Factor de separación

El factor de separación (α) es el cociente entre los factores de retención de dos picos adyacentes de un cromatograma, con el factor de retención del pico que sale después en el numerador. Indica cuánto más retiene el sistema cromatográfico a un compuesto que al otro y, por definición, su valor es mayor que 1. Es la magnitud con la que se describe la selectividad de un sistema cromatográfico para un par de compuestos.

Factor de separación de dos picos adyacentes: el segundo compuesto permanece retenido 2.4 veces el tiempo muerto y el primero 2.0 veces, por lo que α = 2.4/2.0 = 1.2 (valores ilustrativos). Figura hecha por el autor a partir de Snyder, Kirkland y Glajch (1997), p. 27, y Kazakevich y LoBrutto (2007), p. 19.

Idea general

Dos compuestos se separan en una columna porque avanzan a velocidades distintas, y avanzan a velocidades distintas porque la fase estacionaria los retiene en distinto grado. El factor de retención mide cuánto se retiene cada compuesto; el factor de separación compara esas dos retenciones.

Si ambos compuestos tienen el mismo factor de retención, α = 1: salen al mismo tiempo y no pueden separarse, sin importar qué tan estrechos sean los picos ni cuánto dure el análisis. Cuanto mayor es α, más alejados quedan los máximos de los dos picos.

Dos compuestos con el mismo factor de retención del primer pico (k₁ = 3) y la misma eficiencia (N = 8000) para tres valores de α. Con α = 1 los picos coinciden; con α = 1.05 se traslapan; con α = 1.20 quedan separados (valores ilustrativos; R_s calculada con la ecuación de resolución). Figura hecha por el autor a partir de Snyder, Kirkland y Dolan (2010), p. 55.

El factor de separación indica la distancia entre los picos, pero no su anchura. Que dos picos queden resueltos depende de ambas cosas, por lo que α se complementa con la resolución cromatográfica.

Cómo se calcula

Para dos picos adyacentes 1 y 2, donde el pico 2 es el que sale después:

$\alpha ={\frac {k_{2}}{k_{1}}}$

Como cada factor de retención es el tiempo de retención ajustado dividido entre el tiempo muerto, el tiempo muerto se cancela y α puede calcularse directamente con los tiempos ajustados:

$\alpha ={\frac {t_{R2}-t_{0}}{t_{R1}-t_{0}}}$

donde:

k₁ y k₂ son los factores de retención del primer y del segundo pico;

t_R1 y t_R2 son sus tiempos de retención;

t₀ es el tiempo muerto.

El valor de α tiene significado solo si las condiciones permanecen constantes durante la medición; en cromatografía de líquidos, con una composición constante de la fase móvil.

Nombres

La magnitud se llama también selectividad, factor de selectividad o retención relativa. La IUPAC recomienda el nombre factor de separación y desaconseja llamarlo simplemente «selectividad».

Nota. En la extracción líquido-líquido también se usa el nombre factor de separación, pero con otro significado: el cociente de las razones de distribución de dos solutos extraíbles medidas en las mismas condiciones. En esta página el término se usa siempre en el sentido cromatográfico.

Por qué cambia el factor de separación

Cada factor de retención es el producto del coeficiente de distribución K del compuesto por la razón de fases de la columna. Al dividir los factores de retención de dos compuestos en la misma columna, la razón de fases se cancela:

$\alpha ={\frac {K_{2}}{K_{1}}}$

Por eso α depende solo de lo que modifica los coeficientes de distribución: los compuestos, la fase móvil, la fase estacionaria y la temperatura; el efecto de la presión suele ser despreciable. En cambio, la longitud de la columna, el flujo y el diámetro de una columna empacada no modifican los factores de retención y, por lo tanto, tampoco el factor de separación.

Relación con la energía

El logaritmo del factor de separación es proporcional a la diferencia entre las energías libres con que los dos compuestos interactúan con la fase estacionaria:

$\Delta \Delta G^{\circ }=RT\ln \alpha$

donde:

ΔΔG° es la diferencia de energía libre de Gibbs estándar entre los dos compuestos;

R es la constante de los gases (8.314 J mol⁻¹ K⁻¹);

T es la temperatura absoluta.

Para separar por completo dos picos adyacentes con unos 10 000 platos se necesita α ≈ 1.1, lo que a temperatura ambiente corresponde a una diferencia de energía de apenas unos 0.25 kJ/mol entre los dos compuestos.

Su papel en la resolución

La resolución de dos picos adyacentes puede escribirse como el producto de tres términos, cada uno controlado por un tipo de condición:

$R_{s}={\frac {1}{4}}\,(\alpha -1)\,{\sqrt {N}}\,{\frac {k}{1+k}}$

donde:

α − 1 es el término de selectividad;

N es el número de platos teóricos de la columna (término de eficiencia);

k es el factor de retención del primer pico (término de retención).

Cada término actúa de forma distinta sobre el cromatograma. Al aumentar N los picos se hacen más estrechos, pero sus máximos no se mueven; al aumentar α los máximos se alejan entre sí. Como la resolución crece con la raíz cuadrada de N, cuadruplicar los platos solo la duplica, mientras que un cambio pequeño de α tiene un efecto mucho mayor: mejorar α es la forma más eficaz de aumentar la resolución.

Dos formas de mejorar la separación de dos picos traslapados. Cuadruplicar el número de platos estrecha los picos y duplica la resolución; aumentar α de 1.05 a 1.15 aleja los máximos y la triplica (valores ilustrativos; R_s calculada con la ecuación de resolución). Figura hecha por el autor a partir de Snyder, Kirkland y Glajch (1997), p. 29, y Snyder, Kirkland y Dolan (2010), p. 55.

Los valores habituales de α van de poco más de 1 a cerca de 2; con α > 2 la separación es sencilla. Con valores cercanos a 1 se necesitan columnas con muchos platos, y el número de platos necesario disminuye rápidamente al aumentar α.

Izquierda: resolución en función de α para tres números de platos. Derecha: platos necesarios para alcanzar R_s = 1.5 en función de α, en escala logarítmica. En ambos casos k₁ = 3. Figura hecha por el autor a partir de la ecuación de resolución de Snyder, Kirkland y Dolan (2010), p. 55, y de Poole (2003), pp. 53–54.

Cómo se modifica

En el desarrollo de un método, primero se ajusta la proporción de disolvente orgánico (%B) para que los factores de retención queden en un intervalo adecuado. Si aun así hay picos traslapados, se cambian las condiciones que modifican α; por lo general, se empieza por la fase móvil.

• Proporción de disolvente orgánico. Además de cambiar k, un cambio de 5 a 10 %B modifica en muchas muestras la distancia relativa entre los picos.
• Tipo de disolvente orgánico. Cambiar acetonitrilo por metanol, o al revés, produce cambios grandes en la distancia entre los picos; una mezcla de ambos disolventes da con frecuencia una separación intermedia.
• pH, reactivos de par iónico y amortiguadores. Modifican α en muestras con compuestos ionizables.
• Tipo de columna. Cambiar la fase enlazada (por ejemplo, de C18 a fenilo o a ciano) modifica α, pero en forma de saltos; se recomienda intentarlo después de los cambios en la fase móvil.
• Temperatura. Un aumento de 1 °C reduce k entre 1 y 2 % y puede cambiar α, sin necesidad de cambiar la columna ni preparar otra fase móvil.

Condiciones que modifican el factor de separación porque cambian los coeficientes de distribución, y condiciones que no lo modifican. Figura hecha por el autor a partir de Schoenmakers (1986), pp. 5–6, y Snyder, Kirkland y Glajch (1997), pp. 29, 34–35 y 40.

Ejemplo resuelto

Problema. En un cromatograma, el tiempo muerto es de 1.0 min y dos compuestos salen a 4.0 y 4.3 min. La columna tiene N = 8000 (valores ilustrativos). Calcular α y la resolución aproximada, y comparar con lo que ocurriría si α fuera 1.05.

Paso 1. Factores de retención.

$k_{1}={\frac {4.0-1.0}{1.0}}=3.0$

$k_{2}={\frac {4.3-1.0}{1.0}}=3.3$

Paso 2. Factor de separación.

$\alpha ={\frac {3.3}{3.0}}=1.10$

Paso 3. Resolución aproximada.

$R_{s}={\frac {1}{4}}\times 0.10\times {\sqrt {8000}}\times {\frac {3.0}{4.0}}\approx 1.7$

α	N	k1	Rs aproximada
1.10	8000	3.0	1.7
1.05	8000	3.0	0.8
1.05	32 000	3.0	1.7

Con α = 1.05, la resolución cae a la mitad. Para recuperarla sin cambiar α se necesitaría cuatro veces el número de platos, por ejemplo, una columna cuatro veces más larga y un análisis cuatro veces más largo.

Puntos clave

• α = k₂/k₁, con el pico que sale después en el numerador; siempre es mayor que 1.
• Con α = 1 dos compuestos no pueden separarse, sin importar la eficiencia de la columna.
• α es el cociente de los coeficientes de distribución: depende de los compuestos, de las fases y de la temperatura, no de la longitud de la columna ni del flujo.
• En la ecuación de resolución, α es el término con mayor efecto: aleja los picos, mientras que N solo los estrecha.
• Para cambiar α se modifica primero la fase móvil y después la columna o la temperatura.

Cuestionario de autoevaluación

1. Dos compuestos tienen el mismo factor de retención en una columna. ¿Puede separarlos una columna más larga?

No. Si k₁ = k₂, entonces α = 1 y los dos compuestos avanzan a la misma velocidad. Una columna más larga aumenta el número de platos, pero los máximos seguirían coincidiendo. Para separarlos hay que cambiar una condición que modifique α, como la fase móvil, la fase estacionaria o la temperatura.

2. El tiempo muerto es de 1.0 min y dos compuestos salen a 5.0 y 5.5 min. ¿Cuál es el factor de separación?

$k_{1}={\frac {5.0-1.0}{1.0}}=4.0$

$k_{2}={\frac {5.5-1.0}{1.0}}=4.5$

$\alpha ={\frac {4.5}{4.0}}=1.125$

3. Dos picos con factores de retención cercanos a 5 están muy traslapados. ¿Conviene aumentar el flujo, alargar la columna o cambiar el disolvente orgánico de la fase móvil?

Conviene cambiar el disolvente orgánico, porque modifica α y aleja los máximos de los picos. El flujo no cambia α, y alargar la columna solo aumenta la resolución con la raíz cuadrada de la longitud, a costa de un análisis más largo. Cuando los picos están muy traslapados y lejos del tiempo muerto, normalmente se requiere aumentar α.

Material audiovisual de apoyo

• «Chromatographic Resolution» (JoVE Core: Analytical Chemistry, video 14783). Explica la resolución cromatográfica y su relación con la selectividad, la eficiencia y la retención.

Véase también

• Factor de retención
• Resolución cromatográfica
• Tiempo muerto
• Platos teóricos
• Tiempo de retención
• Fase móvil
• Fase estacionaria
• Cromatografía de fase inversa
• Elución isocrática
• Cromatograma
• USP Capítulo General 621 (Cromatografía)
• MGA 0241 (FEUM) – Cromatografía

Ficha de documentación

Fecha: 17 de octubre de 2026.

Autor: Daniel Morales Gutiérrez.

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