleo del término constante de distribución K, en lugar del término más antiguo "coeficiente de reparto" o "relación de reparto", K. Tenga en cuenta que ambos términos se hallan en las publi– caciones sobre cromatografía. t IR 3 IM 's 1: u <!) 1 ) -¡; "O 1 -¡; 1 t "O LA '" ¡: "' <!) (/) Tiempo~ FIGURA 26.4 Cromatograma típico de una mezcla de dos componen– tes. El pico pequeño de la izquierda representa un soluto que no está retenido en la columna, por lo que llega al detector casi de inmediato después de empezar la elución. Por consiguiente, su tiempo de reten– ción tM es casi igual al tiempo que se requiere para que una molécula de la fase móvil pase por la columna. · muerto o tiempo nulo y proporciona una medida de la velocidad promedio de migración de la fase móvil, por lo que es un pará– metro importante para identificar los picos del analito. Todos los componentes pasan un tiempo tM en la fase móvil. El pico más grande de la derecha en la figura 26.4 es el de una especie del analito. El tiempo requerido para que esta zona llegue al detec– tor después de la inyección de la muestra se denomina tiempo de retención y se le simboliza con tR. El analito es retenido porque pasa un tiempo ts en la fase estacionaria. Entonces, el tiempo de retención es (26.3) La velocidad lineal promedio de la migración del soluto a lo largo de la columna v (por lo regular, en cm/s) es - L V= - tR (26.4) donde L es la longitud de la columna rellena. De manera seme– jante, la velocidad lineal promedio u de las moléculas en la fase móvil es L u= - tM (26.5) 268.3 Relación entre La velocidad de flujo volumétrico y La velocidad del flujo Lineal Desde el punto de vista experimental, en la cromatografía, el flujo en la fase móvil está caracterizado por la velocidad de flujo volu– métrico F (cm 3 /min) en la salida de la columna. En el caso de una columna tubular abierta, F está relacionada con la velocidad lineal en la salida de la columna u 0 (26.6) donde A es el área de la sección transversal del tubo ( 1r?). En el caso de una columna rellena, no se dispone del volumen completo de la columna para el líquido, por lo que la ecuación 26.6 se tiene que modificar a (26.7)