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Curso Básico de Cromatografía de Líquidos
de Alta ResoluciónHPLC
(High Pressure Liquid Chromatography)(High Performance Liquid
Chromatography)(High Priced Liquid Chromatography!!!!)
BUAP-CUV Sep.,12, 2008
22
Cromatografía de Líquidos de Alta Resolución
33
Definición.
Cromatografía es una técnica analítica basada en la separación parcial o total de los componentes de una mezcla como consecuencia de su migración diferencial en un sistema dinámico formado por una fase estacionaria y una fase móvil.
44
Inyección Migración Elución
Separación de los componentes de una muestra
Fase móvil
Proceso de separación cromatográfica
Fase estacionaria
Mezcla
55
Etimología
El botánico ruso Mikhail Semyonovich
Tswett (1872-1920), es conocido como el
“padre de la cromatografía”, como
resultado de sus experimentos en los
cuales usó columnas tipo gis “chalk” para
separar pigmentos extraídos de hojas.
Tswet presentó los principios básicos de
su método de separación en 1902,
después publicó dos artículos en 1906
en los cuales llamó al método
cromatografía.
66
Clasificación
De acuerdo a la naturaleza de la fase móvil, la cromatografía se clasifica en :
CROMATOGRAFIA DE GASES (Gas)
CROMATOGRAFIA DE LIQUIDOS (Líquido)
En ambos casos , la fase estacionaria se encuentra contenida en una tubería llamada COLUMNA.
77
Cromatografía
LSC
Partición (Reparto)
Exclusión portamaño.
Intercambio iónico.
GSC
Empacada
Capilar
GLC
Empacada
Capilar
Clasificación
88
Mecanismos de Separación
INTERCAMBIO IÓNICO
EXCLUSIÓN
PARTICIÓNXm
S ADSORCION
99
Aplicaciones Generales
Forense
Agropecuaria
Alimentos y Bebidas
Ambiental y Forestal
Farmacéutica
ClínicaBioquimica Polímeros
1010
Aplicaciones Generales
Insecticidas: carbamatos, organofosforados
Fungicidas: benzimidazoles, carbamatos
Herbicidas y reguladores del crecimiento: ureas,
fenilureas, triazinas, glifosatos( diquat/paraquat)
Aflatoxinas: B1, B2, G1, G2
Micotoxinas: deoxinivalenol (DNO)
Acidos Fenólicos, Carbohidratos
Proteínas, Aminoácidos
Antocianinas
Vitaminas Liposolubles e Hidrosolubles
Drogas de Abuso
Antibióticos,Esteroides,Analgésicos
1111
Sistema Cromatográfico,
FASE MÓVIL
BOMBAINYECTOR
CO
LU
MN
A
DETECTOR SISTEMA DE DATOS
1212
Proceso de separación cromatográfica
1313
Tiempo de Retención
to= tiempo muerto
tr= tiempo de retención absoluto
t´r= tiempo de retención relativo
tR
t´r= tr-to
´ < 20
1414
Factor de Capacidad
1515
Resolución (R)
• Mide la separación entre dos picos
• Considera la distancia y el ancho entre dos picos adyacentes
1616
Resolución (R)
R = ___( tr2-tr1)___
1/2(W1 + W2)
tr2,tr1= tiempos de retención de ambos picos
W1,W2= anchos de pico en la base
1717
Resolución (R)
Resolución vs Concentra-ción.•Para columnas nuevas es recomendable que R> 1.5
1818
Resolución (R)
La curva Gaussiana representa la distribución estadistica resultante de las moléculas en el espacio que ocupan
1919
Resolución (R)
Existen tres fuentes que contribuyen al ensanchamiento de bandas:
La eficiencia de la columna es una función de la longitud de la columna y del tamaño y uniformidad de las partículas
2020
Resolución (R)
Existen tres fuentes que contribuyen al ensanchamiento de bandas:
2121
• Mide los efectos de ensanchamiento de pico que se presentan cuando un componente migra a través de la columna
Eficiencia (N) [número de platos teóricos]
2222
Altura Equivalente de un Plato Teórico (HETP)
• La HETP relaciona la longitud de la columna con el número de platos teóricos.
• Valores de HETP más pequeños -> columna más eficiente.
2323
Altura Equivalente de un Plato Teórico (HETP)
• La Ecuación de Van Deemter es una expresión teorica que define la eficiencia de la columna. Es la suma de los tres elementos que contribuyen al ensanchamiento de las bandas
2424
Altura Equivalente de un Plato Teórico (HETP)
A = Difusión de Eddy
B = Difusión Longitudinal
C = Resistencia a la
transferencia de masa
µ = Flujo de fase móvil
2525
Eficiencia (N, Número de Platos teóricos )
• Número de veces que un componente presenta un estado de equilibrio entre las dos fases
• Se expresa cuantitativamente como el Número de Platos Teóricos
2626
Selectividad, α
• Selectividad es la medida de que una columna pueda distinguir entre dos componentes
Se ajusta al hacer cambios de fase móvil y fase estacionaria
2727
Resolución vs Selectividad, Capacidad y Eficiencia
2828
Resolución vs Selectividad, Capacidad y Eficiencia
• Rs = 0.8
• N = 7000
• α = 2.1
• .´~1
2929
Teória en práctica
• pico1 Tr=5.0
• pico2 Tr=6.2
• To=1.3
• W1=0.13
• W2=0.15
• L=25cm
• Calcular:.´, α, R, N y HETP
3030
Definiciones en Resumen
Eficiencia• Cuan estrechos son los picos
– Medida del desempeño de la columna/fase estacionaria
Factor de Capacidad• Cuan bien es retenido un compuesto
Selectividad• La retención relativa de 2 compuestos
Resolución• La separación relativa de 2 compuestos
• Evalua la separación en su totalidad
3131
Optimización de una Separación – Factor de Capacidad
Para optimizar el Factor de Capacidad:
Ajustar la fuerza del solvente
Cambiar la fase estacionaria (columna)
3232
Optimización de una Separación– Selectividad
Para optimizar la Selectividad (separación):
Cambiar la composición de la fase móvil
Usar aditivos en la fase móvil
Cambiar la fase estacionaria
Cambiar el pH y/o la temperatura
3333
Optimización de una Separación– Eficiencia
Para optimizar la eficiencia de la columna :Disminuir el tamaño de partícula
Emplear el flujo acorde al mínimo de la grafica HETP
Emplear un solvente menos viscoso
Incrementar la temperatura de la columna
Incrementar la uniformidad de la partícula
3434
II. Instrumentación
2.1 Fase móvil
2.2 Sistema de bombeo
2.3 Inyectores
2.4 Columnas
2.5 Detectores
3535
FASE MÓVIL
BOMBAINYECTOR
CO
LU
MN
A
DETECTOR SISTEMA DE DATOS
SISTEMA CROMATOGRAFICO
3636
Preparación de la Fase Móvil
Seleccionando la Fase móvil correcta• La consideración principal al elegir un sistema de
solventes es seleccionar uno que separe adecuadamente los analitos. Además de la calidad en la separación, la fase móvil debe:
• No alterar la columna ni sus características
• Ser compatible con el detector
• Disolver la muestra
• Tener una viscosidad baja
• Permitir la recuperación fácil de la muestra, si es necesario.
• Ser de pureza elevada y no tóxico
• Ser comercialmente disponible a un precio razonable
2.1 Fase Móvil - Caracteristicas
3737
A) FILTRACIÓN
MEMBRANAS
Material
Tamaño de Poro
2.1 Fase Móvil - Preparación
3838
B) DESGASIFICACIÓN
Gas Inerte
2.1 Fase Móvil - Preparación
He
Ultrasonido
Agitación y vacío
3939
B) DEGASIFICACIÓN
2.1 Fase Móvil - Preparación
4040
C) PREMEZCLADO
2.1 Fase Móvil - Preparación
Es recomendable medir los volumenes individuales y mezclarlos en un reservorio comun.
Cuando se mezclan solventes orgánicos con agua siempre se obtiene un V de mezcla negativo.
Para preparar MeOH/Agua 50/50, no se debe colocar 500 ml de metanol en el matraz aforado y añadir 500 ml de agua porque no serian suficientes para llevar al aforo.
4141
D) BUFFERS
2.1 Fase Móvil - Preparación
Los buffers seran necesarios cuando se analicen muestras que contengan analitos ácidos o básicos.
Las concentraciones recomendadas son del orden de 10 a 20 mM; de ser necesaria una mayor concentración asegurarse que no se presente precipitación.
Recordar que el intervalo de amortiguamiento es de máximo +/-1.5 unidades en torno al valor de pka (ver tabla).
El pH debera ajustarse en el buffer acuoso (teniendo considerado la modificación del pH por el solvente orgánico).
4242
D) BUFFERS
2.1 Fase Móvil - Preparación
Recordar que el intervalo de amortiguamiento es de máximo +/-1.5 unidades en torno al valor de pka (ver tabla).
4343
D) BUFFERS
2.1 Fase Móvil - Preparación
4444
ACERO INOXIDABLE
PEEK
2.1 Fase Móvil – Mantenimiento Preventivo
P/N: 28-211524-00 SOLVENT BOTTLE FILTER 10 µM, TITANIUM
P/N: 27-180387-00 SOLVENT RESERVOIR FILTER, 10 UM, SS
4545
Pureza de disolventes
Verifique con los proveedores el rango apropiado de trabajo en UV de los disolventes
•El oxígeno disuelto incrementa la abs en la región del UV lejano.Esnecesario desgasificar para lograr alta sensibilidad en esta región.•La absorción del oxígeno causará drift y ruido. Depende de la temperatura
•Las sales de par iónico (TMA) pueden contener impurezas que absorben en la región UV. Usar de la más alta pureza
4646
Cuidados con disolventes
•Checar la compatibilidad de la columna con el disolvente.
•Dioxano y THF fácilmente se oxidan. Utilice antioxidantes (BHT) o purga continua con helio.
•Disolventes recién preparados. No almacene el agua en plásticos. Los aditivos pueden contaminar el agua.
•El agua debe ser esterilizada (¿?) y checar crecimiento microbiano
•Disolventes filtrados y desgasificados.
•THF, DMSO, DMF y CH2Cl2 se recomienda consultar guias OSHA.
4747
Preparación de la Fase Móvil
Filtración• Mantener los reservorios tapados.
Cuidados con disolventes
4848
Preparación de la Fase Móvil
Solventes para fase inversa• La mayoría de la LC por fase reversa utiliza agua
como el componente principal de la fase móvil
• El agua es el líquido polar más común
• Casi todos todos los compuestos, excepto los más polares o más iónicos, experimentan una fuerza hidrofóbica fuerte que los conduce a la fase estacionaria y causa su retención
• Se debe utilizar siempre agua grado hplc
Solventes
4949
Preparación de la Fase Móvil
Solventes para fase inversa• El ajuste de la concentración orgánica del modificador
B es el medio primario de cambiar la retención
• Los tres más comunes son acetonitrilo, metanol y tetrahidrofurano
Solventes
5050
Preparación de la Fase Móvil
Solventes para cromatografia de iones• La cromatografía en fase normal utiliza mezclas.
• utiliza un buffer acuoso a un pH que mantenga a los analitos con carga.
• Para los ácidos, el pH debe ser mayor a 5
• Para las bases, el pH debe ser menor a 5
• Mientras que la concentración del buffer aumenta, aumenta la fuerza solvente y la retención disminuye
• Se puede agregar solvente orgánico para cambiar la retención y la selectividad
• El metanol se elige generalmente porque proporciona una mejor solubilidad
Solventes
5151
Preparación de la Fase Móvil
Solventes para cromatografia de iones• El reactivo de par iónico es generalmente un ion de
cadena corta
• Para la separación de bases protonadas se utiliza el pentan sulfonato, hexan sulfonato, o el heptan sulfonato
• Para la separación de ácidos ionizados, se emplea el tetraetil-amonio o el tetrabutil-amonio
Solventes
5252
Preparación de la Fase Móvil
Programación de Solventes• Las condiciones a considerar cuando se elige la fuerza
óptima de fase móvil son resolución, duración del análisis y el factor de la capacidad
• La resolución debe siempre ser por lo menos 1.5 para análisis de cuantificación
• Tiempos de análisis más cortos pueden ser alcanzadas usando un solvente más fuerte para los picos suficientemente resueltos
• Una buena referencia es hacer que todos los picos se eluyan con con valores de k ' entre 1-20
Solventes
5353
SISTEMA CROMATOGRAFICO
FASE MÓVIL
BOMBAINYECTOR
CO
LU
MN
A
DETECTOR SISTEMA DE DATOS
5454
2.1 Bombas
5555
Operar a presiones elevadas
Libre de pulsaciones
Inerte
Operar con gradiente de solventes
2.1 Bombas - Caracteristicas
5656
Acero inoxidable
Titanio
Safiro y rubí
Peek (poli eter eter cetona)
2.1 Bombas– Materiales de Construcción
5757
Objetivo de la Bomba
En la cromatografía clásica, la separación se realiza por efecto de la gravedad (Tamaño de partícula 50-100 micrometros, tiempo de separación de una a varias horas)
La disminución de tamaño de partícula como soporte de la fase estacionaria (3, 5 o10 micras) exige forzar al líquido a cruzar a través de la columna por medio de una bomba.
Las bombas comerciales basan su diseño en pistones reciprocantes
5858
Funcionamiento de la Bomba
Las bombas comerciales basan su diseño en pistones reciprocantes.
Succión de Solvente Entrega de Solvente
5959
FASE MÓVIL
FASE MÓVIL
Funcionamiento de la Bomba
6060
PISTÓN
SELLO DEL PISTÓN
VÁLVULA CHECK DE ENTRADA
VÁLVULA CHECK DE SALIDA
Funcionamiento de la Bomba
6161
Funcionamiento de la Bomba
6262
•El disolvente es entregado por la bomba con el pistón reciprocante.(10 μL/min -10 mL/min)
•El diseño del pistón con un control electrónico de su movimiento (stroke) proporciona un flujo ligeramente pulsante.
•Un damper reduce la pulsación del flujo.
•Una cámara de mezclado proporciona una homogenización de los disolventes atras del punto de inyeccion de la muestra.
•Un transductor de presión convierte la presión del sistema en una salida eléctrica que se despliega en la pantalla
Funcionamiento de la Bomba
6363
Funcionamiento de la Bomba
•El movimiento del pistón es controlado por la rotación de la leva (cam).
•Un ciclo completo en la bomba consiste del movimiento del pistón para llenar el cabezal, en el cual el pistón viaja en reversa (alejandose del cabezal de la bomba) y un movimiento de entrega , en la cual el pistón viaja en el sentido del cabezal de la bomba.
•Durante el movimiento de entrega, el disolvente es descargado a través de la vávula check.
•La rotación de la leva (cam) es determinado por un software de control del motor.
6464
Funcionamiento de la Bomba. Válvulas proporcionadoras
•El cabezal de la bomba soporta tres válvulas proporcionadoras.El módulo puede seleccionar cualquier combinación de las tres entradas.
•Las válvulas proporcionadoras admiten disolventes de los reservorios especificados durante la entrega de disolvente (fill stroke).
•Cada válvula es abierta por un electroiman energizado por un circuito lógico de acuerdo a la programación del disolvente.
6565
Funcionamiento de la Bomba. Válvula check de Entrada
•Consiste de válvula de disco con movimiento axial activado por un resorte, atornillada al centro del cabezal.•La válvula se mantiene cerrada por la presión hidróstatica interna en el cabezal y por el resorte del otro extremo de la válvula.•Cuando el eje es presionado por el actuador, la válvula se abre (200 msecs) y el líquido fluye al interior de la cámara (75 uL).
6666
Funcionamiento de la Bomba. Válvula check de Salida
•Consiste de un balin y asiento activado por un resorte, atornillada en la parte superior del cabezal.•La válvula se mantiene cerrada durante la succión de solvente por la fuerza del resorte.•La válvula se abre por el movimiento de entrega de solvente del pistón al presurizar a la cámara del cabezal.•La válvula contiene un filtro de metal poroso de 20 um.
6767
Desgasificación de la fase móvil Purga adecuada
He
Mantenimiento Preventivo en Bomba
6868
Mala repetibilidad de tiempos de reten-ción:
- Fugas (visibles o no visibles)
- Presión elevada o presión baja (bitácoras)
- Presión Fluctuante (bitácoras)
Mantenimiento Preventivo en Bomba
6969
Mala repetibilidad de tiempos de reten-ción:
- Fugas (visibles o no visibles)
SELLOS
PISTÓN
Mantenimiento Preventivo en Bomba
Válvulas check
Solución: Cambio de pieza dañada
7070
Mala repetibilidad de tiempos de reten-ción:
- Fugas (visibles o no visibles)
- Presión elevada o presión baja (bitácoras)
- Presión Fluctuante (bitácoras)
Mantenimiento Preventivo en Bomba
7171
Co
mp
osi
ció
n
Tiempo
% B
Isocrática
Gradiente
2.1 Bombas– Tipos de Bombas
7272
Estabilidad en la línea base
Tiempo de análisis largo
Presión Constante
Resolución limitada
2.1 Bombas– Análisis Isocratico
7373
Preparación de la Fase Móvil
Separación isocratica o por gradiente• La fase móvil isócratica no puede resolver todas las
separaciones
• Algunas muestras son demasiado complejas
• Resolución pobre de picos tempranos
• Ensanchamiento de picos y coleo de los picos finales
• En la elución por gradiente de solventes, la fuerza de la fase móvil se incrementa por cambio de la composición de los solventes en un cierto tiempo
• Elegido para una amplia gama de muestras o de biopolímeros
• Limpia la columna durante cada corrida
• Empleada para estimar condiciones isocraticas óptimas
Solventes
7474
Resolución de Mezclas Complejas
Tiempo de Análisis Corto
Variación de la Presión
Inestabilidad de Línea Base
Vida útil de la Columna Limitada
2.1 Bombas– Análisis con Gradiente
7575
2.1 Bombas– Análisis con Gradiente
Tiempo
% B
Co
mp
osi
ció
n
7676
Cond. InicialGra
diente
Equilibrio
2.1 Bombas– Desarrollo de un Gradiente
Tiempo (min)
%A %B
0 100 0
20 80 20
30 80 20
35 100 0
40 100 0
Etapa
Prerun
Gradiente
Isocratico
Cond. Inicial
Equilibrio
Isocratico
7777
2.1 Bombas– Desarrollo de un Gradiente
7878
2.3 Inyectores
Inyector manual
Inyector Automático
7979
2.3 Inyector Manual - Caracteristicas
Válvula de 6 puertos
2 posiciones: carga e inyección
Utiliza un loop / requiere cambio de loop para inyectar diferentes volumenes
Jeringa para introducir la muestra
Limpieza manual de línea de inyección
8080
loopPuerto de inyección (entrada de muestra)
Paso de muestra
Sello del rotor
2.3 Inyector Manual - Caracteristicas
8181
2.3 Inyector Manual - Funcionamiento
8282
Filtración de la Muestra
Jeringa (aguja) apropiada
Loop correcto
Limpieza correcta del inyector
2.3 Inyector Manual - Mantenimiento Preventivo
8383
2.3 Inyector Automatico
AUTOMATIZACIÓN
PRODUCTIVIDAD
LAVADO AUTOMÁTICO DEL AGUJA
MAYOR REPETIBILIDAD Y PRECISIÓN
8484
2.3 Inyector Automatico – características
Válvula de 6 puertos / 2 posiciones
Utiliza un loop / no requiere de cambio de loop para volumenes menores
2 posiciones: carga e inyección
Aguja / Jeringa para introducir muestra en forma programada
Limpieza automática de la línea de inyección.
8585
Desechos
loop
jeringa
disolvente de lavado
de la bombaHacia la columna
2.3 Inyector Automatico – Funcionamiento
8686
Toma de muestra Perforación del vial
2.3 Inyector Automatico – Funcionamiento
8787
Inyección de la muestra
2.3 Inyector Automatico – Funcionamiento
8888
Lavado de la jeringa y aguja
2.3 Inyector Automatico – Funcionamiento
8989
Solvente de Lavado
Debe disolver perfectamente a la muestra.
Regularmente es un solvente orgánico o mezcla de organico/agua.
Perfectamente filtrado (partículas pueden taponar la aguja o la tuberia) y perfectamente degasificado (burbujas en la tuberia de inyección perjudican la repetibilidad de la inyección)
Debe purgarse la línea de inyección previo al uso del inyector (Función WASH)
2.3 Inyector Automatico- Consideraciones de
Operación
9090
2.3 Inyector Automatico- Consideraciones de
Operación
Aguja de Inyección
La aguja de inyección es una aguja insertada en una aguja más gruesa.
Su finalidad es introducir aire al interior del vial (presurizarlo) durante la succión de muestra.
Es necesario habilitar la función HeadSpace Pressure en el inyector
Es de utilidad cuando:
Se utilizan septas nuevas.
NO es utíl cuando:
Se reciclan las septas.
Su finalidad es mejorar la repetibilidad de la inyección.
9191
2.3 Inyector Automatico- Consideraciones de
Operación
Jeringa
El vólumen de muestra es medido con una jeringa de 250 uL.
El interior de la jeringa debe estar libre de burbujas.
De observarse burbujas:
Verificar la degasificación del solvente de enjuague.
Verificar el buen estado de la punta del émbolo.
Verificar que la aguja no este tapada.
Es necesario verificar que no se presenten fugas provenientes del émbolo de la jeringa.
9292
2.3 Inyector Automatico- Consideraciones de
Operación
Válvula de Inyección
La muestra es introducida por una válvula automática de seis puertos.
Emplea tambien un sello/rotor que puede rallarse. (mala repetibilidad de áreas)
La falla se evidencia cuando se observan gotas de líquido en la punta de la aguja, crecen y se desprenden.
Y además, un incremento en la presión tambien incrementa la intensidad del goteo.
9393
2.3 Inyector Automatico- Resumen de
funcionamiento
Importante
Jeringa y tuberia libre de burbujas.
No fugas en jeringa.
Presurización de vial solo funciona si HeadSpace Pressure esta habilitado.
Recomendado solo con septas nuevas.
La aguja de aire es insertada hasta la parte superior del vial, por lo que los viales solo llenarlos hasta 2/3 de alto (Contaminación Cruzada). 2/3 máximo
9494
Factores que afectan la Repetibilidad de Areas
A. MUESTRA
B. MODOS DE INYECCIÓN
C. LOOP
D. EFECTO MEMORIA (Contaminación cruzada)
2.3 Inyector Automatico- Mantenimiento Preventivo
9595
A) CONSIDERACIONES DE LA MUESTRA
Compatible (soluble) con la fase móvil.
Disuelta en un solvente de la misma polaridad (o más debil que la fase móvil).
Libre de partículas suspendidas (Filtrada)
2.3 Inyector Automatico- Mantenimiento Preventivo
9696
Modo ParcialHasta el 50 % del volumen del loop
Toma de 3 a 2 veces el volumen del loop
B) MODOS DE INYECCIÓN
Modo Total
2.3 Inyector Automatico- Mantenimiento Preventivo
9797
C) Material y tamaño del LOOP
Tamaño:
5, 10, 20, 50, 100,200, 500 (l),1, 2,5 (ml)
Material:
Acero Inoxidable, Titanio,PEEK
2.3 Inyector Automatico- Mantenimiento Preventivo
9898
D) EFECTO MEMORIA Contaminación cruzada
2.3 Inyector Automatico- Mantenimiento Preventivo
Son residuos de muestra (o estándar) de la inyección anterior.
Se evidencia en la inyección de un blanco inmediato posterior.
9999
2.4 Columnas para HPLC
100100
Diagrama
2.4 Columnas para HPLC
101101
¿Cómo funcionan?
2.4 Columnas para HPLC
La fase estacionaria esta empacada dentro la columna no se mueve.
La fase móvil esta circulando dentro la columna a una velocidad regulada (flujo constante) arrastrando a la muestra.
102102
¿Cómo funcionan?
2.4 Columnas para HPLC
Si el analito es más soluble en la fase móvil que en la fase estacionaria, el analito migrará dentro de la columna con poca interacción con la fase estacionaria.
103103
¿Cómo funcionan?
2.4 Columnas para HPLC
Si el analito es más soluble en la fase estacionaria, migrará más lentamente dentro de la columna, y dependiendo de la magnitud de la interacción, el tiempo invertido será más o menos grande.
104104
Clasificación por Dimensiones
Modern HPLC for Practicing Scientists, Michael W. Dong, Wiley – Interscience, 2006
2.4 Columnas para HPLC
105105
Efecto del cambio en la longitud de la columna
2.4 Columnas para HPLC
Modern HPLC for Practicing Scientists, Michael W. Dong, Wiley – Interscience, 2006
106106
Longitud 3, 5, 10, 15, 25 cm)
Diámetro Interno (1, 2, 4, 4.6 mm)
•Tipo de soporte• Silica, polimero.
•Grupo químico enlazado• C18, C8, C4, CN, NH2, Si
•Tamaño de partícula• 2, 3, 5, 10 um
•Tamaño de poro y Area Superficial(60 ~ 200 A) (100 ~ 500 m2/g)
•Densidad de ligando• 2 ~ 4 mol /m2
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
107107
•Tipo de soporte
• Silica (SiO2) es el material dominante. Posee una alta resistencia mecánica y permite fabricar partículas uniformes.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
108108
•Tipo de soporte
• Silica (SiO2) posee una superficie polar que permite ser modificada para darle propiedades no polares por tratamiento químico.
• Tiene como limitante el que se degrada fuera del intervalo de pH de 2 a 8.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
109109
•Tipo de soporte
La Silica (SiO2) tiene como limitante el degradarse fuera del intervalo de pH de 2 a 8.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
110110
•Tipo de soporte
• Polímero. Poliestireno divinil benceno entrecruzado, polieteres y metacrilatos son los más comunes.
• Tienen como desventaja que regularmente poseen menos eficiencia comparadas con las columnas de Si.
• Tienen como ventaja la operación en el intervalo de pH de 1 a 14.
• Existen nuevos materiales como son la Zirconia que permiten operar a temperaturas elevadas.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
111111
Grupo químico enlazado• C18 C8 C4 CN Ph NH2 Si
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
No Polar Polar
Fase Reversa Fase Normal
112112
Grupo químico enlazado
• C18 C8 C4 CN Ph NH2 Si
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
C18: Muy hidrofobica, estable y primer elección.C8: Menos hidrofobica, requiere menos solvente orgánico.CN: La menos hidrofobica, no muy estable.Ph: Para compuestos de mediana polaridad. Recomendada para aromáticos.C4: Recomendadas para análisis de proteinas.NH2: Recomendada para carbohidratos.Si: Adecuada para compuestos orgánicos de polaridad media
113113
Grupo químico enlazado
• C18 C8 C4 CN Ph NH2 Si
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
114114
•Tamaño de partícula (y distribución)• 10, 5, 3, 2 um: Eficiencia y Presión en HPLC.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
115115
Tamaño de poro y Area Superficial• 200 ~ 60 A Area Superficial (100 a 500 m2)• Mayor densidad en fase
enlazada • Mayor retención (más
hidrofóbica)• No recomendado para
biomoleculas.
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
116116
2.4 Columnas para HPLC Tamaño de poro
Cadenas alquilicas entre-cruzadas en la superficie de silica
Clasificación por Características
117117
Densidad de ligando (Carga de carbono [peso Fase Enlas/peso Silica])• 2 ~ 4 mol/m2
Clasificación por Características
2.4 Columnas para HPLC
118118
Clasificación por Características
(Resumen)
2.4 Columnas para HPLC
119119
Clasificación por tecnologia (Pureza de SiO2)
Modern HPLC for Practicing Scientists, Michael W. Dong, Wiley – Interscience, 2006
2.4 Columnas para HPLC
120120
Clasificación por tecnologia(Pureza de SiO2)
Modern HPLC for Practicing Scientists, Michael W. Dong, Wiley – Interscience, 2006
2.4 Columnas para HPLC
121121
Clasificación por tecnología(Fase estacionaria modificada)
2.4 Columnas para HPLC
122122
Clasificación por Tecnología
(Resumen 1)
2.4 Columnas para HPLC
123123
Clasificación por Tecnología
(Resumen 2)
2.4 Columnas para HPLC
124124
Resumen
2.4 Columnas para HPLC
125125INTERCAMBIO IÓNICO
EXCLUSIÓN
PARTICIÓN
ADSORCION
2.4 Columna – Mecanismos de Separación
126126
2.4 Columna – Mecanismos de Separación Tipo de interacciones
No polares - fuerzas de van der Walls
covalentes – Formación de puentes moleculares
Polar - dipolares y puentes de hidrógeno
Ionicas - cationicas y anionicas
127127
SELECCIONAR LA COLUMNA ESPECIFICA
METODO EXISTENTE SATISFACTORIO
SELECCIONAR COLUMNA NUEVA
MUESTRA
PESO MOLECULAR > 2000
SOLUBLE EN ORGÁNICO
SOLUBLE EN AGUA
EXCLUSIÓN
PERMEACIÓN
EXCLUSIÓN
FILTRACIÓN
PESO MOLECULAR < 2000
SOLUBLE EN ORGÁNICO
SOLUBLE EN
HEXANO
SOLUBLE EN METANOL
ADSORCIÓN FASE ENLAZADA NORMAL
FASE ENLAZADA REVERSA
SOLUBLE EN AGUA
INTERCAMBIO IÓNICO
2.4 Columna – Selección de Columnas
128128
Competencia por Sitios Activos
Si
OSi Si Si
O O
OH
O
Si
OH OHOH OH
m s
2.4 Columna – Adsorción
129129
Mercanismos de adsorción
Dependiente de la concentración de soluto y la temperatura (Isotermas de adsorción)
Retención de Compuestos polares
Orden de elución: menor polaridad más rápido
Columnas: sílica & alumina
130130
2.4 Columna – Adsorción
131131
K = Cs Cm
S
m
Fase enlazada
Normal
Reversa
2.4 Columna – Partición
132132
2.4 Columna – Fase Normal enlazada
133133
Características del mecanismo
Interacciones:
Polares (puentes de H2, fuerzas de van Der Walls).
Retención:
Favorecida por disolventes no polares.
Elución:
Fuerza de disolvente aumenta con la polaridad
(hasta disolvente medianamente polares)
Columnas : Ciano y amino
134134
2.4 Columna – Fase Normal
135135
2.4 Columna – Fase Reversa
136136
Caracteristicas del mecanismo
Interacciones:
No polares (inducción de dipolo, dipolo-dipolo)
Retención:
Favorecida con disolventes polares
Elución.
Fuerza de disolvente aumenta disminuyendo polaridad
137137
2.4 Columna – Fase Reversa
Es la técnica de HPLC más popular:• Las columnas son estables y de rápido equilibrio.• El orden de elución es predecible: Si más
hidrofobico el soluto -> mayor retención.• Agua es uno de los solventes más importantes• Permite cambios en la selectividad por la adición
de modificadores• Fase reversa incluye algunas variantes: • Regular, supresión de iones, ionización
controlada, par iónico y formación de quelatos metálicos.
138138
2.4 Columna – Fase Reversa
139139
Mecanismos de fase reversa: Fase reversa clásica
Los solutos no polares son retenidos por la fase
estacionaria .
La elución se logra por cambio en la polaridad de la
fase móvil (disminución de polaridad)
Fase reversa clásica
140140
2.4 Columna – Fase Reversa Fase reversa clásica
141141
2.4 Columna – Fase Reversa Fase reversa clásica
142142
Mecanismos de fase reversa: Control de la ionización
•Algunos solutos presentan ionización a un valor determinado de pH.•Los solutos en forma no ionizable son retenidos por la fase estacionaria. Al cambiar a su forma ionizable eluyen de la columna.•Se emplean soluciones de fosfatos, boratos, citratos.•Concentración máxima (recomendada) 0.01M•Compatibilidad de solubilidad con la fase orgánica•Compatibilidad con el detector
143143
2.4 Columna – Fase Reversa Control de la ionización
144144
carga fijaIón de la muestra
resina
+
+-
contraión
Catiónico
Aniónico
2.4 Columna – Intercambio Ionico
145145
2.4 Columna – Intercambio Ionico
146146
Base sílica
Base polímero
2.4 Columna – Intercambio Ionico
147147
2.4 Columna – Intercambio Ionico
148148
SOLUBILIDAD ENAGUA (GFC)
SOLUBILIDAD EN ORGÁNICO (GPC)
2.4 Columna – Exclusión
149149
Fase móvilBomba
Detector
Sistema de datos
Banco de columnas
2.4 Columna – Exclusión
150150
2.4 Columna – Exclusión
151151
Uso:
• Almacenar la columna en un solvente recomendado por el fabricante.
• Colocar tapones durante no-uso.
• Siempre “lavar” columna con un solvente fuerte.
• Siempre utilizar guardacolumna o filtro en línea
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento y Cuidados
152152
Precauciones:
• No exceder rango de pH de la columna.
• No exceder rango de temperatura de la columna.
• Nunca guardar la columna con sales o buffer dentro de ella.
• Permitir que la columna se enfrie antes de detener el flujo.
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento y Cuidados
153153
Conexiones:
• Tuercas y ferrulas son intercambiables entre fabricantes, excepto Waters.
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento y Cuidados
154154
Conexiones:
• Emplear trozos cortos de tuberia 1/16” y 0.010” de SS o PEEK entre inyector y
columna y entre columna y detector.
• La tuberia debe cortarse en forma perpendicular.
• Introducir tuberia hasta el “fondo” de la columna.
• Conectores de PEEK son faciles de usar pero no sellan bien a altas presiones.
• Tuberia PEEK no es compatible con DMSO, THF y CH2Cl2.
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento y Cuidados
155155
Mantenimiento y Regeneración:
• Tiempo de vida desde 3 hasta 24 meses o de 1000 a 3000 inyecciones.
• El desempeño disminuye con el uso (incremento en la presión y coleo de picos).
• Monitorear presión (¡¡bitacoras!!), probar invertir columna.
• Regenerar la columna con una serie de solventes de débil a fuerte y
viceversa en forma gradual.
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento y Cuidados
156156
SILICA
50 ml de hexano
50 ml de cloruro de metileno 50 ml de isopropanol 30 ml de cloruro de metileno 25 ml de fase móvil Probar la columna
FASE NORMAL
50 ml de cloroformo50 ml de cloruro de metileno50 ml de isopropanol30 ml de cloruro de metileno25 ml de fase móvil Probar la columna
2.4 Columnas – Uso, Mantenimiento, Cuidados y Regeneración
Consultar siempre folleto del fabricante
157157
FASE REVERSA
50 ml agua caliente
( 55 ºC) 50 ml de metanol 50 ml de acetonitrilo 30 ml de THF 25 ml de metanol 25 ml de fase móvil
50 ml de agua caliente
(55 ºC)50 ml de metanol50 ml de acetonitrilo25 ml de cloruro de metileno25 ml de metanol25 ml de fase móvil
INTERCAMBIO IÓNICO
2.4 Columna – Regeneración
Consultar siempre folleto del fabricante
158158
Fase móvil
GuardaColumna
DetectorSistema de datos
Bomba
Inyector
Co
lum
na2.4 Columna – Guardacolumna
159159
2.4 Columna – Guardacolumna
160160
2.4 Columna – Horno
Objetivos
Aumentar la solubilidad de la
muestra Disminuir la presión de la
columna Disminuir la selectividad Disminuir el tiempo de análisis
161161
2.5 Detectores
Uv-vis ( fija)
Uv-vis (Arreglo de diodos)
Fluorescencia
Indice de Refracción
ELSD
162162
Indice de Refracción
a) Universal
b) Mide el cambio de índice de refracción entre la celda de muestra y la celda de referencia.
c) No destructivo de la muestra
d) Baja sensibilidad : %w
e) No compatible con gradiente
f) Sensible a la temperatura ambiente
2.5 Detectores - ProStar 350 Características
163163
16
M otorUnit
14 15
121110
M otor
9Recorder
8 13
6
4
5
3
7
1 2
Integrator O ut
Heat Exchange Block
Heat Exchange Block
Recorder Out
O ptics M odule
9 A m plif ie r10 A utozero circu it11 S ensitiv ity selection12 P olarity se lection (recorder)13 P olarity se lection (in tegrator)14 F ine zero ad just15 M arker signa l16 P ower supply
1 Light source2 F low cell3 M irror4 R ough adjustm ent lens5 O ptica l ba lance lens6 P hotodiode7 S oleno id Valv e8 In itia l c ircu it
PURG E
NO RM AL
2.5 Detectores - Indice de Refracción ProStar 350 - Diagrama Optico
164164
No recomendados • Haluros , Formato de Amonio, CCl4
Utilizables abajo del 10%• Acido Bórico, Anhidro Acetico, KOH• Sales de Formato de Amonio, perclorato, HPO4
2-
• Sales de bicarbonato, clorato y nitratoUtilizables abajo de 30%
• Acido Citrico, NaOH, Sales de Citrato de Amonio, oxalato, sulfato, H2PO4
-
Utilizables abajo de 50%• Acido Acetico, Acido lactico, Hidrazina,
Nitrato de Amonio, K2CO3, Formato de Sodio
2.5 Detectores - Indice de Refracción ProStar 350 -Restricciones de Solventes
165165
Control de temperatura en la celda (Off, 30 - 50 en incrementos de 5oC)
La celda es de baja presión - 100 psi max• Nunca utilice restrictor de presión
No instalarlo en cercania de disipadores de aire
2.5 Detectores - Indice de Refracción ProStar 350–Recomendaciones de Operación
166166
2.5 Detectores - Indice de Refracción ProStar 350–Aplicaciones
167167
Ultravioleta Visible
a) Alta sensibilidad
b) Mide la absorción de la luz UV o Visible en el eluyente del HPLC.
c) No destructivo de la muestra
d) Selectivo
e) Rango 190-900 nm
f) Compatible con gradiente
2.5 Detectores- Ultravioleta Visible PS-325 Características
168168
2.5 Detectores- Ultravioleta Visible PS-325 Diagrama Optico
169169
2.5 Detectores-Ultravioleta Visible PS-325 Recomendaciones de Operación
• Encender la lámpara por lo menos 15 minutos antes del análisis.
• Configurar longitud de onda y tiempo de respuesta.• La duración de las lámparas es de aprox 2000 hrs, pero pueden fallar antes o después.
170170
2.5 Detectores- Ultravioleta Visible Resultados
171171
2.5 Detectores- Arreglo de Diodos PS-335 Características
a) Sensibilidad similar a UV-VIS
b) Mide la absorción de la luz UV o Visible en el eluyente del HPLC.
c) No destructivo de la muestra
d) Selectivo
e) Rango 190-900 nm
f) Compatible con gradiente
172172
2.5 Detectores- Arreglo de Diodos PS-335 Diagrama Optico
173173
• Espectro de cada Compuesto, comparación de Espectros
• Parámetro de Pureza
• Biblioteca de Espectros
• Cromatogramas a diferentes .
Arreglo de diodos
2.5 Detectores- PS-335 Resultados
174174
2.5 Detectores- Detector de Diodos PS-335 Excelente Resolución
175175
2.5 Detectores - Arreglo de Diodos PS-335 Recomendaciones de Operación
• Encender la lámpara por lo menos 15 minutos antes del análisis.
• Configurar longitud de onda y tiempo de respuesta.• Configurar rango de longitudes de onda para desarrollo de métodos, y porque sea necesario en trabajo de rutina. Los archivos son muy grandes.• La duración de las lámparas es de aprox 2000 hrs, pero pueden fallar antes o después.
176176
• Alta sensibilidad (100 a 1000x)
• Compatible con gradiente
• Selectivo: excitación, emisión
• Rango de s: Ex: 200-850nm y Em:200-900 nm
• Formación de derivados: Precolumna y Post
columna
• Puede trabajar con la lámpara apagada (Chemiluminescencia, Bioluminescencia)
• GLP integradas (horas de la lampara)
2.5 Detectores- Fluorescencia PS-363 - Características
177177
2.5 Detectores- Fluorescencia PS-363 - Diagrama Optico
178178
2.5 Detectores- Fluorescencia PS-363 – Lámpara de Xe.
• Duración aprox de 500 hrs
• Contiene gas Xe presurizado. Manejese con cuidado.
• La radiación emitida es muy intensa.
179179
2.5 Detectores- Fluorescencia PS-363 - Areas de aplicación
Mercado Farmaceutico / Bioquimico
– Catecholes e Indoles– Vitaminas– Derivados OPA de amino ácidos – Derivados FMOC de amino ácidos – Marcadores Fluorescentes
Mercado Ambiental – Carbamatos, Glifosatos– PNAs
180180
2.5 Detectores- Fluorescencia 2.5 Detectores- Fluorescencia PS-363 - Aplicaciones
181181
3.1 Por ciento área
3.2 Área Normalizada
3.3 Estándar Externo
3.4 Estándar Interno
3.0 Analisis Cuantitativo
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Area
Co
nc
entr
ació
n
182182
1. Inyectar la Muestra ProblemaDatos
A2
A1
A3
A4
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
3.0 Analisis Cuantitativo- Por ciento Area
2. Calcular el % A:
%A = Ai x 100 Ai
183183
3.0 Analisis Cuantitativo- Por Ciento
Area Normalizada1. Preparar una mezcla estándar de
concentración
conocida
2. Inyectar la mezcla estándar de calibración
3. Obtener el cromatograma , así como las áreas:
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
pico de referencia
Datos
A2
A1
A3
A4
C1
C2
C3
C4
184184
4. Calcular los Factores de respuesta Fr:
a) Seleccionar un pico de referencia y asignarle un valor de Fr = 1
b) Calcular los Fr de los demas Picos:
Fri = A ref x Ci
C ref x Ai
Fr i = Factor de respuesta del pico de interésA ref = Area del pico de referencia
Ci = Concentración del pico de interésAi = Area del pico de interés
C ref = Concentración del pico de referencia
3.0 Analisis Cuantitativo- Por Ciento
Area Normalizada
185185
5. Inyectar la muestra problema, obtener el cromatograma, asi como sus áreas:
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Datos
A2
A1
A3
A4
6. Calcular las concentraciones de cada uno de los componentes, en unidades relativas: %w, %v,
% mol
3.0 Analisis Cuantitativo- Por Ciento
Area Normalizada
186186
%Ci = Ai x Fri x 100
(Ai Fri)
Ci = Concentración del pico de interés en la muestra
Ai = Área del pico de interés en la muestra
Fri = Factor de respuesta del pico de interés
3.0 Analisis Cuantitativo- Por Ciento
Area Normalizada
187187
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Externo1. Preparar una mezcla de estándares de
concentración conocida con los componentes de
interés
2. Inyectar la mezcla de estándares
3. Obtener el cromatograma, así como sus
respectivas áreas
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Datos
A2
A1
A3
A4
C1
C2
C3
C4
188188
4. Calcular los factores de respuesta de cada uno de los picos:
Fri = Ci
Ai
5. Inyectar la muestra problema, obtener el cromatograma , así como las áreas:
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Externo
189189
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Datos
A2
A1
A3
A4
6. Calcular la concentración de cada uno de los componentes:
Ci = Ai Fri
Ci = Concentración del pico de interés en la muestra
Ai = Área del pico de interés en la muestra
Fri = Factor de respuesta del pico de interés
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Externo
190190
• Alta pureza
• Estable químicamente y térmicamente
• Estructura química semejante a los componentes de interés
• Separado e identificado de los componentes de la muestra
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Interno
Requisitos del Estándar Interno
191191
1. Preparar una mezcla de calibración que contenga los componentes de interés, asi como
el componente que servirá como estándar interno
2. Inyectar la mezcla de calibración, obtener el cromatograma y las áreas
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Datos
A2
A1
A3
A4
C1
C2
C3
C4
Est. Interno
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Interno
192192
3. Calcular los Fr tomando como referencia el pico del estándar interno, es decir asignarle un Fr = 1
Fri = Ci X A std int
Ai X C std int
Fri = Factor de respuesta del pico de interés
Ci = Concentración del pico de interes
Astd int = Área del estándar interno
Ai = Área del pico de interés
C std int = Concentración del estándar interno
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Interno
193193
4. Inyectar la muestra problema y obtener las áreas:
tr1
tr2 tr3
A1 A2
tr4
A4
A3
Datos
A2
A1
A3
A4
C2
5. Calcular la concentración de cada uno de los componentes tomando como referencia el pico del estándar
interno
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Interno
194194
Ci= Ai Fri C std int
A std int
Ci = Concentración del pico de interés
Ai = Área del pico de interés
Fri = Factor del pico de interés
Cstd int = Concentración del estándar interno
Astd int = Área del estándar interno
3.0 Analisis Cuantitativo- Estandar Interno