Guia de Problemas Metodos Separativos_2015yesi

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Guía de problemas Nº 8

METODOS ANALITICOS DE SEPARACION: INTRODUCCION A LOS METODOS CROMATOGRAFICOS

1. Los siguientes datos se aplican a una co

1. Los siguientes datos se aplican a una co lumna cromatografica de líquidos:lumna cromatografica de líquidos: Longitud del empaquetado: 24.7 cm

Longitud del empaquetado: 24.7 cm Caudal: 0.313 ml/min Caudal: 0.313 ml/min V VMM: 1.37 ml: 1.37 ml V VEE: : 0.164 0.164 mlml

Un cromatograma de una mezcla de

Un cromatograma de una mezcla de especies A,B,C y D da especies A,B,C y D da los siguientes datos:los siguientes datos:

Tiempo

Tiempo de

de retención

retención (min)

(min)

Ancho

Ancho de

de base

base de

de pico

pico W,

W, (min)

(min)

No retenido No retenido 3.1 3.1 - -A A 5.4 5.4 0.410.41 B B 13.3 13.3 1.071.07 C C 14.1 14.1 1.161.16 D D 21.6 21.6 1.721.72 Calcular: Calcular: a)

a) El numero de platos a partir de El numero de platos a partir de cada picocada pico b)

b) El numero de platos en la columnaEl numero de platos en la columna c)

c) La altura de plato de la columnaLa altura de plato de la columna d)

d) El factor de capacidad para cada coEl factor de capacidad para cada compuestompuesto e)

e) El coeficiente de reparto para cada compuestoEl coeficiente de reparto para cada compuesto 2.- A partir de los datos de

2.- A partir de los datos del problema 1, calcular para las especies B l problema 1, calcular para las especies B y Cy C a) Resolución

a) Resolución b)

b) Factor de Factor de selectividadselectividad c)

c) La longitud y tiempo necesarios para separar las dos especies con una resoluLa longitud y tiempo necesarios para separar las dos especies con una resolución de 1.5ción de 1.5 3.- La figura muestra el cromatograma de

3.- La figura muestra el cromatograma de una mezcla de dos componentes en una columnauna mezcla de dos componentes en una columna cromatográfica de líquidos empaquetada, de 25 cm. La

cromatográfica de líquidos empaquetada, de 25 cm. La velocidad de flujo fue de 0.40 mL minvelocidad de flujo fue de 0.40 mL min-1-1.. a) Determina los factores de re

a) Determina los factores de retención para los dos componentestención para los dos componentes b) Calcula la resolución de los dos picos

b) Calcula la resolución de los dos picos c) Halla la altura media de plato

c) Halla la altura media de plato

d) ¿Qué longitud de la columna se necesitaria para alcanzar

d) ¿Qué longitud de la columna se necesitaria para alcanzar una resolución de 1.75?una resolución de 1.75?

e) Supongamos que la longitud de la columna se ha fijado a 25 cm y que el material de 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 empaquetamiento está fijo. ¿Qué medidas podría usted tomar a fin de incrementar la resolución para lograr la separación en línea base?

para lograr la separación en línea base?

f) ¿Hay alguna medida que usted pudiera usar para lograr una

f) ¿Hay alguna medida que usted pudiera usar para lograr una mejor separación en menos tiempomejor 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

4.- Con Helio como gas portador y bajo una serie dada de condiciones, los términos de la una serie dada de condiciones, los términos de la ecuaciónecuación de Van Deemter fueron: A= 0.1 cm, B= 0.3 cm2/seg y C= 0.05 seg.

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

a) Graficar la ecuación e indicar en el grafico la contribución de cada terminoel grafico la contribución de cada termino b) Calcular la altura de plato mínima de

b) Calcular la altura de plato mínima de la columna y la velocidad optima del gas portadorla columna y la velocidad optima del gas portador 5.-

5.- Las sustancias A y B Las sustancias A y B tienen tiempos de retención de 14.2 tienen tiempos de retención de 14.2 y 15.43 minutos, respectivamy 15.43 minutos, respectivamente, enente, en una columna de 30 cm. Una especie

una columna de 30 cm. Una especie no retenida pasa a través de la no retenida pasa a través de la columna en 1.3 minutos. Loscolumna en 1.3 minutos. Los anchos de pico en la base de

anchos de pico en la base de A y B son 1.11 y 1A y B son 1.11 y 1 .21 minutos, respectivamente. Calcular:.21 minutos, respectivamente. Calcular: a) Resolución de la columna

a) Resolución de la columna

b) Numero medio de platos en la columna b) Numero medio de platos en la columna c) Altura de plato

c) Altura de plato

d) La longitud de la columna necesaria para obtener una

d) La longitud de la columna necesaria para obtener una resolución de 1.5resolución de 1.5 e) El tiempo necesario para eluir la

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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 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 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 cromatografía de gases (CG) con una muestra artificial que contiene seis componentes de aceites esenciales y metilbenzoato como patrón interno se muestra

esenciales y metilbenzoato como patrón interno se muestra en la siguiente figura:en la siguiente figura:

La siguiente figura es una ampliación de la región c

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

Calcule: Calcule:

a) el número de platos teóricos para e

a) el número de platos teóricos para e l compuesto de estudio.l compuesto de estudio.

b) La columna de sílice fundida tiene 0.25 mm x 30 cm de diámetro y longitud de columna 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

respectivamente, y con un tamaño de partícula de 0.25 μm. Determina la altura de plato teórico.rico.

c) Se obtienen datos cuantitativos empleando metilbenzoato como patrón interno para los 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 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 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 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 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 componente y a partir de los datos del apartado anterior determina qué componente tiene mayor sensibilidad.

sensibilidad.

2.- Una columna cromatografica de 45.7 m de

2.- Una columna cromatografica de 45.7 m de longitud es operada en condiciones tales que ellongitud es operada en condiciones tales que el hexanoato de metilo presenta un factor de

hexanoato de metilo presenta un factor de capacidad de 0.18 y el octanoato de mecapacidad de 0.18 y el octanoato de me tilo de 0.12tilo de 0.12 a) Determinar en qué grado se

a) Determinar en qué grado se resuelven los picos de cada compuesto cuando el número resuelven los picos de cada compuesto cuando el número de platosde platos teóricos es de 40000

teóricos es de 40000

b) Calcular cuántos platos teóricos se requieren

b) Calcular cuántos platos teóricos se requieren para tener una resolución Rs= 1.5para tener una resolución Rs= 1.5 c) ¿Qué altura equivalente de platos se obtiene?

c) ¿Qué altura equivalente de platos se obtiene? d) ¿Qué resolución se obtiene si la longitud de la c

d) ¿Qué resolución se obtiene si la longitud de la c olumna se duplica?olumna se duplica? 3.- Con un cromatografo gas-liquido con una columna de relleno de

3.- Con un cromatografo gas-liquido con una columna de relleno de 40 cm se obtuvieron los40 cm se obtuvieron los siguientes datos:

siguientes datos:

Compuesto

Tiempo

Tiempo de

de retención

retención (min)

(min)

Ancho

Ancho de

de base

base de

de pico,

pico, W

W (min)

(min)

Aire Aire 1.9 1.9 - -Metilciclohexano Metilciclohexano 10.0 10.0 0.760.76 Metilciclohexeno Metilciclohexeno 10.9 10.9 0.820.82 Tolueno Tolueno 13.4 13.4 1.061.06 Calcular: Calcular: a)

a) El numero de platos promedioEl numero de platos promedio b)

b) La altura promedio de plato para La altura promedio de plato para la columnala columna c)

c) La resolución para:La resolución para:

i-i- Metilciclohexeno y metilciclohexanoMetilciclohexeno y metilciclohexano

ii-ii- Metilciclohexeno y toluenoMetilciclohexeno y tolueno

iii-iii- Metilciclohexano y toluenoMetilciclohexano y tolueno

4.- Suponga que los tiempos de retención sin ajustar de un cromatograma son: para aire 0.5 min, 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 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.

Kovats para el compuesto desconocido.

5.- Los tiempos de retención ajustados para los alcoholes etílico, n-propilico y n-butilico 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 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 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 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 esteroides separados por cromatografía gaseosa así como también las respuestas relativas del detector a los 5 compuestos. Calcular e

detector a los 5 compuestos. Calcular e l porcentaje de cada compuesto el porcentaje de cada compuesto en la mezcla.n la mezcla.

Compuesto

Área

Área relativa

relativa de

de pico

pico

Respuesta

Respuesta relativa

relativa del

del detector

detector

Dehidroepiandrosterona Dehidroepiandrosterona 27.6 27.6 0.700.70 Estradiol Estradiol 32.4 32.4 0.720.72 Estrona Estrona 47.1 47.1 0.750.75 Testosterona Testosterona 40.6 40.6 0.730.73 Estriol Estriol 27.3 27.3 0.780.78

7.- Los factores de respuesta para el p-xileno y el tolueno(relativos al benceno, al cual se le asigna 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 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 dos muestras de tres solventes, cuyos cromatogramas arrojaron las siguientes alturas de picos en mm:

en mm:

Muestra Benceno p-xileno Tolueno

11

98 98 87 87 8686

22

85 85 35 35 4242 Las mediciones se efectuaron en base a

Las mediciones se efectuaron en base a las alturas de los picos.las alturas de los picos. 8.- Explicar qué efecto causaría cada una

8.- Explicar qué efecto causaría cada una de las siguientes variaciones en la altura de plato de de las siguientes variaciones en la altura de plato de unauna columna:

columna:

a) Incremento de la ca

a) Incremento de la cantidad relativa de fase estacionaria respecto del relleno de ntidad relativa de fase estacionaria respecto del relleno de la columnala columna b) Disminución de la velocidad de inyección de la muestra

b) Disminución de la velocidad de inyección de la muestra c) Incremento de la temperatura de la cámara de inyección c) Incremento de la temperatura de la cámara de inyección d) Incremento de la velocidad de

d) Incremento de la velocidad de flujoflujo e) Reducción del tamaño de partícula del re e) Reducción del tamaño de partícula del re llenolleno f) Disminución de la temperatura de la columna. 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 1.- En una columna de fase inversa, la dopamina tiene un tr de 31.3 minutos, mientras que el tiempo muerto, determinado con NaNO

tiempo muerto, determinado con NaNO22 a 254 nm, es 0.48 minutos para una fase móvil a 254 nm, es 0.48 minutos para una fase móvil

compuesta de 30%(en volumen) de metanol y 70%

compuesta de 30%(en volumen) de metanol y 70% de agua. Calcular:de agua. Calcular:

2.1- El factor de capacidad, k´, y diga si este valor es apropiado para una determinación 2.1- El factor de capacidad, k´, y diga si este valor es apropiado para una determinación cromatografica de rutina.

cromatografica de rutina.

2.2- Que porcentaje de metanol en la fase móvil se necesita si se desea hacer el análisis en 2.2- Que porcentaje de metanol en la fase móvil se necesita si se desea hacer el análisis en menos de 8 minutos.

menos de 8 minutos.

2.- La quercetina es un pigmento vegetal que tiene propiedades antihistamínicas y 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 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. insoluble en hexano y prácticamente insoluble en agua y soluble en acentonitrilo e isopropanol. Además, pKa(1)= 7.03 y pKa(2)= 9.15

Además, pKa(1)= 7.03 y pKa(2)= 9.15

a-) Sugiera que modo (normal o inverso) seria el m

a-) Sugiera que modo (normal o inverso) seria el m as apropiado para su determinación por HPLCas 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 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 70% de agua como fase móvil; y no se observo elusión del soluto. Sugiera que pudo haber ocurrido.

ocurrido.

c-) ¿ A qué valor de pH se debería haber trabajado en la fase móvil para lograr una retención c-) ¿ A qué valor de pH se debería haber trabajado en la fase móvil para lograr una retención aceptable del pigmento?

aceptable del pigmento?

Quercetina Quercetina

3.-3.-La fuerza del solvente, ε, indica la habilidad de la fase móvil para eluir productos de unaLa 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

columna. Diferentes mezclas de solventes orgánicos con agua pueden te ner la misma fuerza paraner la misma fuerza para

eluir un soluto dado. Aproximadamente “la fuerza del solvente” se puede calcular como: eluir un soluto dado. Aproximadamente “la fuerza del solvente” se puede calcular como: ε

ε = ε= εAAφφAA + ε+ εBBφφBB, donde A y B son los solventes en la fase móvil y , donde A y B son los solventes en la fase móvil y φ es la fracción volumétφ es la fracción volumétrica delrica del

solvente. En la siguiente tabla de solventes orgánicos miscibles con agua,

solvente. En la siguiente tabla de solventes orgánicos miscibles con agua, se muestran los valoresse muestran los valores

de ε

de εpara HPLC de fase reversa para HPLC de fase reversa y sus respectivos puntos de corte al UV.y sus respectivos puntos de corte al UV.

Solvente

ΕΕ

Punto

Punto de

de corte

corte (nm)

(nm)

Metanol Metanol 3.0 3.0 205205 Acetonitrilo Acetonitrilo 3.1 3.1 190190 Acetona Acetona 3.4 3.4 330330 Dioxano Dioxano 3.5 3.5 215215 Etanol Etanol 3.6 3.6 210210 2-propanol 2-propanol 4.2 4.2 205205 Tetrahidrofurano Tetrahidrofurano 4.4 4.4 212212 a-) ¿Qué mezcla producirá valores de k´menores: una de 30

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

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b-) Si una separación se realizo con una

b-) Si una separación se realizo con una fase móvil 20% acetonitrilo: agua pero de fase móvil 20% acetonitrilo: agua pero de los 5los 5 componentes quedaron 2 sin separarse completamente, ¿qué cambios en

componentes quedaron 2 sin separarse completamente, ¿qué cambios en la fase móvil podríala fase móvil podría hacer para aumentar la resolución sin cambiar la fuerza

hacer para aumentar la resolución sin cambiar la fuerza del eluyente?del eluyente? c-) ¿Que inconveniente tiene el empleo de

c-) ¿Que inconveniente tiene el empleo de acetona en la fase móvil si se acetona en la fase móvil si se desea efectuar el análisisdesea efectuar el análisis de surfactantes no iónicos (esteres no aromáticos) empleando un detector

de surfactantes no iónicos (esteres no aromáticos) empleando un detector UV-VIS?UV-VIS?

5.-5.- Una mezcla de fenil metil cetona, nitrobenceno, benceno y metil benceno se separa en unaUna 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 columna C18 con una fase móvil metanol: agua 60:40. En estas condiciones la cetona eluye primero.

primero.

a-a-_{En qué orden eluyen los otros solutos?}_{En qué orden eluyen los otros solutos?}

b-b-_{Cómo se puede cambiar la composición de la fase móvil para cambiar el tiempo de retención de}_{Cómo se puede cambiar la composición de la fase móvil para cambiar el tiempo de retención de} los solutos?

los solutos?

c-c-_{Cómo se afectaría el tiempo de retención de los solutos si se usa una columna ligada con grupos}_{Cómo se afectaría el tiempo de retención de los solutos si se usa una columna ligada con grupos} fenilos en lugar de C18?

fenilos en lugar de C18?

6.-6.-_{Una mezcla conocida de los compuestos}_{Una mezcla conocida de los compuestos} C C _y_y D D_{produce los siguientes resultados en HPLC:}_{produce los siguientes resultados en HPLC:}

Compuesto

Compuesto ConcentrConcentr ación ación (mg.mL(mg.mL

-1 -1

) ) en la m

en la meezclazcla Área del Área del pico (cm pico (cm

2 2 ) ) C C _1.03_1.03 _10.86_10.86 D D _1.16_1.16 _4.37_4.37

Se prepara una solución mezclando 12.49 mg de

Se prepara una solución mezclando 12.49 mg de D D_{más 10,00 mL de un problema que sólo contiene}_{más 10,00 mL de un problema que sólo contiene} C

C _{y se diluye a 25,00 mL. La áreas de los picos son de 5.97 y 6.38 cm}_{y se diluye a 25,00 mL. La áreas de los picos son de 5.97 y 6.38 cm}22_para_paraC C _y_y D D_{respectivamente.}_{respectivamente.} Hallar la concentración de

Hallar la concentración de C C _(mg.mL_(mg.mL-1-1_{) en el problema.}_{) en el problema.}

7.-7.- Las siguientes aseveraciones se refieren a los distintos modos de HPLC. Indique si las mismasLas siguientes aseveraciones se refieren a los distintos modos de HPLC. Indique si las mismas son verdadera (V) o falsas (F).

son verdadera (V) o falsas (F).

a-a-_{En cromatografía de adsorción la fase móvil es no polar.}_{En cromatografía de adsorción la fase móvil es no polar.}

b-b- _{Moléculas polares pueden ser fácilmente separadas por cromatografía de adsorción.}_{Moléculas polares pueden ser fácilmente separadas por cromatografía de adsorción.}

c-c-_{El tiempo de retención de los solutos en cromatografía de exclusión puede ser alterado cambiando}_{El tiempo de retención de los solutos en cromatografía de exclusión puede ser alterado cambiando} la polaridad de la fase móvil.

la polaridad de la fase móvil.

d-d- _{La exclusión molecular se usa sólo para separar moléculas grandes.}_{La exclusión molecular se usa sólo para separar moléculas grandes.}

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