Tiempo muerto

El tiempo muerto (t₀) es el tiempo que tarda en llegar al detector, después de la inyección, un compuesto que no interactúa con la fase estacionaria y que, por tanto, se desplaza a la misma velocidad que la fase móvil. Se obtiene del cromatograma y constituye una medida de la velocidad promedio con que avanza la fase móvil por el sistema.

Definición del tiempo muerto (t₀): tiempo desde la inyección (línea gris discontinua) hasta el pico del compuesto no retenido, que sale antes que el compuesto retenido (valores ilustrativos). Figura generada por el autor a partir de Harvey (2000), p. 549, y Snyder y Kirkland (1979), pp. 23–24.

Idea general

Al inyectar una muestra, sus componentes viajan con la fase móvil, pero solo avanzan mientras están disueltos en ella; cuando se quedan unidos a la fase estacionaria, esperan. Un compuesto que no se retiene nunca espera: recorre el sistema a la misma velocidad que el líquido que lo transporta. Es como una hoja que flota en una corriente: llega al final al mismo tiempo que el agua que la arrastra.

Por eso el tiempo muerto es el mismo para todas las sustancias que salen de la columna: representa el tiempo que cada una pasa en la fase móvil. Lo que distingue a los compuestos retenidos es el tiempo adicional que permanecen en la fase estacionaria (t_S), de modo que su tiempo de retención es

$t_{R}=t_{0}+t_{S}$

Tiempo que dos compuestos pasan en cada fase. Los tramos azules suman t₀ en ambos compuestos; los tramos naranjas, que solo existen en el compuesto retenido, suman t_S. Figura generada por el autor a partir de Skoog et al. (2008), p. 766, y Meyer (2010), p. 24.

En el cromatograma, el tiempo muerto se lee como la posición del primer pico pequeño, que corresponde a una especie no retenida, o como la primera perturbación de la línea base después de la inyección. En la literatura aparece también como hold-up time, void time o breakthrough time, y se representa con los símbolos t₀, t_M o t_m; en esta página se usa t₀.

De qué depende su valor

Si el compuesto no se retiene, el tiempo que tarda en recorrer la columna depende solo de la longitud L y de la velocidad lineal u de la fase móvil:

$t_{0}={\frac {L}{u}}$

Una columna más larga o una fase móvil más lenta producen un tiempo muerto mayor. A su vez, la velocidad lineal depende del flujo volumétrico F, y el tiempo muerto varía de forma inversa con él: si el flujo se multiplica por un factor x, t₀ se divide entre x.

El volumen de fase móvil que se necesita para eluir un compuesto no retenido se llama volumen muerto (V₀) y es el producto del tiempo muerto por el flujo:

$V_{0}=F\,t_{0}$

Este volumen corresponde al líquido contenido en la columna. Como el empaque ocupa parte del espacio, V₀ es menor que el volumen de la columna vacía. La fracción del lecho accesible a la fase móvil se llama porosidad total y se compone de la porosidad externa (el espacio entre las partículas, con un valor cercano a 0.41 en columnas bien empacadas) y la interna (los poros de las partículas, que va de cero en partículas no porosas hasta cerca de 60 % en algunas sílices porosas).

Corte esquemático de un lecho empacado. La fase móvil ocupa el espacio entre las partículas (azul) y los poros de las partículas (naranja); ambos forman el volumen accesible a un compuesto no retenido. Figura generada por el autor a partir de Guiochon, en Günzler y Williams (2001), p. 182.

Ejemplo

Una columna de 15 cm opera con un flujo de 1.0 mL/min y un compuesto no retenido sale a los 1.6 min (valores ilustrativos). Para calcular la velocidad lineal de la fase móvil:

$u={\frac {L}{t_{0}}}$

$u={\frac {15\ \mathrm {cm} }{1.6\ \mathrm {min} }}$

$u\approx 9.4\ \mathrm {cm/min}$

Para calcular el volumen muerto:

$V_{0}=F\,t_{0}$

$V_{0}=1.0\ \mathrm {mL/min} \times 1.6\ \mathrm {min}$

$V_{0}=1.6\ \mathrm {mL}$

Si el flujo se duplica a 2.0 mL/min (el subíndice 2 indica los valores con este flujo), el tiempo muerto se divide entre 2:

$t_{0,2}={\frac {1.6\ \mathrm {min} }{2}}$

$t_{0,2}=0.8\ \mathrm {min}$

Con ese nuevo tiempo muerto, la velocidad lineal y el volumen muerto son:

$u_{2}={\frac {15\ \mathrm {cm} }{0.8\ \mathrm {min} }}\approx 18.8\ \mathrm {cm/min}$

$V_{0,2}=2.0\ \mathrm {mL/min} \times 0.8\ \mathrm {min} =1.6\ \mathrm {mL}$

La tabla y la figura resumen cómo cambia cada magnitud al duplicar el flujo:

Magnitud	Flujo de 1.0 mL/min	Flujo de 2.0 mL/min	Cambio
Tiempo muerto, t0	1.6 min	0.8 min	Se reduce a la mitad
Velocidad lineal, u	9.4 cm/min	18.8 cm/min	Se duplica
Volumen muerto, V0	1.6 mL	1.6 mL	No cambia

Efecto de duplicar el flujo en un mismo método (valores ilustrativos). Arriba, los picos aparecen antes con el flujo mayor; abajo, el tiempo muerto se reduce a la mitad, la velocidad lineal se duplica y el volumen muerto permanece igual. Figura generada por el autor a partir de Snyder y Kirkland (1979), pp. 24–25.

¿Tiempo muerto de la columna o del sistema?

El compuesto no retenido no solo atraviesa la columna: antes pasa por el inyector y los capilares, y después por la celda del detector. Por eso, el tiempo muerto que se mide en el cromatograma incluye también el tiempo que la fase móvil tarda en recorrer esos tramos. Si se quiere referir solo a la columna, el tiempo muerto de la columna es el cociente entre su volumen muerto y el flujo.

Recorrido de la fase móvil por el sistema y su registro en el cromatograma. El corchete azul indica el volumen de la columna y el naranja, el volumen entre el inyector y el detector, que es el que se refleja en el tiempo muerto medido. La flecha gris señala t₀, desde la inyección hasta el pico del compuesto no retenido. Figura generada por el autor a partir de Meyer (2010), pp. 24 y 40–41, IUPAC (1993), p. 841, y Snyder y Kirkland (1979), p. 23.

Los volúmenes del sistema ajenos a la columna se denominan volúmenes extracolumna: el del inyector, los capilares entre el inyector y la columna y entre la columna y el detector, la celda del detector y las conexiones, además de los capilares de intercambio de calor y las válvulas de conmutación, según el diseño del instrumento. Lo que está antes del inyector o después del detector no se cuenta. Conviene no llamarlos «volumen muerto», porque ese nombre también se usa para el volumen que corresponde a t₀.

La frontera entre fase móvil y fase estacionaria también es difusa: la fase enlazada se solvata con la fase móvil, y los poros de las partículas son accesibles para unos solutos y no para otros. En consecuencia, solutos distintos pueden «ver» volúmenes muertos distintos. Por esta razón se distingue un volumen muerto cinético, que es el espacio entre partículas, y uno termodinámico, que suma además el volumen de eluyente contenido en los poros.

Cómo se mide

Hay dos formas habituales de obtener t₀:

• Leerlo en el cromatograma. El centro del primer pico, o la perturbación de la línea base que sigue a la inyección, marca t₀.
• Inyectar un marcador no retenido. Si hay duda sobre la posición de t₀, se inyecta un compuesto que no se retiene, o un disolvente más débil que la fase móvil, y su tiempo de retención es t₀. En fase reversa se emplea con frecuencia el uracilo.

Un marcador ideal tendría que ser lo bastante pequeño para entrar en todo el volumen de fase móvil y lo bastante hidrófilo para no entrar en la fase estacionaria. Muchas moléculas orgánicas pequeñas muestran tiempos de elución que aumentan al disminuir la fuerza de la fase móvil, señal de que se retienen un poco y dan un volumen mayor que el verdadero; por ello sirven para una estimación aproximada.

Efecto de la retención parcial de un marcador. Un marcador que se retiene un poco sale después que uno sin retención y da un valor de t₀ mayor que el real (esquema cualitativo). Figura generada por el autor a partir de Rimmer et al. (2002), pp. 223–224.

Marcador	Comportamiento reportado
Acetona	Se detecta con una cantidad muy pequeña, pero se retiene un poco salvo con las fases móviles más fuertes.
Uracilo	Muy usado; se retiene menos que la acetona, aunque también muestra retención parcial.
Tiourea	Da un volumen comparable al volumen total de la columna, pero los resultados cambiaron con la fase móvil al compararla con otros métodos.
Óxido de deuterio (D2O)	Se comporta de forma similar al uracilo, pero exige un detector de índice de refracción.
Sales inorgánicas (p. ej., nitrato de sodio)	Son prácticas y detectables en el ultravioleta, pero los grupos silanol residuales pueden excluir los iones de los poros (exclusión de Donnan); un tampón o una concentración alta de sal atenúa este efecto.

Como t₀ interviene en el cálculo del factor de retención, el marcador elegido modifica el valor de k; por eso conviene indicar cuál se empleó.

Para qué se usa

Factor de retención

El factor de retención k compara el tiempo que un compuesto permanece retenido con el tiempo que pasa en la fase móvil:

$k={\frac {t_{R}-t_{0}}{t_{0}}}$

Por ejemplo, un compuesto con t_R = 4.5 min en una columna con t₀ = 1.5 min (valores ilustrativos) tiene:

$k={\frac {4.5\ \mathrm {min} -1.5\ \mathrm {min} }{1.5\ \mathrm {min} }}$

$k={\frac {3.0\ \mathrm {min} }{1.5\ \mathrm {min} }}$

$k=2.0$

Un valor mucho menor que 1 indica que el compuesto sale cerca del tiempo muerto; con valores de 20 a 30 o mayores, los tiempos de elución son excesivamente largos, por lo que suele trabajarse con valores entre 1 y 10. Esta magnitud no depende de la forma de la columna ni del flujo volumétrico. Véase Factor de retención y Tiempo de retención.

Posición de tres compuestos según su factor de retención (valores ilustrativos, con t₀ = 1.5 min). El compuesto con k = 0.5 sale cerca del tiempo muerto; los de k = 2 y k = 6 quedan dentro del intervalo de 1 a 10 (zona sombreada). Figura generada por el autor a partir de Skoog et al. (2008), p. 768.

Volumen de retención

El tiempo de retención cambia con el flujo, pero el volumen de retención V_R, que es el volumen de fase móvil que fluye entre la inyección y el máximo del pico, no. Se relaciona con el volumen muerto de la siguiente manera:

$V_{R}=F\,t_{R}$

$t_{R}=t_{0}\,(1+k)$

$V_{R}=F\,t_{0}\,(1+k)$

$V_{R}=V_{0}\,(1+k)$

Retención relativa ajustada

Compara el tiempo de retención del pico de interés (t_Ri) con el de un pico de referencia (t_Rst), descontando en ambos el tiempo muerto:

$r={\frac {t_{Ri}-t_{0}}{t_{Rst}-t_{0}}}$

Si no se indica otra cosa, los valores de retención relativa de las monografías de la farmacopea corresponden a la retención relativa sin ajustar, que no usa t₀.

Control del flujo

Si el t₀ de un mismo método cambia entre corridas, puede reflejar un cambio en el flujo, y con él en todos los tiempos de retención.

Cuestionario de autoevaluación

1. ¿Qué es el tiempo muerto y qué indica sobre la fase móvil?

Es el tiempo que tarda un compuesto no retenido en llegar al detector después de la inyección. Como ese compuesto se desplaza a la misma velocidad que la fase móvil, t₀ mide la velocidad lineal promedio de esta: u = L/t₀.

2. Una columna de 15 cm tiene un tiempo muerto de 1.6 min con un flujo de 1.0 mL/min (valores ilustrativos). ¿Cuáles son la velocidad lineal promedio y el volumen muerto? ¿Qué ocurre con ambos si el flujo se duplica?

Con 1.0 mL/min:

$u={\frac {15\ \mathrm {cm} }{1.6\ \mathrm {min} }}\approx 9.4\ \mathrm {cm/min}$

$V_{0}=1.0\ \mathrm {mL/min} \times 1.6\ \mathrm {min} =1.6\ \mathrm {mL}$

Con 2.0 mL/min (el subíndice 2 indica los valores con este flujo), el tiempo muerto se divide entre 2:

$t_{0,2}={\frac {1.6\ \mathrm {min} }{2}}=0.8\ \mathrm {min}$

$u_{2}={\frac {15\ \mathrm {cm} }{0.8\ \mathrm {min} }}\approx 18.8\ \mathrm {cm/min}$

$V_{0,2}=2.0\ \mathrm {mL/min} \times 0.8\ \mathrm {min} =1.6\ \mathrm {mL}$

La velocidad lineal se duplica y el volumen muerto no cambia.

3. Dos analistas miden el tiempo muerto de la misma columna, uno con acetona y otro con nitrato de sodio, y obtienen valores distintos. ¿Por qué puede ocurrir y qué consecuencia tiene?

La acetona se retiene un poco y da un volumen mayor que el verdadero, mientras que las sales pueden verse afectadas por la exclusión de Donnan, de modo que cada marcador puede dar un valor distinto de t₀. Como k = (t_R − t₀)/t₀, el marcador elegido modifica el factor de retención calculado; por eso conviene indicar cuál se empleó.

Material audiovisual de apoyo

• «Conceptos de cromatografía» (JoVE Core: Analytical Chemistry, video 14779). Presenta el tiempo de retención, el volumen de retención y el tiempo muerto.

Véase también

• Fase estacionaria
• Fase móvil
• Cromatograma
• Factor de retención
• Tiempo de retención
• Factor de separación
• Platos teóricos
• Volumen de retardo
• USP Capítulo General 621 (Cromatografía)
• MGA 0241 (FEUM) – Cromatografía

Ficha de documentación

Fecha: 14 de octubre de 2026.

Autor: Daniel Morales Gutiérrez.

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