Guia de Problemas Metodos Separativos_2015yesi

Química Analítica Instrumental

Guía de problemas Nº 8 METODOS ANALITICOS DE SEPARACION: INTRODUCCION A LOS METODOS CROMATOGRAFICOS 1. Los siguientes datos se aplican a una co lumna cromatografica de líquidos: Longitud del empaquetado: 24.7 cm Caudal: 0.313 ml/min VM: 1.37 ml VE: 0.164 ml Un cromatograma de una mezcla de especies A,B,C y D da los siguientes datos:

Tiempo de retención (min) No retenido A B C D

3.1 5.4 13.3 14.1 21.6

Ancho de base de pico W, (min) 0.41 1.07 1.16 1.72

Calcular: a) El numero de platos a partir de cada pico b) El numero de platos en la columna c) La altura de plato de la columna d) El factor de capacidad para cada co mpuesto e) El coeficiente de reparto para cada compuesto 2.- A partir de los datos del de l problema 1, calcular para las especies B y C a) Resolución b) Factor de selectividad c) La longitud y tiempo necesarios para separar las dos especies con una resolución resolución de 1.5 3.- La figura muestra el cromatograma de una mezcla de dos componentes en una columna -1 cromatográfica de líquidos empaquetada, de 25 cm. La velocidad de flujo fue de 0.40 mL min . a) Determina los factores de retención re tención para los dos componentes b) Calcula la resolución de los dos picos c) Halla la altura media de plato d) ¿Qué longitud de la columna se necesitaria para alcanzar una resolución de 1.75? e) Supongamos que la longitud de la columna se ha fijado a 25 cm y que el material de empaquetamiento está fijo. ¿Qué medidas podría usted tomar a fin de incrementar la resolución para lograr la separación en línea base? f) ¿Hay alguna medida que usted pudiera usar para lograr una mejor separación en menos tiempo con la misma columna que en el apartado anterior?

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4.- Con Helio como gas portador y bajo una serie dada de condiciones, los términos de la ecuación de Van Deemter fueron: A= 0.1 cm, B= 0.3 cm2/seg y C= 0.05 seg. a) Graficar la ecuación e indicar en el grafico la contribución de cada termino b) Calcular la altura de plato mínima de la columna y la velocidad optima del gas portador 5.- Las sustancias A y B tienen tiempos de retención de 14.2 y 15.43 minutos, respectivamente, respectivamente, en una columna de 30 cm. Una especie no retenida pasa a través de la columna en 1.3 minutos. Los anchos de pico en la base de A y B son 1.11 y 1 .21 minutos, respectivamente. Calcular: a) Resolución de la columna b) Numero medio de platos en la columna c) Altura de plato d) La longitud de la columna necesaria para obtener una resolución de 1.5 e) El tiempo necesario para eluir la sustancia B en una columna más larga

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Guía de problemas Nº 9 METODOS ANALITICOS DE SEPARACION: CROMATOGRAFIA GASEOSA 1.- El aldehído cinámico es el compuesto del que depende el sabor de la canela. También es un antimicrobiano potente, que forma parte de ciertos aceites esenciales. La respuesta de la cromatografía de gases (CG) con una muestra artificial que contiene seis componentes de aceites esenciales y metilbenzoato como patrón interno se muestra en la siguiente figura:

La siguiente figura es una ampliación de la región c erca del pico del aldehído cinámico.

Calcule: a) el número de platos teóricos para e l compuesto de estudio. b) La columna de sílice fundida tiene 0.25 mm x 30 cm de diámetro y longitud de columna respectivamente, y con un tamaño de partícula de 0.25 μm. Determina la altura de plato teó rico. c) Se obtienen datos cuantitativos empleando metilbenzoato como patrón interno para los compuestos aldehído cinámico y timol tal y como se muestra en la siguiente tabla. Sabiendo que los valores de área relativas para cada compuesto se calculan dividiendo el área del pico del componente/área del patrón interno, calcula: el área relativa para los dos compuestos

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anteriormente mencionados, determine las ecuaciones de la curva de calibrado para cada componente y a partir de los datos del apartado anterior determina qué componente tiene mayor sensibilidad.

2.- Una columna cromatografica de 45.7 m de longitud es operada en condiciones tales que el hexanoato de metilo presenta un factor de capacidad de 0.18 y el octanoato de me tilo de 0.12 a) Determinar en qué grado se resuelven los picos de cada compuesto cuando el número de platos teóricos es de 40000 b) Calcular cuántos platos teóricos se requieren para tener una resolución Rs= 1.5 c) ¿Qué altura equivalente de platos se obtiene? d) ¿Qué resolución se obtiene si la longitud de la c olumna se duplica? 3.- Con un cromatografo gas-liquido con una columna de relleno de 40 cm se obtuvieron los siguientes datos:

Compuesto Aire Metilciclohexano Metilciclohexeno Tolueno

Tiempo de retención (min)

Ancho de base de pico, W (min)

1.9 10.0 10.9 13.4

0.76 0.82 1.06

Calcular: a) El numero de platos promedio b) La altura promedio de plato para la columna c) La resolución para: iMetilciclohexeno y metilciclohexano iiMetilciclohexeno y tolueno iiiMetilciclohexano y tolueno 4.- Suponga que los tiempos de retención sin ajustar de un cromatograma son: para aire 0.5 min, n-octano 14.3 min, para un desconocido 15.7 min, y para n-nonano 18.5 min. Calcule el índice de Kovats para el compuesto desconocido. 5.- Los tiempos de retención ajustados para los alcoholes etílico, n-propilico y n-butilico empleando una columna de relleno recubierto de aceite de silicona son 0.69, 1.51 y 3.57 respectivamente. Predecir los tiempos de retención para los dos miembros siguientes de la serie homologa.

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6.- En la siguiente tabla se muestran las áreas relativas de pico obtenidas para los picos de 5 esteroides separados por cromatografía gaseosa así como también las respuestas relativas del detector a los 5 compuestos. Calcular e l porcentaje de cada compuesto en e n la mezcla.

Compuesto

Área relativa de pico

Respuesta relativa del detector

Dehidroepiandrosterona Estradiol Estrona Testosterona Estriol

27.6 32.4 47.1 40.6 27.3

0.70 0.72 0.75 0.73 0.78

7.- Los factores de respuesta para el p-xileno y el tolueno(relativos al benceno, al cual se le asigna el valor unitario) fueron 0.57 y 0.792 respectivamente. Calcular el porcentaje de cada componente en dos muestras de tres solventes, cuyos cromatogramas arrojaron las siguientes alturas de picos en mm:

Muestra 1 2

Benceno

p-xileno

Tolueno

98 85

87 35

86 42

Las mediciones se efectuaron en base a las alturas de los picos. 8.- Explicar qué efecto causaría cada una de las siguientes variaciones en la altura de plato de una columna: a) Incremento de la cantidad ca ntidad relativa de fase estacionaria respecto del relleno de la columna b) Disminución de la velocidad de inyección de la muestra c) Incremento de la temperatura de la cámara de inyección d) Incremento de la velocidad de flujo e) Reducción del tamaño de partícula del re lleno f) Disminución de la temperatura de la columna.

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Guía de problemas Nº 10 METODOS ANALITICOS DE SEPARACION: CROMATOGRAFIA LIQUIDA DE ALTA RESOLUCION, HPLC

1.- En una columna de fase inversa, la dopamina tiene un tr de 31.3 minutos, mientras que el tiempo muerto, determinado con NaNO2  a 254 nm, es 0.48 minutos para una fase móvil compuesta de 30%(en volumen) de metanol y 70% de agua. Calcular: 2.1- El factor de capacidad, k´, y diga si este valor es apropiado para una determinación cromatografica de rutina. 2.2- Que porcentaje de metanol en la fase móvil se necesita si se desea hacer el análisis en menos de 8 minutos. 2.- La quercetina es un pigmento vegetal que tiene propiedades antihistamínicas y antiinflamatorias. Se desea determinar este pigmento en un extracto natural, se conoce que es insoluble en hexano y prácticamente insoluble en agua y soluble en acentonitrilo e isopropanol. Además, pKa(1)= 7.03 y pKa(2)= 9.15 a-) Sugiera que modo (normal o inverso) seria el m as apropiado para su determinación por HPLC b-) Se inyecto este soluto en una columna ODS de 15 x 0.46 cm, empleando 30% de acetonitrilo y 70% de agua como fase móvil; y no se observo elusión del soluto. Sugiera que pudo haber ocurrido. c-) ¿ A qué valor de pH se debería haber trabajado en la fase móvil para lograr una retención aceptable del pigmento?

Quercetina 3.- La fuerza del solvente, ε, indica la habilidad de la fase móvil para eluir productos de una columna. Diferentes mezclas de solventes orgánicos con agua pueden te ner la misma fuerza para eluir un soluto dado. Aproximadamente “la fuerza del solvente” se puede calcular como: ε = εA φA + εB φB , donde A y B son los solventes en la fase móvil y φ es la fracción volumétrica volumétrica del solvente. En la siguiente tabla de solventes orgánicos miscibles con agua, se muestran los valores de ε para HPLC de fase reversa y sus respectivos puntos de corte al UV.

Solvente Metanol Acetonitrilo Acetona Dioxano Etanol 2-propanol Tetrahidrofurano

Ε

Punto de corte (nm)

3.0 3.1 3.4 3.5 3.6 4.2 4.4

205 190 330 215 210 205 212

a-) ¿Qué mezcla producirá valores de k´menores: una de 30 % tetrahidrofurano: agua o una de 40% metanol: agua?

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b-) Si una separación se realizo con una fase móvil 20% acetonitrilo: agua pero de los 5 componentes quedaron 2 sin separarse completamente, ¿qué cambios en la fase móvil podría hacer para aumentar la resolución sin cambiar la fuerza del eluyente? c-) ¿Que inconveniente tiene el empleo de acetona en la fase móvil si se desea efectuar el análisis de surfactantes no iónicos (esteres no aromáticos) empleando un detector UV-VIS? 5.- Una mezcla de fenil metil cetona, nitrobenceno, benceno y metil benceno se separa en una columna C18 con una fase móvil metanol: agua 60:40. En estas condiciones la cetona eluye  primero. a- En qué orden eluyen los otros solutos? b- Cómo se puede cambiar la composición de la fase móvil para cambiar el tiempo de retención de los solutos? c- Cómo se afectaría el tiempo de retención de los solutos si se usa una columna ligada con grupos fenilos en lugar de C18? 6.- Una

mezcla conocida de los compuestos

 y D produce C  y

los siguientes resultados en HPLC:

Compuesto

Concentr ación (mg.mL -1   ) en la me m ezcla

2  Área del del pico (cm   )

C

1.03

10.86

 D

1.16

4.37

Se prepara una solución mezclando 12.49 mg de  D más 10,00 mL de un problema que sólo contiene 2 C  y  y se diluye a 25,00 mL. La áreas de los picos son de 5.97 y 6.38 cm  para C  y  y D respectivamente. -1 Hallar la concentración de C  (mg.mL  (mg.mL ) en el problema. 7.- Las siguientes aseveraciones se refieren a los distintos modos de HPLC. Indique si las mismas son verdadera (V) o falsas (F). a- En cromatografía de adsorción la fase móvil es no polar. b- Moléculas polares pueden ser fácilmente separadas por cromatografía de adsorción. c-El tiempo de retención de los solutos en cromatografía de exclusión puede ser alterado cambiando la polaridad de la fase móvil. d- La exclusión molecular se usa sólo para separar moléculas grandes. e- En cromatografía reversa la fase móvil es más polar que la fase estacionaria.

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