En este capítulo estaremos completando la información del anterior, por lo que vendría siendo una continuación.
¿Por qué los picos tienen forma gaussiana?
Para los que no sepan, una forma gaussiana es una gráfica que tiene forma de una campana y es una función matemática muy utilizada en la estadística.
Esta forma se atribuye a los movimientos aleatorios de las molecúlas de analito dentro de la banda cromatográfica, lo que hacen que cada molécula tenga una transferencia y un tiempo diferente, siendo la cúspide el comportamiento promedio y por ende donde hay mas moléculas.
Si los picos tardan más en salir, esta dispersión será mayor. Es por esto, que generalmente nuestros picos iniciales son muy finos y al final comienzan a salir más anchos.
Es importante mencionar, que nuestro interés siempre sera tener picos muy finos, ya que permitirá detectar los picos más pequeños. Si un pico es muy pequeño y comienza a ensancharse, al final se confundirá con la línea base y no podrá ser detectado el compuesto.
Para profundizar más en esto, se hace una analogía con el proceso de destilación, describiendo la cromatografía con la siguiente ecuación:
N= L/H
Donde L es el largo de la columna. N es el número de platos, es decir, la cantidad de veces donde ocurre la interacción entre el analítico y las fases móviles y estacionarias. H siendo la eficacia de la columna.
Principalmente, el número de platos es muy utilizado en la industria para verificar el desempeño adecuado de una columna, ya que estas vienen con un certificado que indican el valor. A medida que este valor disminuya, la capacidad de separación será peor, ya que los picos se irán ensanchando.
¿Cómo comprender la eficacia de una columna?
La eficacia es evaluada en función a la velocidad lineal de la fase móvil u. La ecuación que representa esta gráfica es conocida como la Ecuación de Van Deemter. que se define como:
A menor valor de H, mayor eficacia del sistema y menor ensanchamiento de pico.
A es el camino múltiple, son las diferentes rutas que toman las moléculas a través de la columna. Este parámetro no depende del flujo y se define con la siguiente ecuación:
Donde 𝛌 es un factor que depende de la uniformidad del empaque y dp es el diámetro de partícula de la fase estacionaria.
B/u se define como difusión longitudinal. que es la tendencia de las moléculas a moverse de manera paralela al flujo (sentido opuesto y a favor del flujo). Es por ello, que este parámetro es inversamenta proporcional al flujo, como se observa en la ecuación:
Donde Dm es el coeficiente de difusión de la fase móvil y γ es una constante que depende de la calidad del relleno (factor de obstrucción).
Finalmente, la transferencia de masa C.u (Cm de fase móvil y Cs de fase estacionaria). Que está asociado a la resistencia de la transferencia de masa del soluto entre la fase móvil y estacionaria. Esta difusión ocurre debido a las diferentes distancias de las moléculas del soluto con el centro de interacción entre las fases, siendo perpendicular al flujo, por esta razón el término es proporcional.
Donde df corresponde al espesor de recubrimiento de la fase estacionaria y f(k') un factor dependiente de k'.
Mientras observamos las ecuaciones de cada parámetros, ahora evaluaremos como afectan algunas condiciones:
- Coeficiente de difusión: La difusión es proporcional a la temperatura. por lo tanto, a temperaturas bajas la difusión será menor (disminuye B/u). La difusión es poco contribuyente al ensanchamiento de banda en LC, por ejemplo, un coeficiente de difusión del Helio es 1.386 cm2/s, mientras que el del Acetonitrilo es 0.00002 cm2/s.
- Empaque de la columna: disminución de la porosidad o uniformidad aumentan el ensanchamiento de la columna (aumenta A). Aumento del tamaño de partícula afecta de la misma manera.
- El camino múltiple A al ser un valor constante que no depende del flujo y el mayor contribuyente en LC, permite que en esta técnica las variaciones de flujo afecten muy poco la eficacia de la técnica.
En GC al ser todo lo contrario, habrán rangos de flujos óptimos para cada gas que sea usado de fase móvil:
Podemos observar que el N2 es el que tiene el menor H, sin embargo tiene un rango muy pequeño de flujo y a flujos altos la eficacia es muy baja. Por esta razón, el He e H2 son los mejores gases de arrastre en GC. Siendo el He el favorito, aunque su precio es alto ya que no es un recurso ilimitado en el mundo, mientras el H2 es una opción más viable económicamente (cilindros más económicos o generadores de gas) pero tiene como desventaja su inflamabilidad y desventajas con ciertos detectores.
Para el próximo capítulo, ya nos adentraremos a la cromatografía de gases.
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