Efecto de la Temperatura y la Composición de Solvente sobre las Constantes de Disociación de Tampones Cromatográficos compatibles con la detección por Espectrometría de Masas

PADRÓ, JUAN M.; GAGLIARDI, LEONARDO G.; CASTELLS, CECILIA B.

La Plata, Bs. As., Argentina

Jornada; Jornadas de Ciencia y Técnica 2009. Facultad de Ciencias Exactas (UNLP); 2009

Facultad de Ciencias Exactas - Universidad Nacional de La Plata

Introducción La retención y selectividad de analitos en cromatografía de líquidos usualmente se controla mediante la optimización del pH y de la composición de solvente. Sin embargo, estas variables no son independientes, sino que la composición del solvente modifica el pKa de las sustancias disueltas en él y, en consecuencia, el pH del medio.1 De la misma manera, la temperatura también puede variar el pKa de las sustancias afectando el pH de las fases móviles cromatográficas y los grados de disociación de los analitos.2 Los efectos conjuntos de la temperatura y la composición sobre el grado de disociación de los analitos pueden cambiar significativamente la selectividad y la retención cromatográfica. Estos efectos pueden resultar beneficiosos o perjudiciales para la separación, dependiendo de las condiciones experimentales seleccionadas, lo cual requiere estudios sistemáticos de las constantes de disociación de sustancias en función de ambas variables que permitan predecir dichos cambios. 3-5 Se ha propuesto un modelo para predecir el comportamiento retentivo de analitos ionizables con la temperatura y, en consecuencia, para encontrar la temperatura óptima de una dada separación. Sin embargo, al momento de emplear este modelo para predecir retención se encuentra una seria dificultad, que es la escasez de valores pKa determinados en mezclas hidro-orgánicas metanol/agua y acetonitrilo/agua, a distintas composiciones y temperaturas en las escalas adecuadas, tanto para sustancias usualmente empleadas como buffers como también de analitos. En el estudio de equilibrios ácido-base en mezclas hidro-orgánicas se puede definir el , que es el pH medido en la mezcla de solventes de trabajo con electrodos calibrados en soluciones acuosas o bien el , que es el pH medido en la mezcla de solventes y con electrodos calibrados en el mismo solvente-mezcla.swpHsspH6 La diferencia entre estos dos valores es el parámetro δ. 7 En este trabajo se midieron los valores de pKa de ácido fórmico y trietilamina en acetonitrilo/agua y en el rango de 20 a 60ºC. Las sustancias elegidas son aquellas que se emplean para preparar soluciones reguladoras de pH en cromatografía de líquidos en fase inversa, y en particular aquellas que, por su volatilidad, resultan compatibles con la detección por espectrometría de masas. Metodología Para la determinación de pKa en la escala correcta () se empleó una metodología potenciométrica. Se prepararon soluciones tampón de concentración perfectamente conocida de ambas formas del par conjugado en agua y en 90%V/V de acetonitrilo. Se utilizó un valorador automático adaptado de manera tal que su función no sea dispensar reactivo ácido (o base) sino de variar la composición de modificador orgánico (acetonitrilo) en la mezcla de solventes manteniendo constante la sspK concentración analítica de la sustancia estudiada. La secuencia seguida para obtener los es la siguiente: 1) se calibra el eletrodo con las soluciones tampones de referencia, 2) se miden los potenciales luego del agregado de la solución desde bureta a cada temperatura de trabajo, 3) se calibra nuevamente con las soluciones tampones de referencia y se calcula una calibración promedio entre la inicial y la final, la cuál será necesaria para transformar el valor registrado de potencial a unidad de , 4) con los valores de sspK swpHδ se estima el ,sspH8 5) se calculan los coeficientes de actividad de las especies iónicas mediante la ecuación de Debye-Hückel y usando la convención de Bates-Guggenheim,9 6) se estima el valor de correspondiente a cada composición y temperatura a partir del pH experimental, el balance de materia y de carga y los coeficientes de actividad. sspK Los valores de pKa termodinámicos obtenidos permitieron estimar las funciones termodinámicas de disociación de los ácidos débiles en todo el rango de composiciones y de temperaturas. Finalmente, estos valores de se ajustaron a una ecuación empírica que permitió el ajuste de pKa con las variables temperatura y composición con precisión suficiente para estimar los valores de pKsspKa a cualquier valor de composición y temperatura dentro del intervalo estudiado. Resultados En los siguientes gráficos se puede observar como varía el con la composición y con la inversa de la temperatura para el caso de la trietilamina y el ácido fórmico. El ajuste de pKa de ambas sustancias respecto de la composición y temperatura fue muy bueno (r2= 0.996 y error estándar = 0.06 para el ácido fórmico y r2=0.985 con un error estándar = 0.06 para la trietilamina). Conclusiones En este trabajo se implementó en nuestro laboratorio una metodología dinámica, sencilla y rápida para la determinación de valores de en función de la composición del solvente. Entendemos que con esta técnica se sacrifica algo en la precisión en las determinaciones de pKsspK a (la desviación estándar en la medida del pH puede incrementarse desde ±0.020 hasta ±0.035), pero se puede lograr automatización en las mediciones. De ese modo es posible realizar secuencias sistemáticas en la determinación de la variación del pH con la composición del solvente. Bibliografía 1. Rosés, M., Bosch, E., J. Chromatogr. A (Review) 982 (2002) 1-30. 2. Melander, W. R., Stoveken, J., Horváth, C., J. Chromatogr. A 185 (1979) 111-127. 3. Castells, C. B., Ràfols, C., Rosés, M., Bosch, E., J. Chromatogr. A 1002 (2003) 41-53. 4. Castells, C. B., Gagliardi, L. G., Ràfols, C., Rosés, M., Bosch, E., J. Chromatogr. A 1042 (2004) 23 - 35. 5. Gagliardi, L. G., Castells, C. B., Ràfols, C., Rosés, M., Bosch, E., J. Chromatogr. A 1077 (2005)159-169. 6. IUPAC. Compendium of Analytical Nomenclature. Definitive Rules 1997. Oxford, UK: Blackwell Science Ltd. (1998). 7. de Ligny, C. L., Rehbach, M., Rec. Trav. Chim. 79 (1960) 727-730 8. Gagliardi, L. G., Castells, C. B., Ráfols, C., Rosés, M., Bosch, E., Anal. Chem. 78 (2006); 5858-5867. 9. Bates, R.G.; Guggenheim, E.A., Pure Appl. Chem. 1 (1960) 163. 10. Christensen, J. J., Hansen, L. D.; Izzat, R. M., Handbook of Proton Ionization Heats a Related Thermodynamic Quantities; Wiley – Interscience, John Wiley & Sons, New York, 1976. 11. Espinosa, S., Bosch, E., Rosés, M., J. Chromatrogr. A 964 (2002) 55.