Cromatografia_ionica

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GA-E1 
 
 
Universidad​ ​Nacional​ ​Autónoma​ ​de 
México 
 
 
División​ ​de​ ​Ingeniería​ ​en​ ​Ciencias​ ​de​ ​la 
Tierra 
 
 
Facultad​ ​de​ ​Ingeniería 
 
 
Geoquímica​ ​Aplicada 
 
 
Trabajo​ ​de​ ​Exposición: 
Cromatografía​ ​iónica 
 
 
Domínguez​ ​Sánchez​ ​Yael 
Montiel​ ​Álvarez​ ​Dámaris​ ​Rut 
Roldán​ ​Portal​ ​Jesús​ ​Arturo 
Santiago​ ​López​ ​Daniela 
 
 
Martes​ ​7​ ​noviembre​ ​2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I​NTRODUCCIÓN 
 
La ​cromatografía es un conjunto de procesos físico-químicos que sirven para 
separar los componentes de alguna mezcla, basándose en sus propiedades de carga 
y distribuirlos en una fase estacionaria que retiene el analito (líquido o sólido), y en 
una fase móvil que disuelve y transporta al analito (líquido o gas). El analito es 
aquella sustancia, puede ser ión, elemento o compuesto que se tiene un interés y se 
va​ ​a​ ​analizar,​ ​en​ ​este​ ​caso​ ​son ​ ​iones. 
En 1906, el botánico Ruso M. Tswett realizó un experimento que condujo al 
descubrimiento de lo que se conoce actualmente como cromatografía. Analizó 
pigmentos vegetales en una columna de vidrio con CaCO3, al agregar éter la 
mezcla original se separó en bandas de colores a través de la columna y a 
diferentes​ ​velocidades. 
La cromatografía se puede clasificar desde diversos enfoques. Una clasificación se 
muestra en la siguiente tabla. La de nuestro interés es la cromatografía iónica o de 
intercambio ​ ​iónico. 
 
Imagen​ ​1.​ ​Esquema ​ ​sobre ​ ​los ​ ​tipos ​ ​de​ ​cromatografía. 
¿Qué ​ ​es ​ ​la ​ ​cromatografía​ ​iónica? 
 
La cromatografía iónica (IC) es una técnica analítica para la separación y 
determinación de solutos iónicos. La IC cae en la clasificación general de métodos 
cromatográficos líquido-sólido, en la que un líquido, llamado ​Eluente ​, es pasado a 
través ​ ​de​ ​una​ ​fase​ ​​Estacionaria​​ ​sólida ​ ​y​ ​luego​ ​a​ ​través ​ ​de​ ​un ​ ​detector ​ ​de​ ​flujo. 
 
Imagen​ ​2.​ ​​ ​Esquema ​ ​de​ ​cómo ​ ​se​ ​compone​ ​la​ ​cromatografía ​ ​iónica. 
Fase ​ ​estacionaria 
La fase estacionaria se tratan de resinas sólidas de intercambio iónico, las cuales 
son materiales poliméricos esféricos de tamaño de 2-10 um de alto peso molecular 
que contienen muchos grupos funcionales por molécula. Son grupos funcionales 
básicos que contienen una amina unidos a la molécula polimérica. ​La superficie de 
la fase estacionaria presenta grupos funcionales de carácter iónico que 
interaccionan con los iones de carga opuesta presentes en la disolución. ​Los 
materiales de la fase estacionaria pueden ser poliestireno, divinilbenzeno, 
polimetacrilato, ​ ​polialcohol,​ ​hidroxietilmetacrilato ​ ​y​ ​silicatos. 
Fase ​ ​móvil ​ ​o​ ​eluente 
Se encuentra en estado líquido con un pH elevado, sus características radican en 
que mantiene ionizados los grupos activos de la fase estacionaria, también disuelve 
y transporta los analitos, también Controla la retención de la muestra y por último 
regula​ ​el​ ​pH. 
Componentes​ ​de​ ​un​ ​cromatógrafo​ ​iónico 
 
El flujo del eluente, el cual representa la fase móvil del sistema, es también el inicio 
de la separación iónica. Para que el eluente tenga la capacidad necesaria para fluir 
a través de la columna requiere de una velocidad de entre 1-2 ml/min, lo cual se 
garantiza a través de una bomba, la cual ocupa la segunda posición en el sistema. 
La muestra que será separada iónicamente se introduce en el eluente fluyendo por 
medio de un dispositivo de inyección que se encuentra antes de la columna de la 
fase estacionaria. En la fase estacionaria se lleva a cabo la separación iónica y a 
continuación los iones, que salen de la columna a diferentes velocidades unos de 
otros dependiendo de su afinidad electrostática, pasan a un detector, fluyendo a 
través del eluente, que medirá su conductividad eléctrica. Finalmente los datos de 
conductividad ingresan a un programa de computadora que, con base en dichos 
valores, determinará su composición química. Se presenta un esquema de las 
partes ​ ​del ​ ​cromatógrafo ​ ​iónico ​ ​en​ ​la​ ​imagen​ ​3. 
Imagen​ ​3.​ ​Componentes ​ ​del ​ ​aparato ​ ​empleado ​ ​en​ ​el​ ​IC 
Separación​ ​de​ ​los ​ ​componentes​ ​por​ ​medio​ ​de​ ​IC 
Una cantidad discreta de la muestra es aplicada en el inicio de la columna, a través 
de un inyector, a medida que el eluente pasa contínuamente a través de la columna. 
Posteriormente los componentes iónicos de la muestra avanzan a través de la 
columna a diferentes tasas de velocidad y por lo tanto salen de la columna a 
diferentes tiempos. El detector mide la conductividad de los compuestos iónicos de 
la muestra. En la siguiente imagen 4 se muestra un ejemplo de dicho proceso, la 
muestra A+B entra a la columna, posteriormente al tener el componente A una 
mayor afinidad electrostática por la fase estacionaria avanza más lento, en 
contraste, el componente B tiene una menor afinidad electrostática por la fase 
estacionaria y avanza más rápido, de esta manera los componentes A y B se 
separan. El componente B llega primero al detector y este mide su conductividad, 
posteriormente llega el componente A y se mide su conductividad, con ambos datos 
se​ ​realiza​ ​el​ ​cromatograma. 
 
 
 
 
Imagen​ ​4​ ​Separación​ ​de​ ​los ​ ​componentes 
Principio​ ​del ​ ​método 
La columna (fase estacionaria), que puede ser un intercambiador iónico o 
catiónico, retiene los solutos de la muestra gracias atracciones electrostáticas. La 
fase estacionaria sólida lleva en la superficie cargas electrostáticas fijas que 
retienen contraiones móviles que pueden intercambiarse por iones de la muestra 
que fluyen en la fase móvil (eluente). Este principio se puede visualizar en la 
imagen​ ​5. 
 
La imagen 5 muestra muestra la relación entre la fase estacionaria, la fase móvil y 
los componentes iónicos de la muestra. La fase sólida puede ser un intercambiador 
catiónico (A) o aniónico (B), dependiendo del tipo de muestra y iones que deseamos 
analizar, contiene iones (cationes o aniones) fijos, es decir, no fluyen. En contraste, 
cada ión fijo tiene un ión móvil correspondiente (ión o catión), también llamado 
contra-iones (5). Cuando los iones, cationes (4) o aniones (3), de la muestra, que 
fluyen a través de la fase móvil (eluente) ingresan en la columna serán atraídos 
hacia los iones fijos, dependiendo de su afinidad electrostática, y se intercambiarán 
por los iones móviles (5). Esto controlará la velocidad a la que fluyen a través de la 
columna y por consiguiente el tiempo que tardarán en salir de esta. Con base en 
este principio los iones de la muestra de diferencian unos de otros y llegan al 
detector a diferentes tiempos, donde se mide su conductividad y un programa de 
cómputo ​ ​determina ​ ​su ​ ​composición ​ ​química ​ ​a​ ​partir ​ ​de​ ​dicha​ ​medición. 
Intercambio​ ​iónico 
Para poder realizar un estudio de cromatografía iónica es necesario tener una idea 
clara de lo que se quiere analizar, ya que dependiendo de los objetivos del estudio se 
eligira ​ ​la​ ​naturaleza​ ​iónica ​ ​de​ ​la​ ​fase​ ​estacionaria​ ​y​ ​del ​ ​eluente. 
Intercambio​ ​catiónico 
Si el objetivo es identificar cationes se utilizará una fase estacionariade naturaleza 
ácida. Cuando el intercambiador catiónico se sumerge en una disolución acuosa 
que contiene el catión M+, se establece rápidamente el siguiente equilibrio de 
intercambio ​ ​entre​ ​la​ ​columna ​ ​y​ ​la​ ​fase​ ​en​ ​disolución: 
 
donde Mx+ es un catión y R representa la parte de la molécula de la resina (fase 
estacionaria) que contiene el grupo ácido sulfónico (ácido fuerte). Las resinas de 
intercambio ​ ​iónico ​ ​no​ ​se​ ​disuelven ​ ​en​ ​agua. 
Intercambio​ ​aniónico 
Los aniones interaccionan con los grupos funcionales de naturaleza básica de la 
fase estacionaria. Cuando el intercambiador iónico se sumerge en una disolución 
acuosa que contiene el anión Ax-, se establece rápidamente el siguiente equilibrio de 
intercambio ​ ​entre​ ​la​ ​columna ​ ​y​ ​la​ ​fase​ ​en​ ​disolución: 
 
Donde​ ​Ax-​ ​es​ ​un ​ ​anión​ ​y​ ​R​ ​es​ ​la​ ​resina ​ ​de​ ​intercambio ​ ​iónico. 
 
 
 
 
Cromatograma 
Diagrama donde se representan los resultados de la separación de una mezcla 
mediante técnicas cromatográficas. En el eje de las ordenadas se representa el 
valor medido de alguna propiedad física a partir de la cual se ha detectado la 
presencia de una sustancia, o bien una unidad relativa que la cuantifica 
(igualmente basada en la medición de alguna propiedad), mientras que en el de las 
abscisas​ ​el​ ​tiempo. ​ ​Imagen​ ​6. 
En el caso de separación óptima, los diferentes picos o manchas del cromatograma 
se​ ​corresponden ​ ​a​ ​los ​ ​componentes​ ​de​ ​la​ ​mezcla​ ​separada. 
 
 
Imagen​ ​6.​ ​Ejemplo ​ ​de​ ​un ​ ​cromatográma, ​ ​de​ ​como ​ ​se​ ​representan​ ​los ​ ​datos. 
Potencial​ ​analítico​ ​de​ ​la ​ ​cromatografía​ ​iónica 
El ​ ​alcance​ ​de​ ​este​ ​metodo ​ ​analitico ​ ​puede​ ​llegar​ ​a​ ​determinar ​ ​diferentes 
compuestos ​ ​o ​ ​elementos,​ ​como: 
● Aniones​ ​inorgánicos ​ ​y​ ​orgánicos:​ ​Fluoruros, ​ ​cloruros, ​ ​nitritos, ​ ​bromuros, 
nitratos, ​ ​fosfatos,​ ​sulfatos,​ ​bromatos, ​ ​cloritos, ​ ​cloratos, ​ ​acético,​ ​cítrico, 
tartárico, ​ ​láctico,​ ​sórbico, ​ ​benzoico… 
● Azúcares​ ​y​ ​polialcoholes:​ ​Monosacáridos, ​ ​disacáridos, ​ ​oligosacáridos, 
polisacáridos. 
● Cationes:​ ​Sodio, ​ ​amonio, ​ ​potasio, ​ ​calcio,​ ​magnesio… 
Aplicaciones 
Este método tiene una amplia gama de aplicaciones, en las áreas de las ciencias 
naturales, desde química, biología y ciencias de la Tierra, así también en la 
ingeniería,​ ​ecología,​ ​remediación.​ ​Algunos ​ ​ejemplos ​ ​son: 
● Análisis ​ ​de​ ​agua​ ​potable​ ​para​ ​los ​ ​niveles​ ​de​ ​contaminación. 
● Determinación ​ ​de​ ​la​ ​química ​ ​del​ ​agua​ ​en​ ​ecosistemas ​ ​acuáticos. 
● Determinación ​ ​del​ ​contenido​ ​de​ ​azúcar​ ​y​ ​sal ​ ​en​ ​los ​ ​alimentos. 
● Análisis ​ ​de​ ​las ​ ​aguas​ ​en​ ​zonas​ ​geotérmicas. 
● Control ​ ​de​ ​calidad ​ ​de​ ​productos ​ ​alimenticios. 
Dentro de las aplicaciones para intercambio catiónico es determinar cationes 
inorgánicos en alimentos, como los alimentos dietéticos bajos en sodio, y en 
muestras de orina. Las aplicaciones de intercambio aniónico es que se pueden 
separar los ácidos HCN, carbónico, silícico y bórico de los ácidos fosfórico, sulfúrico 
y​ ​clorhídrico. 
Conclusiones 
La cromatografía iónica es una técnica analítica muy importante y útil si se sabe 
qué se quiere conocer y determinar en una muestra tomada. Es importante tener en 
cuenta que la técnica se divide en catiónica y aniónica, esto quiere decir que en un 
primer análisis el cromatograma nos indicará únicamente cationes o aniones 
según hayamos programado el aparato y el pH de la fase móvil, por lo que, si se 
quiere tener un análisis completo (cationes y aniones) de la muestra de interés es 
necesario​ ​tener​ ​dos ​ ​muestras ​ ​y​ ​realizar ​ ​el​ ​análisis ​ ​dos ​ ​veces,​ ​uno ​ ​con​ ​cada​ ​muestra. 
Esta técnica nos da resultados cualitativos y cuantitativos en el cromatograma. Los 
resultados cualitativos se refiere a que el cromatograma nos dice qué aniones o 
cationes existen en la muestra, comparando con los estándares ya programados. 
Los resultados cuantitativos son aquellos que nos indican la proporción de esos 
iones presentes en la muestra y esto es el área bajo la curva de cada pico del ion 
presente. 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIAS 
● Haddad,​ ​P.​ ​(1991).​ ​​International ​ ​Ion​ ​Chromatography​ ​Symposium ​ ​1990​​ ​(p.​ ​Cap.​ ​1). 
Amsterdam:​ ​Elsevier. 
● Fritz,​ ​J.,​ ​& ​ ​Gjerde,​ ​D.​ ​(2009).​ ​​Ion​ ​chromatography​.​ ​Weinheim:​ ​Wiley-VCH. 
● Weiß,​ ​J.​ ​(2004).​ ​​Handbook​ ​of​ ​ion​ ​chromatography​.​ ​Weinheim:​ ​Wiley-VCH-Verl. 
● 
● CROMATOGRAFÍA​ ​IÓNICA,​ ​Fundamentos ​ ​de ​ ​la ​ ​técnica 
https://ssyf.ua.es/en/formacion/documentos/cursos-programados/2014/tec
nicas-espectroscopicas/fundamentos-de-la-tecnica.pdf 
● Facultad ​ ​de ​ ​Química,​ ​UNAM, ​ ​2017 
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/M.Cromatogrficos_6700.pdf 
https://ssyf.ua.es/en/formacion/documentos/cursos-programados/2014/tecnicas-espectroscopicas/fundamentos-de-la-tecnica.pdf
https://ssyf.ua.es/en/formacion/documentos/cursos-programados/2014/tecnicas-espectroscopicas/fundamentos-de-la-tecnica.pdf
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/M.Cromatogrficos_6700.pdf
● Determination ​ ​of ​ ​Sulfur ​ ​in​ ​Coal ​ ​by ​ ​Ion​ ​Chromatography 
http://sites.cord.edu/chem-330-lab-manual/experiments/ic 
● Ion​ ​Chromatography 
https://serc.carleton.edu/microbelife/research_methods/biogeochemical/ic.
htm ​l 
 
http://sites.cord.edu/chem-330-lab-manual/experiments/ic