Cromatografía

Te explicamos qué es la cromatografía, cómo se utiliza para separar mezclas, cuáles son sus fases, qué tipos existen y ejemplos.

¿Qué es la cromatografía?

La cromatografía es un método de separación de mezclas complejas, que es ampliamente utilizado en diversas ramas de la ciencia. Se puede utilizar para cuantificar, identificar y separar los componentes de una mezcla. Para ello emplea el principio de la retención selectiva, que consiste en el distinto comportamiento de los componentes de una mezcla sobre un soporte específico (como un papel, un gas, un líquido, una resina) y una fase líquida o gaseosa que fluye a través del soporte.

De esa manera, la cromatografía emplea diversas técnicas que aprovechan las diferencias en la velocidad de retención de cada componente, y puede separarlos, identificarlos y cuantificarlos.

En muchos casos es clave la adsorción (diferente de la absorción, que está referida a la difusión de un componente desde una fase hasta otra), concepto que se refiere al proceso por el que las partículas son retenidas sobre una superficie. De acuerdo a la diferencia de velocidades de adsorción sobre un soporte y a la afinidad por este soporte de los componentes de la mezcla, podrán separarse para luego ser cuantificados o identificados.

En general, todos los tipos de cromatografía dependen de una serie de instrumentos, compuestos químicos y determinada tecnología. Debido a ello, es importante conocer algunos conceptos para poder entender el funcionamiento de las técnicas cromatográficas:

• Fase estacionaria. Es una sustancia que se mantiene inmóvil mientras se ejecuta la cromatografía.
• Fase móvil. Es la sustancia que se mueve durante la cromatografía. Puede ser un líquido o un gas. La muestra que contiene el analito se administra en la fase móvil.
• Analitos. Son las sustancias que se van a separar, cuantificar y/o identificar utilizando la cromatografía, es decir, son las sustancias que se van a analizar.
• Muestra. Es la mezcla que se va a analizar. Puede estar constituida por uno o varios analitos, y otros componentes que pueden no ser de interés, de los que serán separados los analitos.
• Tiempo de retención. Es el tiempo que demora un analito en pasar desde la columna o sistema por donde pase la fase móvil, hasta el detector (equipo que puede dar una señal de detección utilizando alguna propiedad del analito).
• Selectividad. Es la capacidad de diferenciar cada componente en la mezcla.
• Eluyente. También se refiere a la fase móvil cuando sale de la columna cromatográfica.

El método cromatográfico consiste en inocular una muestra en una fase estacionaria o fase móvil (dependiendo del tipo de técnica cromatográfica). Luego, si por ejemplo, la fase móvil es la que contiene la muestra, pasa a través de una fase estacionaria determinada.

La separación de los analitos dependerá de la afinidad de cada uno de los componentes tanto por la fase estacionaria como por la fase móvil. Dependiendo de su naturaleza, algunas sustancias tenderán a moverse con la fase móvil y otras a permanecer sobre la fase estacionaria.

Ver además: Coloide

Tipos de cromatografía

Dependiendo de la tecnología utilizada, de la naturaleza del soporte (fase estacionaria) y de la sustancia móvil (fase móvil), se pueden diferenciar los siguientes tipos de cromatografía:

• Cromatografía en papel. La fase estacionaria está formada por una tira de papel de filtro. La muestra a analizar se coloca en forma de gota sobre un extremo del papel. Luego se sumerge la tira de papel en un recipiente donde se encuentra la fase móvil, teniendo en cuenta que el extremo donde está colocada la muestra quede en la parte de abajo del papel. La fase móvil asciende por capilaridad arrastrando consigo la muestra y separando cada componente según su afinidad por la fase estacionaria. Este tipo de cromatografía se emplea principalmente cuando cada componente de la muestra tiene un color diferente, entonces se puede ver el despliegue de colores sobre el papel para identificarlos.
• Cromatografía en capa fina. El funcionamiento de esta técnica es parecido al de la cromatografía en papel, pero en este caso la fase estacionaria se construye depositando una resina polar (casi siempre sílica gel), sobre una placa de vidrio o aluminio. Se coloca cierta cantidad de la muestra a 1cm del borde inferior de la placa. Luego se sumerge esta placa, teniendo en cuenta que el extremo que contiene la muestra debe quedar hacia abajo, en un recipiente que contiene la fase móvil. La fase móvil asciende por capilaridad separando los componentes de la muestra.
  
• Cromatografía en columna. La fase estacionaria se coloca dentro de una columna que puede ser de vidrio o acero inoxidable, entre otros materiales. La fase móvil puede ser líquida o gaseosa. La muestra se coloca en el extremo superior de la columna y se deja descender con la fase móvil utilizando la gravedad. De este modo, la cromatografía en columna se puede clasificar como:
  • Cromatografía sólido-líquido. La fase estacionaria es sólida y la móvil es líquida.
  • Cromatografía líquido-líquido. Ambas fases son líquidas.
  • Cromatografía líquido-gas. La fase estacionaria es líquida y la móvil es gaseosa.
  • Cromatografía sólido-gas. La fase estacionaria es un sólido y la móvil es gaseosa.

Por otro lado, atendiendo al tipo de interacción del analito entre las fases estacionarias y móviles, tenemos los siguientes tipos de cromatografía:

• Cromatografía de adsorción. En este tipo de cromatografía la fase estacionaria es un sólido, mientras que la fase móvil es un líquido. La sustancia que forma la fase estacionaria puede ser alúmina (Al₂O₃), sílice (SiO₂) o resinas de intercambio iónico (matrices que tienen sitios electrostáticamente activos, debido a lo que el analito se retiene en ellas por interacción electrostática). La fase móvil puede estar formada por un solvente o una mezcla de solventes. Algunos componentes de la mezcla serán retenidos con mayor fuerza que otros, de esta forma ocurre la separación.
• Cromatografía de partición. Se da cuando la separación de los analitos de la mezcla se produce por diferencias de sus solubilidades o polaridades entre la fase estacionaria y la fase móvil, siendo ambas fases líquidos inmiscibles. La tecnología de las fases estacionarias ha avanzado y ya existen variedades de líquidos embebidos en sólidos y resinas que se utilizan con este fin. En este sentido existen dos tipos de cormatografía dependiendo de la polaridad de la fase estacionaria y la fase móvil:
  • En fase normal. La fase estacionaria es polar y la fase móvil es apolar.
  • En fase reversa. La fase estacionaria es apolar y la fase móvil es polar.
• Cromatografía de intercambio iónico. Cuando la fase estacionaria es sólida y posee grupos funcionales ionizables, es decir, con carga, que son capaces de intercambiar su carga con el analito. Puede clasificarse en:
  • Cromatografía de intercambio catiónico. La fase estacionaria contiene grupos funcionales cargados negativamente, por lo que retiene cationes (cargados positivamente).
  • Cromatografía de intercambio aniónico. La fase estacionaria contiene grupos funcionales cargados positivamente, por lo que retiene aniones (cargados negativamente).
• Cromatografía de exclusión molecular. La fase estacionaria es un material poroso a través del que eluyen los analitos, dependiendo de sus tamaños. En este tipo de cromatografía no existe ningún tipo de interacción física o química entre los analitos y la fase estacionaria. Los analitos de mayor tamaño eluyen primero, es decir, no son retenidos en la fase estacionaria. Mientras que los analitos de menor tamaño quedan atrapados en los poros de la fase estacionaria y van saliendo de ella a medida que se pasa la fase móvil (líquida).
  

Con el avance del conocimiento y la tecnología, las técnicas cromatográficas fueron perfeccionándose y cada vez se han podido separar, identificar y cuantificar de manera más exacta las sustancias presentes en una mezcla. Dos ejemplos de cromatografías avanzadas son la HPLC (Cromatografía Líquida de Alta Eficacia) y la GC (Cromatografía Gaseosa).

• HPLC. Consiste en un tipo de cromatografía en columna, pero cuya fase móvil se bombea a altas presiones a través de la fase estacionaria dentro de la columna. La aplicación de una presión alta reduce la difusión de los analitos por la fase estacionaria, logrando así mejores resultados, además de disminuir los tiempos de trabajo.
• GC. La fase móvil es un gas y la fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido. La muestra se volatiliza antes de inyectarla en la columna cromatográfica, pues debe ser gaseosa para que el gas portador la transporte.

Ejemplos de cromatografía

Algunos ejemplos cotidianos de la aplicación de la cromatografía son:

• Vino derramado sobre un mantel blanco. Un accidente a la hora de la cena nos permitirá observar, al secarse el vino por contacto con el aire, las diversas sustancias que lo componen. Cada una teñirá de distinto tono o color el blanco de la tela, y se podrán identificar por separado, cosa que normalmente resultaría imposible.
• Análisis de sangre. La cromatografía de muestras de sangre se lleva a cabo a menudo para identificar las sustancias contenidas en ella, imperceptibles normalmente dado que se trata de una mezcla muy compleja. Para ello se observa el color que la sangre refleja en un soporte o sometida a una luz específica.
• Exámenes de orina. Del mismo modo que la sangre, la orina es una mezcla de diversos compuestos, algunos sólidos y otros líquidos, cuya presencia o ausencia puede revelar detalles sobre el funcionamiento del organismo. Se puede llevar a cabo una separación cromatográfica para detectar residuos inusuales, como sangre, sales, glucosa o sustancias ilegales.
• Revisión de una escena del crimen. Algo que vemos a menudo en las películas: los investigadores toman telas, fibras, tejidos u otros soportes y observan la separación por adherencia de las distintas sustancias derramadas sobre ellos, como pueden ser el semen o la sangre, incluso cuando a simple vista podrían pasar desapercibidas.
• Comprobaciones sanitarias de alimentos. Partiendo de que los especialistas en alimentos conocen la reacción de los componentes de la comida al ser sometidos a un espectro cromatográfico, esta técnica puede emplearse para detallar en una muestra si existe en ellos algún tipo de sustancia indebida, producto de agentes microbianos o de algún tipo de contaminación, antes de que el producto salga al mercado y ponga en riesgo la salud de la gente.

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Referencias

• “Cromatografía” en Wikipedia.
• “Cromatografía” en Biomodel.
• “¿Qué es la cromatografía?” en Area ciencias.
• “Separation techniques: Chromatography” en US National Library of Medicine.
• “Basics of Chromatography” en Khan Academy (inglés).
• “Chromatography” en The Encyclopaedia Britannica.