Técnicas de Separación y Purificación de Sustancias

Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias sin que haya un cambio químico, y sus componentes conservan sus propiedades. Se dividen en dos tipos:

Mezclas Homogéneas

Tienen un aspecto uniforme y sus componentes no se pueden distinguir a simple vista. Se separan por métodos como destilación o cromatografía.

Ejemplos: agua con azúcar, aleaciones de metales, aire.

Mezclas Heterogéneas

Sus componentes son visibles y se pueden separar por métodos como filtración o centrifugación.

Ejemplos: talco y sal, granito, emulsión de aceite en agua.

Tamización

La tamización es un proceso para separar partículas de una mezcla según su tamaño, utilizando tamices. Este proceso se usa en la industria y en farmacias para clasificar polvos o gránulos.

Pasos del Proceso de Tamización

1. Elegir un tamiz adecuado.
2. Asegurarse de que el tamiz esté limpio.
3. Colocar el producto sobre el tamiz y moverlo para que las partículas pasen por la malla.
4. Retirar el producto tamizado y limpiar el tamiz después de usarlo.

Factores que Afectan el Proceso

• Sobrecargar el tamiz.
• Humedad en el producto.
• Partículas demasiado pequeñas.

Tipos de Tamización

• Un solo tamiz: Se tamiza con un solo tamiz moviéndolo suavemente.
• Varios tamices: Se usan en cascada o en serie para obtener fracciones de distintos tamaños en una sola operación.

El proceso de limpieza del tamiz es esencial para mantener su eficacia, y se realiza con agua jabonosa, aclarado con agua y secado con etanol.

Filtración

La filtración es un proceso para separar partículas sólidas de un líquido o gas usando materiales porosos llamados filtros. El producto obtenido se llama filtrado, que está libre de partículas en suspensión.

Mecanismos de Filtración

• Tamización: Retiene partículas más grandes que el tamaño de los poros.
• Absorción: Las partículas se adhieren al material del filtro.

Tipos de Filtración según el Tamaño de las Partículas

• Clarificante (10 µm): Para obtener líquidos transparentes, como jarabes.
• Microfiltración (0,1–10 µm): Retiene bacterias, usado en soluciones parenterales.
• Ultrafiltración (0,001–0,1 µm): Retiene moléculas grandes, como proteínas.
• Ósmosis inversa (0,002–0,003 µm): Para obtener agua purificada.

Tipos de Filtros

• Celulosa: Filtros comunes para líquidos grandes.
• Lana de vidrio: Para sustancias agresivas como ácidos fuertes.
• Membrana: Usados en filtración esterilizante y ultrafiltración.
• Teflón: Para filtrar gases y aire.

Procedimientos de Filtración

• Por gravedad: Usado en farmacia con filtros de celulosa.
• Al vacío: Aumenta la velocidad de filtración, útil para sólidos.
• A presión: Para líquidos viscosos, usando gas comprimido.

Centrifugación

La centrifugación es un proceso que separa partículas sólidas en suspensión en un líquido usando la fuerza centrífuga. Se realiza en una centrífuga, un aparato que rota a alta velocidad para alejar las partículas del centro.

Normas para Usar la Centrífuga

1. Instalarla en una superficie nivelada.
2. Cargarla de forma equilibrada, colocando tubos de igual peso y tamaño en el rotor.
3. Asegurarse de que la tapa esté cerrada antes de iniciar.
4. Ajustar el tiempo y la velocidad de acuerdo con la muestra.
5. No abrir la tapa mientras está en funcionamiento.
6. Usar tubos en buen estado para evitar roturas.

Decantación

La decantación es un método para separar componentes de una mezcla heterogénea (sólido-líquido o dos líquidos) basándose en sus diferencias de densidad. Cuando una mezcla se deja reposar, el componente más denso se va al fondo, y el menos denso queda arriba. Se puede realizar de dos formas:

1. Centrifugación: Se usa un tubo de centrífuga para separar los componentes por su densidad mediante rotación.
2. Gravedad: Usando un embudo o ampolla de decantación, donde el componente más denso se recoge por la parte inferior y el menos denso se queda en la parte superior.

Destilación

Las mezclas homogéneas tienen un aspecto uniforme, sus componentes no se pueden diferenciar a simple vista y no sedimentan al estar en reposo. Para separar sus componentes, se usan métodos difusionales, como la destilación, la cromatografía o la electroforesis, ya que no se pueden separar por métodos mecánicos.

La destilación es un proceso físico que separa los componentes líquidos de una mezcla homogénea según sus puntos de ebullición, cambiando un líquido a gas y luego condensándolo. Es comúnmente utilizada para obtener agua destilada en laboratorios.

Tipos de Destilación

1. Destilación simple: Se usa cuando los puntos de ebullición de los componentes son muy diferentes (más de 80°C), o cuando hay impurezas sólidas disueltas.
2. Destilación fraccionada: Se utiliza cuando los puntos de ebullición de los líquidos son cercanos. Usa una columna fraccionadora para facilitar la separación.
3. Destilación al vacío: Se realiza a temperaturas más bajas, ideal para sustancias sensibles al calor, mediante una bomba de vacío.

Agua Purificada para Laboratorio

El agua para laboratorio, aunque potable, generalmente debe someterse a purificación para evitar interferencias en los experimentos. Se utiliza en disoluciones, preparación de reactivos, y en el control de equipos como espectrofotómetros.

Composición del Agua

El agua no es pura en la naturaleza y contiene:

• Sales inorgánicas (causan dureza)
• Microorganismos (como bacterias y virus)
• Compuestos orgánicos (residuos humanos, industriales y agrícolas)
• Materias en suspensión (como lodo)

Tipos de Agua para Laboratorio

1. Tipo 1: Alta pureza, utilizada en biología molecular y HPLC.
2. Tipo 2: Menor pureza, usada en reactivos y pruebas analíticas sensibles.
3. Tipo 3: Menor pureza, utilizada para lavar material y en análisis menos sensibles.

Técnicas de Obtención de Agua Purificada

1. Intercambio iónico: Elimina iones, pero no materia orgánica ni bacterias.
2. Destilación: Separación por ebullición, eficaz para purificar el agua.
3. Ósmosis inversa: Usa membranas semipermeables para eliminar sales y bacterias.
4. Ultrafiltración: Filtra partículas grandes como proteínas, manteniendo el agua pura.

Desecación

La desecación es el proceso de eliminar líquidos, principalmente agua, de una sustancia. Se utiliza sobre todo en la industria alimenticia y farmacéutica, y se realiza con calor.

Tipos de Agua en los Sólidos

1. Agua de constitución: Forma parte de la molécula del sólido, difícil de eliminar (ej. sulfato de cobre pentahidratado).
2. Agua de adsorción: Se adhiere al sólido en ambientes húmedos (ej. azúcar o almidón mal cerrados).
3. Agua libre: Impregna el sólido y generalmente se añade para disolverlo o durante la fabricación de medicamentos.

Factores que Influyen en la Desecación

• Tipo de sólido: Los sólidos higroscópicos captan más agua de la atmósfera.
• Superficie: A mayor superficie, más rápida es la desecación.
• Humedad del aire: Si es alta, la desecación es más difícil.
• Calor: Mayor calor mejora la efectividad.
• Recambio de aire: Ayuda a acelerar el proceso.
• Temperatura y presión: Aumentar la temperatura y reducir la presión acelera la desecación.

Sistemas de Desecación

1. Estufas de desecación: Utilizan temperaturas de 105 a 110°C (hasta 200°C). Algunas tienen sistema de vacío para secar a temperaturas más bajas, ideales para productos sensibles al calor.
2. Desecadores: Recipientes con una tapa que sella herméticamente y un agente desecante (como silicagel o cloruro cálcico) en su interior. Se usan para mantener productos secos o desecar pequeñas cantidades.

Electroforesis

La electroforesis es una técnica que separa las sustancias de una mezcla homogénea según su carga eléctrica y tamaño. Al aplicar una corriente eléctrica, las partículas con carga positiva (cationes) se mueven hacia el cátodo (polo negativo) y las de carga negativa (aniones) hacia el ánodo (polo positivo). Se usa principalmente para separar moléculas grandes como el ADN o las proteínas. Esta técnica requiere equipos especializados, no comunes en laboratorios pequeños.

Extracción

La extracción es un método utilizado para separar los principios activos de plantas, animales o minerales, principalmente de las plantas en la actualidad. Se obtiene mediante diversas técnicas, como calentar la planta con agua, sumergirla en líquidos como alcohol, triturarla en un destilador o exprimirla para obtener sus jugos.

Métodos de Extracción

• Mecánicos: Usan fuerza para extraer los principios activos (por ejemplo, mediante cortes o presión).
• Con disolventes: Utilizan líquidos como agua o alcohol para extraer las sustancias activas de la planta. Los métodos incluyen maceración, digestión, infusión, percolación, destilación y decocción.

Cromatografía

La cromatografía es una técnica de análisis usada para separar los componentes de una mezcla, basada en su distribución entre dos fases: una fija y otra móvil. La fase móvil puede ser un fluido (gas o líquido) que arrastra la muestra, mientras que la fase fija retiene los componentes en diferentes proporciones.

Tipos de Cromatografía

• Cromatografía en capa fina: Usa una capa delgada de material sólido como almidón o silicagel sobre un soporte. La fase móvil asciende por capilaridad, separando los componentes de la muestra.
• Cromatografía en papel: Usa un papel de filtro como fase fija. La fase móvil (una mezcla de disolventes) asciende o desciende por el papel, separando las sustancias.