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- 1. 1
- 2. 1. Conceptos fundamentales 2. Fundamento de algunas técnicas de separación: destilación, precipitación, extracción y cromatografía 3. Clasificaciones de las técnicas de separación 2 CONTENIDOS
- 3. 1. Conceptos fundamentales ALIMENTOS: Matrices muy complejas Determinación individual de una especie química ETAPA DE SEPARACIÓN EN EL MÉTODO DE ANÁLISIS 3 ¿Qué es una separación? A(C0), B(C0) A, B A + B A + A, B B + A, B 1 2 3 A(C1), B(C1) + A(C2), B(C2) C2>C0>C1
- 4. 1. Conceptos fundamentales TÉCNICA DE SEPARACIÓN Proceso físico siempre a veces Proceso químico C6Cl5-OH + (CH3-CO)2O → C6Cl5-O-CO-CH3 + CH3-COOH Ej: Extracción líquido-líquido para extraer el pentaclorofenol contenido en una alícuota de vino en pentano. 4 1º: Proceso químico: reacción de derivatización 2º: Proceso físico: transferencia del producto derivado a la fase orgánica Fase inicial: alícuota de muestra Segunda fase: pentano (menos densa que la fase inicial) Fig.1
- 5. 1. Conceptos fundamentales ¿Cuándo es necesario aplicar una técnica de separación? Eliminación de interferencias Incremento de la selectividad Incremento de la concentración del analito Incremento de la sensibilidad Eliminación de interferencias e incremento de la concentración del analito Incremento de la selectividad y la sensibilidad 5
- 6. 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● SEPARACIONES POR DESTILACIÓN Termómetro Fase inicial Cabeza de destilación Refrigerante Destilado Condensador Columna de fraccionamiento APLICACIÓN PRINCIPAL Compuestos orgánicos Si sus Tebullición difieren entre 60 y 80 ºC DESTILACIÓN SIMPLE Si sus Tebullición difieren entre 30 y 60 ºC DESTILACIÓN FRACCIONADA 6 Fig.1
- 7. 2. Fundamento de algunas técnicas de separación ● SEPARACIONES POR PRECIPITACIÓN APLICACIÓN PRINCIPAL Compuestos inorgánicos Reactivos inorgánicos Reactivos orgánicos: Mayor selectividad ● SEPARACIONES POR EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO Fase líquida 2 Fase líquida 1 Fig.1 7 2 1 [ ] [ ] S K S = S (en la fase 1) ↔ S (en la fase 2) Coeficiente de reparto
- 8. 8 Concentración remanente de soluto en la fase inicial tras “i” etapas de extracción con un disolvente orgánico. A S + S 2. Fundamento de algunas técnicas de separación 1 1 1,0 1 2 [ ] [ ] i V S S V V K = ÷ + [S]1,0= Concentración de soluto en la fase inicial antes de llevar a cabo la separación V1= volumen de fase inicial V2= volumen de la segunda fase Si llamamos 1 a la fase inicial y 2 a la segunda fase:
Notas del editor
- En general, los métodos de análisis químico son, en los casos más favorables, selectivos; pocos, si es que los hay, son verdaderamente específicos. En consecuencia, la separación del analito de las posibles interferencias es a menudo una etapa de vital importancia en los procedimientos analíticos.
- 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES De forma general, las muestras bajo estudio en el campo del análisis de alimentos son complejas y contienen normalmente especies de características semejantes que, en muchas ocasiones, son interferentes en las determinaciones individuales. Por ello, es muy común que resulte necesaria la inclusión en el proceso analítico de una etapa previa de separación, con el fin de eliminar las especies interferentes o aislar el analito. En este sentido, se puede definir una separación como una operación consistente en la división de una mezcla en, al menos, dos partes de composición diferente. Véase en la diapositiva la mezcla (A,B): las tres separaciones propuestas (numeradas como 1, 2 y 3) cumplen con la definición de separación, pues en todos los casos al menos una de las partes tiene composición diferente a la de la mezcla inicial. Incluso en el ejemplo donde A y B se hallan, antes de llevar a cabo el método de separación, a una concentración inicial C0, y dichas concentraciones varían en las partes producidas tras la separación, podemos decir que se cumple la definición de separación ya que, la composición de las dos partes obtenidas tras la separación es diferente en cuanto a que las concentraciones de las especies no son iguales, C1≠C2. En este caso, se ha llevado a cabo una preconcentración de los especies químicas A y B.
- Es importante tener en cuenta que la aplicación de cualquier técnica de separación siempre implica un proceso físico y en ocasiones también un proceso químico. Supongamos que se pretende conocer el contenido de pentaclorofenol (PCP) en una muestra de vino, y el método de análisis seleccionado para ello implica la extracción de dicho compuesto en el disolvente orgánico pentano, empleando como técnica de separación la extracción líquido-líquido (LLE). Si ponemos en contacto la fase acuosa (vino) con la fase orgánica (pentano), teniendo en cuenta el carácter polar del PCP, la eficiencia de extracción será muy baja. Para mejorar la extracción, se somete el analito a una reacción química con anhidrido acético (como se muestra en la diapositiva), el derivado formado presenta una carácter mucho menos polar que el PCP y por tanto tendrá más afinidad hacia la fase orgánica. Por consiguiente, un proceso químico (reacción de derivatización) y un proceso físico (transferencia de materia de una fase a otra) han sido implicados en la separación. En el caso de que el analito hubiese tenido una alto carácter apolar, el proceso químico hubiese sido omitido. Nos referiremos siempre a la fase en la que se encuentra el analito antes de llevar a cabo el proceso de separación como «fase inicial», mientras que llamaremos «segunda fase» a la fase a la que pasa el analito tras el proceso de separación. Si el método de separación se aplica para la eliminación de interferencias, en ese caso la «segunda fase» será aquella a la que éstas son transferidas tras la separación.
- En análisis químico siempre se busca la aplicación de procedimientos que incluyan el mínimo número de etapas, pues de esa forma se evitarán pérdidas de analito o contaminaciones, a la vez que el proceso global será más rápido y sencillo. Sin embargo, en no pocas ocasiones es necesaria la inclusión de una técnica de separación en el procedimiento analítico global. Concretamente esto es así cuando se presenta alguna de las siguientes situaciones: Cuando es necesario eliminar interferencias de la matriz de la muestra. Se busca por tanto incrementar la selectividad del método. Cuando la concentración del analito en la muestra es muy baja, es posible que la aplicación directa del método analítico no origine señal; en este caso, el método de separación se aplica para incrementar la sensibilidad del método. Cuando las dos situaciones anteriores se dan simultáneamente; es decir, tanto la selectividad como la sensibilidad del método han de ser mejoradas.
- 2. FUNDAMENTO DE ALGUNAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN En este apartado se pretende detallar el fundamento de algunas de las principales técnicas de separación aplicadas al análisis de alimentos. Separaciones por destilación. Se trata de unos de los métodos de separación más antiguos que se conocen. Se utilizan ampliamente en el análisis de mezclas, sobre todo de compuestos orgánicos, porque éstos poseen presiones de vapor más elevadas que los compuestos inorgánicos. En la destilación, los diferentes componentes de una mezcla se separan mediante vaporización y condensación, gracias a sus diferentes temperaturas de ebullición. En la destilación simple o sencilla los vapores formados son conducidos hacia un condensador, donde vuelven al estado líquido dando lugar a lo que se llama destilado. La composición del destilado es igual a la de los vapores a la presión y temperatura a la que se ha llevado a cabo el proceso. Mediante este tipo de destilación se pueden separar sustancias cuyas temperaturas de ebullición difieran entre 60 y 80 grados centígrados. Cuando se requiere separar sustancias cuyos puntos de ebullición difieren entre 30 y 60 grados Celsius, se recurre a la destilación fraccionada, siendo la principal diferencia con respecto a la destilación simple el uso de una columna de fraccionamiento, que permite un contacto mayor entre los vapores ascendentes y el líquido condensado descendente. Ese contacto produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido.
- Separaciones por precipitación. Muchos iones inorgánicos se pueden separar por reacción con un compuesto orgánico o inorgánico que de lugar a su precipitación. Generalmente se utilizan reactivos orgánicos, que muchas veces son altamente selectivos y pueden emplearse tanto para la separación como para la determinación de los iones con los que precipitan ya que dan factores gravimétricos favorables. Separaciones por extracción líquido-líquido. Se trata de un proceso de transferencia de una o varias sustancias desde una fase líquida a otra también líquida, inmiscible con la primera. En el esquema de la diapositiva se nombra como S a la especie a separar. Una vez llevada a cabo la extracción, las dos fases líquidas se separan de forma mecánica. La constante de equilibrio de este proceso recibe el nombre de coeficiente de reparto y es igual a la relación entre las concentraciones de soluto entre las dos fases. En este proceso puede conseguirse también la concentración del soluto si se emplea un pequeño volumen de disolvente orgánico, proceso muy importante en la determinación de trazas de elementos metálicos. Cuando el proceso tiene lugar entre un sólido y un líquido, se denomina al proceso lixiviación o disolución selectiva.
- Es posible determinar la concentración de soluto que ha quedado en la fase inicial una vez que se ha llevado a cabo el proceso de extracción líquido-líquido [S]1, si conocemos: la concentración inicial de soluto en la fase inicial antes de proceder a su extracción [S]1,0, los volúmenes de las dos fases, el coeficiente de reparto (K) del soluto entre ambas fases y el número de veces que se repite el proceso (i).