Cromatografía en papel

Principios de la cromatografía en papel

Todos los tipos de cromatografía siguen los mismos principios básicos.

1. Utilizamos un disolvente, denominadofase móvil , para disolver una muestra de una mezcla soluble. El disolvente transporta la mezcla hasta un sólido llamado fase estacionaria.
2. Algunos componentes de la mezcla son transportados por el disolvente más rápidamente que otros. Decimos que los componentes que viajan más rápido tienen una mayor afinidad a la fase móvil. Esto separa la mezcla en sus componentes y produce uncromatograma .
3. A continuación, utilizamos las distancias recorridas por los componentes para calcular los valores de Rf. Éstos nos ayudan a identificar el componente.

Veamos ahora algunas de esas ideas en términos de cromatografía en papel.

Fase estacionaria

En la cromatografía en papel, la fase estacionaria es -como su nombre indica- papel. Sin embargo, es un poco más complicado que eso. El papel está hecho de celulosa, un polímero de glucosa. Las fibras de celulosa se unen al vapor de agua del aire, junto con el agua que hubiera en el momento de fabricar el papel. En realidad, puedes pensar que la fase estacionaria es una matriz compleja formada por agua y papel, no sólo por el papel en sí.

Fase móvil

La fase estacionaria -el papel- se coloca en un disolvente. Ésta es nuestra fase móvil. En la cromatografía de papel, solemos utilizar un disolvente no polar. El disolvente se desplaza por el papel, arrastrando consigo los distintos componentes de la mezcla.

Factores de retención

Los componentes de la mezcla de la muestra ascienden por la fase estacionaria a velocidades diferentes. Esto significa que, en un periodo de tiempo determinado, los distintos componentes recorrerán distancias diferentes. Veremos aqué se debe esto en un segundo.

Verás estos componentes como manchas en el cromatograma, que es el nombre que recibe tu papel una vez finalizado el experimento. La relación entre la distancia recorrida por cada componente y la distancia total recorrida por el disolvente nos da los valores Rf.

Para calcular un valor Rf, divide la distancia recorrida por el componente -es decir, la distancia desde la línea de lápiz inicial hasta la mancha coloreada- por la distancia recorrida por el disolvente.

Los valores Rf son importantes porque cada componente tiene un valor Rf fijo en unas condiciones determinadas. Si repitieras de nuevo el experimento, manteniendo la fase móvil, la fase estacionaria y la temperatura exactamente iguales, obtendrías el mismo valor Rf para el mismo componente. Entonces podemos comparar los valores de Rf con los de una base de datos para identificar los componentes de la mezcla.

Afinidad relativa

¿Qué determina la rapidez con la que una sustancia sube por el papel? Todo tiene que ver con la afinidad relativa.

Los componentes con mayor afinidad por la fase móvil ascenderán más rápidamente por la placa que los que tienen mayor afinidad por la fase estacionaria. Son más solubles en el disolvente y recorren una mayor distancia en un periodo de tiempo determinado.

Analicemos más detenidamente las fases móvil y estacionaria en la cromatografía de papel para averiguar por qué algunos componentes tienen mayor afinidad por una u otra.

¿Recuerdas que la fase estacionaria es una matriz de celulosa y agua? Esto significa que es polar y puede experimentar fuerzas dipolo-dipolo permanentes. Las moléculas de agua también pueden formar enlaces de hidrógeno con las sustancias adecuadas. En cambio, la fase móvil de la cromatografía en papel suele ser apolar. Sólo puede formar fuerzas de Van der Waals débiles . De ello se deduce lo siguiente:

• Si alguno de los componentes de la mezcla de la muestra es polar o contiene grupos químicos que puedan formar enlaces de hidrógeno, se unirá más fuertemente a la estructura polar celulosa-agua que al disolvente no polar. Esto significa que tienen una mayor afinidad con la fase estacionaria y ascenderán más lentamente por el papel. Estos componentes dan valores de Rf más bajos.
• Sin embargo, los componentes no polares se unirán más fuertemente al disolvente no polar que al papel polar. Son más solubles. Por tanto, tienen una mayor afinidad con la fase móvil y ascenderán más rápidamente por el papel. Estos componentes dan valores de Rf más altos.

Método de cromatografía en papel

Ya está bien de detalles técnicos: ¿cómo se hace realmente una cromatografía en papel?

1. Traza una línea de lápiz a lo largo de la parte inferior de una hoja de papel de cromatografía.
2. Coloca un punto de la mezcla que quieras analizar en el centro de la línea.
3. Coloca la hoja de papel en un vaso de precipitados lleno de una capa poco profunda del disolvente que elijas. Asegúrate de que el nivel del disolvente está por debajo de la línea del lápiz.
4. Tapa el vaso de precipitados y deja que el disolvente suba por el papel, arrastrando consigo los componentes de la mezcla.
5. Cuando el nivel del disolvente llegue casi a la parte superior del papel, retira el papel del vaso y marca la posición del disolvente con otra marca de lápiz. Tu cromatograma ya está listo para ser analizado.

Al final del experimento, el montaje debería parecerse un poco a esto:

El final de un experimento de cromatografía de papel. Anna Brewer, StudySmarter Originals

El punto de tinta ha subido por el papel y se ha separado en varias manchas. Cada mancha representa un componente diferente de la mezcla original. Cada componente asciende por el papel a una velocidad diferente, en función de su afinidad relativa a la fase estacionaria y de su afinidad relativa a la fase móvil.

Ahora podemos utilizar estos resultados para calcular los valores de Rf de cada mancha.

Cálculo de los valores de Rf

Antes hemos mencionado los valores Rf. Son valores que muestran la relación entre la distancia recorrida por cada componente y la distancia total recorrida por el disolvente.

Veamos cómo calcular los valores de Rf para el cromatograma que mostramos anteriormente.

1. Mide la distancia entre la línea base del lápiz y una de las manchas de color del cromatograma. Ésta es la distancia recorrida por el componente que produjo esa mancha.
2. Mide la distancia entre la línea de lápiz base y la línea de lápiz que utilizaste para marcar el frente del disolvente. Es la distancia recorrida por el disolvente.
3. Divide la distancia recorrida por el componente por la distancia recorrida por el disolvente. Esto te da tu valor Rf.
4. Repite la operación con todas las manchas de color.

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

Cálculo de los valores Rf de un cromatograma en papel. Observa que el disolvente se ha evaporado; por eso hemos trazado una línea de lápiz para marcar su posición. Anna Brewer, Originales de StudySmarter

Calculemos el valor Rf de la mancha verde. La mancha verde ha recorrido 3,0 cm, mientras que el frente del disolvente ha recorrido 9,8 cm. Divide 3,0 entre 9,8 para obtener tu respuesta:

$3.0÷9.8=0.306$

Tendemos a redondear los valores de Rf a dos decimales, lo que nos da una respuesta global de 0,31.

Análisis de los cromatogramas

Los cromatogramas nos muestran dos cosas.

1. El número de componentes diferentes en nuestra mezcla de partida.
2. La identidad de cada componente de nuestra mezcla de partida.

Número de componentes diferentes

Recuerda que cada mancha representa un componente diferente que se encuentra en la mezcla de soluto original. En nuestro ejemplo anterior, tenemos tres manchas diferentes en nuestro cromatograma. Por tanto, sabemos que tenemos tres sustancias diferentes presentes.

Identidad de cada componente

Hay dos formas de identificar las sustancias en un cromatograma. En primer lugar, al preparar el experimento, puedes colocar un pequeño punto de una sustancia conocida, como un aminoácido o una molécula orgánica concreta, en la línea del lápiz, al lado de tu punto de soluto. Esta sustancia conocida actúa como molécula de referencia. También será arrastrada por el disolvente hacia arriba en la placa, produciendo una mancha visible. Si alguna de las manchas de tu mezcla coincide con la mancha de la sustancia conocida, sabrás que esa sustancia está presente en tu mezcla.

¿Te parece un poco confuso? He aquí cómo se ve en la práctica.

Identificación de componentes en cromatografía de papel. Anna Brewer, Originales de StudySmarter

La mancha roja de la izquierda es de una sustancia conocida. Una de las manchas producidas por nuestra mezcla coincide exactamente con ella. Por tanto, podemos deducir que la mezcla contiene esta sustancia concreta.

Pero hay otra forma de identificar los componentes. También hemos mencionado antes que, siempre que mantengas las mismas condiciones, un componente concreto producirá siempre el mismo valor Rf. Supongamos que un componente concreto tiene un valor Rf de 0,4. Si buscamos en una base de datos, deberíamos poder encontrar una sustancia que también produzca un valor Rf de 0,4 en las mismas condiciones: la misma fase móvil, la misma fase estacionaria y la misma temperatura. Estas dos sustancias son la misma.

Ventajas de la cromatografía en papel

La cromatografía en papel es una técnica relativamente sencilla. Sin embargo, tiene sus ventajas.

• Es barata y fácil de realizar, con una configuración más sencilla que otros tipos de cromatografía.
• Sólo utiliza pequeñas cantidades de la mezcla de la muestra.
• Puede analizar compuestos orgánicos e inorgánicos.

Sin embargo, en comparación con otras técnicas cromatográficas, como la cromatografía de gases y la cromatografía en capa fina, la cromatografía en papel es menos precisa. Éste es uno de sus principales inconvenientes.

Usos de la cromatografía de papel

La cromatografía de papel es algo más que una forma de hacer bonitos patrones coloreados. Tiene diversos usos, muchos de los cuales comparte con otras técnicas cromatográficas. Entre ellas están:

• Separar mezclas. Por ejemplo, a principios del siglo XX, la cromatografía en papel se utilizaba mucho para separar extractos de plantas.
• Obtención de compuestos puros y eliminación de impurezas.
• Analizar fármacos.
• Análisis de aguas residuales.