Cromatografía: fundamentos y tipos. Cromatografía iónica: instrumentación. Utilización de la cromatografía iónica en el análisis de agua
La cromatografía es un método de separación basado en la diferente afinidad de los componentes de una muestra por dos fases: una fase estacionaria y una fase móvil. Los compuestos con baja afinidad por la fase estacionaria avanzan más deprisa y eluyen antes; a la salida, un detector adecuado los identifica y cuantifica. La cromatografía iónica, con fase estacionaria de intercambio iónico y detección conductimétrica, es la técnica de referencia para los aniones del agua.
1. Fundamentos
1.1. Origen y principio
El término procede del griego chroma (color) y graphein (escribir): en 1903, Tswett usó columnas de adsorción para separar pigmentos vegetales. La muestra se introduce en la fase móvil, que la arrastra a través de la fase estacionaria (en una columna rellena o recubierta, o en una superficie plana); los componentes se reparten entre ambas fases por distribución o adsorción y se separan en bandas. El detector registra una señal frente al tiempo: el cromatograma. Al avanzar por la columna las bandas se ensanchan.
1.2. Parámetros fundamentales
| Parámetro | Definición e interpretación |
|---|---|
| Tiempo de retención (tR) | Tiempo desde la inyección hasta el máximo del pico; tiempo muerto (tm), el de un compuesto no retenido; tiempo de retención corregido: t′R = tR − tm |
| Factor de retención (k) | k = (tR − tm)/tm. k ≪ 1: elución demasiado rápida; k de 20-30: demasiado lenta; 2 < k < 10: elución ideal |
| Factor de selectividad (α) | α = kB/kA. α = 1: no hay separación; α > 1: los máximos están separados |
| Volumen de retención | Vr = tR · caudal de la fase móvil |
| Anchuras de pico | wb = 4σ (en la base); wh = 2,35σ (a media altura) |
| Eficacia | Número de platos teóricos N = 16 · (tR/wb)² y altura equivalente H = L/N (Martin y Synge) |
| Resolución (Rs) | Rs = Δt / [(wb,A + wb,B)/2]. Rs ≥ 1,5: separación ideal; entre 1 y 1,5: aceptable; < 1: inaceptable |
1.3. Análisis cualitativo y cuantitativo
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Cualitativo: comparación de datos de retención con los de patrones y uso de detectores en línea (p. ej., espectrometría de masas). Que no aparezca un pico solo indica que el compuesto no está o está por debajo del límite de detección.
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Cuantitativo: la señal es el área o la altura del pico. Se calibra con disoluciones patrón (recta área-concentración) o con el método del estándar interno, que se añade a patrones y muestras y se representa el cociente de áreas analito/estándar interno.
2. Tipos de cromatografía
Según la disposición de la fase estacionaria:
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Plana: en capa fina (adsorbente como gel de sílice sobre vidrio, plástico o metal) y en papel.
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En columna: de líquidos, de gases y de fluidos supercríticos.
Según la fase móvil y el equilibrio (cromatografía en columna):
| Fase móvil | Técnica | Fase estacionaria | Equilibrio |
|---|---|---|---|
| Líquido (LC) | Reparto | Líquido adsorbido sobre un sólido | Distribución entre líquidos inmiscibles |
| Reparto con fases enlazadas | Especies orgánicas enlazadas a una superficie sólida | Distribución entre líquido y superficie enlazada | |
| Adsorción | Sólido | Adsorción | |
| Intercambio iónico | Resina de intercambio iónico | Intercambio iónico | |
| Exclusión por tamaño | Líquido en los intersticios de un sólido polimérico | Distribución/exclusión | |
| Gas (GC) | Gas-líquido | Líquido adsorbido sobre un sólido | Distribución entre gas y líquido |
| Gas-sólido | Sólido | Adsorción | |
| Fluido supercrítico (SFC) | — | Especies orgánicas enlazadas a una superficie sólida | Distribución entre fluido supercrítico y superficie enlazada |
En la exclusión por tamaño, las moléculas pequeñas penetran en los canales del gel y viajan más despacio que las grandes, que no pueden entrar.
3. Cromatografía iónica: fundamento
En la cromatografía de intercambio iónico la fase estacionaria es un intercambiador iónico con grupos funcionales cargados: las especies de carga contraria a la de la resina quedan retenidas y las de igual signo son repelidas y eluyen.
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Intercambiador catiónico: x RSO₃⁻H⁺ + Mˣ⁺ ⇌ (RSO₃⁻)ₓMˣ⁺ + x H⁺
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Intercambiador aniónico: x RN(CH₃)₃⁺OH⁻ + Aˣ⁻ ⇌ [RN(CH₃)₃⁺]ₓAˣ⁻ + x OH⁻
La cromatografía iónica es un método eficaz para separar y cuantificar iones orgánicos e inorgánicos, y su detección es normalmente por conductividad.
4. Cromatografía iónica: instrumentación
Comparte la estructura de un cromatógrafo de líquidos: depósitos de fase móvil (eluyente) → bomba → sistema de inyección → columna (con precolumna) en compartimento termostatizado → detector → registro y tratamiento de datos, con depósito de residuos.
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Eluyente: para la determinación de aniones, suele ser una disolución diluida de bicarbonato y carbonato sódico.
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Bomba: en cromatografía de líquidos debe proporcionar flujo libre de impulsos, caudales habituales de 0,1 a 5 mL/min con reproducibilidad de al menos el 0,5 %, y ser resistente a la corrosión.
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Inyección: válvula de bucle (lazo de 5 a 500 μL, con posiciones de carga e inyección) o muestreador automático con bandeja de viales.
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Columna: de intercambio aniónico o catiónico, protegida por una precolumna y termostatizada.
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Supresor: en la cromatografía iónica con supresión, tras la columna los aniones se transforman en sus formas ácidas, muy conductoras, mientras que el eluyente de carbonato-bicarbonato se transforma en ácido carbónico, de baja conductividad; así se elimina la conductividad de fondo del eluyente (química y electrónicamente) y se mejora la detección.
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Detector de conductividad: la conductimetría, por su alta sensibilidad, es un importante detector en cromatografía iónica; también pueden usarse detectores de absorbancia UV-visible, electroquímicos o un ICP-MS. En cromatografía de líquidos, el detector de conductividad tiene un límite de detección aproximado de 0,5-1 ng y un intervalo lineal de unas 5 décadas.
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Identificación y cuantificación: los iones se identifican comparando sus tiempos de retención con los de los patrones correspondientes y se cuantifican por el área de pico frente a una recta de calibrado.
5. Utilización de la cromatografía iónica en el análisis de agua
La cromatografía iónica se aplica al análisis de todo tipo de aguas: potables, residuales, continentales (ríos, lagos, lluvia), de balneario, de uso industrial y de alimentación y bebidas. Permite determinar los aniones inorgánicos mayoritarios y varios subproductos de la desinfección:
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Aniones: fluoruro, cloruro, bromuro, nitrito, nitrato, fosfato y sulfato.
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Oxihalogenuros de la desinfección: bromato, clorato y clorito.
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Cationes como el amonio.
| Ion | Límite de detección por cromatografía iónica (OMS) | Valor paramétrico RD 3/2023 |
|---|---|---|
| Fluoruro | 0,01 mg/L | 1,5 mg/L |
| Nitrato | 22 μg/L | 50 mg/L |
| Nitrito | 35 μg/L | 0,50 mg/L (red) |
| Bromato | 1,5 μg/L (conductividad con supresión); 0,2 μg/L (detección UV-visible); 0,3 μg/L (detección ICP-MS) | 10 μg/L |
| Clorato | 5 μg/L (conductividad con supresión) | 0,25 mg/L |
| Clorito | — | 0,25 mg/L |
| Cloruro | — | 250 mg/L |
| Sulfato | — | 250 mg/L |
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En el agua de consumo, el nitrato y el nitrito deben cumplir además tras la potabilización la condición [nitrato]/50 + [nitrito]/3 ≤ 1 (concentraciones en mg/L).
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El bromato, el clorato y el clorito son subproductos de la desinfección; para clorato y clorito el RD 3/2023 fija 0,7 mg/L cuando se emplean métodos de desinfección que los generan, en particular dióxido de cloro e hipoclorito.
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Para el fluoruro, la cromatografía iónica alcanza un límite de detección (0,01 mg/L) diez veces menor que el de los electrodos selectivos o el método colorimétrico (0,1 mg/L), según la OMS.
Fuentes: Universidad de Murcia (OCW), Análisis Químico, temas 13, 15, 16 «Introducción a las separaciones cromatográficas» y 17 «Cromatografía líquida de alta resolución» (https://www.um.es/web/innovacion/plataformas/ocw/listado-de-cursos/analisis-quimico-2012-/material-de-clase); OMS, Guías para la calidad del agua potable, 3.ª ed., primer apéndice, apartados 8.3.2 y 12 (https://sswm.info/sites/default/files/reference_attachments/OMS%202006.%20Gu%C3%ADa%20para%20la%20calidad%20dl%20agua%20potable.pdf); Universidade da Coruña, SAI, Unidad de Análisis de Aguas (https://www.sai.udc.es/es/unidades/UAA); Real Decreto 3/2023, anexo I (https://www.boe.es/buscar/act.php?id=BOE-A-2023-628). Consultadas el 07/10/2026.