Cromatografía

¿Qué es la cromatografía?

Supongamos que tenemos una tinta de color morado intenso. Aunque parezca que sólo contiene un color, con la cromatografía podemos dividirla en todos sus pigmentos separados: azules, rojos, quizá algo de amarillo y verde. Éste es sólo un ejemplo de cromatografía. En este caso, se utiliza para separar una mezcla. Sin embargo, la cromatografía también puede utilizarse para analizar mezclas, por ejemplo, para identificar los principios activos de un medicamento o para averiguar los productos de una reacción.

El método de la cromatografía

Existen varios tipos de cromatografía y cada uno tiene un proceso ligeramente distinto. Sin embargo, el método general sigue siendo el mismo. La cromatografía implica los siguientes pasos:

• Toma una mezcla soluble, conocida como soluto.
• Añade una pequeña cantidad de la mezcla a un sólido, líquido o gas estático. Este medio estático se conoce como fase estacionaria.
• Añade algún tipo de disolvente. Se conoce como fase móvil.
• El disolvente disuelve la mezcla y la transporta a través de la fase estacionaria.
• Los distintos componentes de la mezcla atraviesan la fase estacionaria a velocidades diferentes. Por ello, se separan en manchas o bandas claras y distintas, que podemos ver en un cromatograma.

Una de las formas más sencillas de cromatografía es la cromatografía en papel. Es muy probable que la hayas realizado alguna vez en la escuela. Este es el montaje típico de la cromatografía en papel:

Fig. 1 - Montaje típico de la cromatografía de papel

Principios de la cromatografía

Más arriba te hemos presentado algunas palabras clave, en concreto fase estacionaria, fase móvil y cromatograma. Éstos son algunos de los principios básicos de la cromatografía. Exploremos ahora qué significan exactamente.

Fase estacionaria

La fase estacionaria es, como su nombre indica, estacionaria. No se mueve. Algunos ejemplos son el papel y el polvo de sílice.

Fase móvil

A diferencia de la fase estacionaria, la fase móvil se mueve. Es un disolvente que disuelve el soluto que quieres analizar o separar, y lo transporta a través de la fase estacionaria.

Cromatogramas

Una vez finalizada la cromatografía, te quedarán algunas pruebas del proceso. La mezcla se habrá separado en la fase estacionaria en diferentes puntos o bandas. La fase estacionaria sobrante, con todas sus manchas, se llama cromatograma.

Por ejemplo, en la cromatografía en papel, la fase estacionaria es una hoja de papel. Una vez terminado el experimento, el cromatograma es el papel con su disposición final de manchas diferentes.

Fig. 2 - Un cromatograma de cromatografía de papel

Centrémonos en dos términos nuevos: afinidad relativa y factor de retención.

Afinidad relativa

Los componentes de la mezcla de solutos se mueven a velocidades diferentes a través de la fase estacionaria. Todo ello tiene que ver con sus afinidades relativas a las dos fases.

Se dice que los componentes que experimentan una mayor atracción por la fase estacionaria tienen una mayor afinidad por ella. Son menos solubles en el disolvente y se sienten más atraídos por el medio estático. La fase móvil no puede arrastrarlos tan fácilmente, lo que significa que los componentes se mueven más lentamente a través de la fase estacionaria.

Por el contrario, se dice que los componentes que experimentan una mayor atracción por la fase móvil tienen una mayor afinidad por ésta. Son más solubles en el disolvente y menos atraídos por el medio estático. La fase móvil los arrastra muy bien, por lo que estos componentes se desplazan más rápidamente por la fase estacionaria.

¿Cuál es la causa de estas diferentes afinidades relativas? Como ya hemos dicho, todo tiene que ver con la atracción hacia las dos fases.

Digamos que la fase estacionaria está formada por una molécula polar. Esto significa que experimenta fuerzas dipolo-dipolo permanentes entre ella y cualquier otro componente polar de la mezcla de partida. Por otro lado, normalmente utilizaríamos un disolvente no polar. Esto significa que sólo habría fuerzas de Van der Waal débiles entre el disolvente y los componentes. Por tanto, los componentes polares experimentan una atracción mucho mayor entre ellos y la fase estacionaria, que entre ellos y la fase móvil. Se sienten más atraídos por la fase estacionaria, son menos solubles en el disolvente, por lo que podemos decir que tienen una mayor afinidad por la fase estacionaria.

Factores de retención

Ahora sabemos que los distintos componentes viajan a velocidades diferentes a través de la fase estacionaria debido a sus afinidades relativas a las dos fases. Esto significa que, en un periodo de tiempo determinado, los distintos componentes recorrerán distancias diferentes. Podemos verlo porque aparecen como manchas claras y distintas.

Utilizamos la relación entre la distancia recorrida por cada mancha y la distancia total recorrida por el disolvente para calcular lo que se conoce como factores de retención, o valores Rf.

Los valores Rf son importantes porque nos ayudan a identificar los componentes. Un componente concreto siempre produce el mismo valor Rf en unas condiciones determinadas, es decir, si elementos como la temperatura, la fase móvil y la fase estacionaria son exactamente iguales. Si calculamos el valor Rf de un componente concreto, podemos compararlo con los valores de una base de datos para averiguar la identidad de esa sustancia desconocida.

Para hallar los valores de Rf, divide la distancia recorrida por cada componente por la distancia total recorrida por el disolvente.

$\mathrm{Rf}\mathrm{value}=\frac{\mathrm{distance}\mathrm{travelled}\mathrm{by}\mathrm{solute}}{\mathrm{distance}\mathrm{travelled}\mathrm{by}\mathrm{solvent}}$

Fig. 3 - Cálculo de los valores Rf

En el ejemplo anterior, la mancha azul ha recorrido 7,4 cm y el disolvente 9,8 cm. Para calcular su valor Rf, utilizamos la siguiente ecuación:

$7.4÷9.8=0.755=0.76$

Los valores de Rf no tienen unidades y suelen indicarse con dos decimales.

Ahora que conoces las afinidades relativas, ¿puedes predecir cómo varían los valores de Rf entre los componentes?

• Los componentes con mayor afinidad a la fase estacionaria se desplazan más lentamente por el medio. Se desplazan menos en un periodo de tiempo determinado y, por tanto, tienen un factor de retención más bajo.
• Los componentes con mayor afinidad por la fase móvil se desplazan más rápidamente por el medio. Se desplazan más lejos en un periodo de tiempo determinado, por lo que tienen un factor de retención más elevado.

Tipos de cromatografía

Existen múltiples tipos de cromatografía. Se diferencian en sus fases móvil y estacionaria y en sus métodos, pero todos siguen los principios expuestos anteriormente. Los tipos incluyen:

• Cromatografía en capa fina (TLC).
• Cromatografía en papel.
• Cromatografía de gases.
• Cromatografía en columna.
• Cromatografía de partición.
• Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

Aquí tienes una práctica tabla que te ayudará a compararlas.

Usos de la cromatografía

Ya hemos hablado de algunos de los usos de la cromatografía, por ejemplo, el análisis de aguas residuales. Pero la cromatografía tiene infinidad de aplicaciones diferentes. Entre ellas están:

• Detección de drogas en la orina.
• Análisis de metabolitos en fluidos corporales.
• Extracción de pigmentos de extractos vegetales.
• Aislar los principios activos de los fármacos.
• Purificación de compuestos.
• Separación de mezclas de proteínas, aminoácidos o nucleótidos.
• Control de calidad de bebidas alcohólicas.