Historia de la cromatografía

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La historia de la cromatografía abarca desde mediados del siglo XIX hasta el XXI. La cromatografía, literalmente "escritura en color",[1]​ se utilizó -y recibió su nombre- en la primera década del siglo XX, principalmente para la separación de pigmentos vegetales como la clorofila (que es verde) y los carotenoides (que son anaranjados y amarillos). Las nuevas formas de cromatografía desarrolladas en las décadas de 1930 y 1940 hicieron que la técnica fuera útil para una amplia gama de procesos de separación y tareas de análisis químico, especialmente en bioquímica.

Precursores[editar]

El primer uso de la cromatografía -pasar una mezcla por un material inerte para crear una separación de los componentes de la solución basada en la adsorción diferencial- se atribuye a veces al químico alemán Friedlieb Ferdinand Runge, que en 1855 describió el uso del papel para analizar tintes. Runge dejó caer manchas de diferentes sustancias químicas inorgánicas sobre círculos de papel de filtro ya impregnados con otra sustancia química, y las reacciones entre las diferentes sustancias químicas crearon patrones de color únicos.[2]​ Sin embargo, según el análisis histórico de L. S. Ettre, el trabajo de Runge no tenía "nada que ver con la cromatografía" (y, en cambio, debería considerarse un precursor de las pruebas químicas por puntos, como la prueba de Schiff).[3]​

En la década de 1860, Christian Friedrich Schönbein y su alumno Friedrich Goppelsroeder publicaron los primeros intentos de estudiar las diferentes velocidades a las que se mueven las distintas sustancias a través del papel de filtro.[4]​[5]​[6]​ Schönbein, que creía que la acción capilar (y no la adsorción) era la responsable del movimiento, denominó a la técnica análisis capilar, y Goppelsroeder dedicó gran parte de su carrera a utilizar el análisis capilar para comprobar los índices de movimiento de una gran variedad de sustancias. A diferencia de la cromatografía de papel moderna, el análisis capilar utilizaba depósitos de la sustancia analizada, creando zonas superpuestas de los componentes de la solución en lugar de puntos o bandas separadas.[7]​[8]​

Los trabajos sobre el análisis capilar continuaron, pero sin mucho desarrollo técnico, hasta bien entrado el siglo XX. Los primeros avances significativos con respecto a los métodos de Goppelsroeder se produjeron con los trabajos de Raphael E. Liesegang: en 1927, colocó tiras de filtro en recipientes cerrados con atmósferas saturadas de disolventes, y en 1943 comenzó a utilizar puntos discretos de muestra adsorbidos al papel de filtro, sumergidos en disolvente puro para lograr la separación.[9]​[10]​[11]​ Este método, esencialmente idéntico a la cromatografía de papel moderna, se publicó justo antes del trabajo independiente -y mucho más influyente- de Archer Martin y sus colaboradores, que inauguró el uso generalizado de la cromatografía de papel.[12]​

En 1897, el químico estadounidense David Talbot Day (1859-1915), que entonces trabajaba en el Servicio Geológico de Estados Unidos, observó que el petróleo crudo generaba bandas de color al filtrarse hacia arriba a través de la arcilla o la piedra caliza finamente dividida.[13]​ En 1900, informó de sus descubrimientos en el Primer Congreso Internacional del Petróleo celebrado en París, donde causaron sensación.[14]​[15]​

Tsvet y cromatografía en columna[editar]

La cromatografía en capa fina se utiliza para separar los componentes coloridos de un extracto de planta.

La primera cromatografía verdadera suele atribuirse al botánico ruso-italiano Mikhail Tsvet. Tsvet aplicó sus observaciones sobre la extracción con papel de filtro a los nuevos métodos de fraccionamiento en columna que se habían desarrollado en la década de 1890 para separar los componentes del petróleo. Utilizó una columna de adsorción de líquidos que contenía carbonato de calcio para separar los pigmentos vegetales amarillos, naranjas y verdes (lo que hoy se conoce como xantofilas, carotenos y clorofilas, respectivamente). El método fue descrito el 30 de diciembre de 1901 en el XI Congreso de Naturalistas y Médicos (XI съезд естествоиспытателей и врачей) en San Petersburgo. La primera descripción impresa fue en 1903, en las Actas de la Sociedad de Naturalistas de Varsovia, sección de biología. La primera vez que utilizó el término cromatografía de forma impresa fue en 1906, en sus dos artículos sobre la clorofila en la revista botánica alemana Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft. En 1907 hizo una demostración de su cromatógrafo para la Sociedad Botánica Alemana. El apellido de Mijaíl, "Цвет", significa "color" en ruso, por lo que cabe la posibilidad de que el hecho de denominar al procedimiento cromatografía (literalmente "escritura en color") fuera una forma de asegurarse de que él, un plebeyo de la Rusia zarista, pudiera ser inmortalizado.

En una conferencia de 1903 (publicada en 1905), Tsvet también describió el uso de papel de filtro para aproximarse a las propiedades de las fibras vegetales vivas en sus experimentos con pigmentos vegetales, un precursor de la cromatografía en papel. Descubrió que podía extraer algunos pigmentos (como los carotenos anaranjados y las xantofilas amarillas) de las hojas con disolventes no polares, pero otros (como la clorofila) requerían disolventes polares. Razonó que la clorofila se mantenía en el tejido vegetal por adsorción y que eran necesarios disolventes más fuertes para superar la adsorción. Para comprobarlo, aplicó pigmentos disueltos en papel de filtro, dejó que el disolvente se evaporara y luego aplicó diferentes disolventes para ver cuál podía extraer los pigmentos del papel de filtro. Encontró el mismo patrón que en las extracciones de hojas: el caroteno podía extraerse del papel de filtro utilizando disolventes no polares, pero la clorofila requería disolventes polares.[16]​

El trabajo de Tsvet tuvo poca utilidad hasta la década de 1930.[17]​

Martin y Synge y la cromatografía de partición[editar]

Los métodos de cromatografía cambiaron poco después de los trabajos de Tsvet hasta la explosión de la investigación de nuevas técnicas a mediados del siglo XX, sobre todo gracias a los trabajos de Archer John Porter Martin y Richard Laurence Millington Synge. Mediante "la unión de dos técnicas, la de la cromatografía y la de la extracción con disolventes a contracorriente",[18]​ Martin y Synge desarrollaron la cromatografía de partición para separar sustancias químicas con sólo ligeras diferencias en los coeficientes de partición entre dos disolventes líquidos.[19]​ Martin, que ya había trabajado en la química de las vitaminas (incluyendo intentos de purificación de la vitamina E), empezó a colaborar con Synge en 1938 y aportó su experiencia en el diseño de equipos al proyecto de Synge de separar aminoácidos. Tras experimentos infructuosos con complejas máquinas de extracción a contracorriente y métodos de cromatografía líquido-líquido en los que los líquidos se mueven en direcciones opuestas,[20]​ Martin dio con la idea de utilizar gel de sílice en columnas para mantener el agua estacionaria mientras un disolvente orgánico fluye por la columna. Martin y Synge demostraron el potencial de los métodos al separar aminoácidos marcados en la columna mediante la adición de rojo de metilo.[21]​ En una serie de publicaciones que comenzaron en 1941, describieron métodos cada vez más potentes para separar aminoácidos y otras sustancias químicas orgánicas.[22]​

En la búsqueda de métodos mejores y más sencillos para identificar los aminoácidos constituyentes de los péptidos, Martin y Synge recurrieron también a otros medios cromatográficos. Un breve resumen en 1943, seguido de un artículo detallado en 1944, describía el uso de papel de filtro como fase estacionaria para realizar la cromatografía de aminoácidos: la cromatografía de papel.[23]​ En 1947, Martin, Synge y sus colaboradores habían aplicado este método (junto con el reactivo de Fred Sanger para identificar los residuos N-terminales) para determinar la secuencia de pentapéptidos de la Gramicidina S. Estos métodos de cromatografía de papel y otros relacionados fueron también fundamentales para el esfuerzo de Fred Sanger por determinar la secuencia de aminoácidos de la insulina.[24]​

Refinando las técnicas[editar]

Martin, en colaboración con Anthony T. James, pasó a desarrollar la cromatografía de gases[25]​ (cuyos principios habían predicho Martin y Synge en su histórico artículo de 1941) a partir de 1949. En 1952, durante su conferencia para el Premio Nobel de Química (compartido con Synge, por sus anteriores trabajos sobre cromatografía), Martin anunció el éxito de la separación de una gran variedad de compuestos naturales por cromatografía de gases. Anteriormente, Erika Cremer había sentado las bases teóricas de la CG en 1944 y el químico austriaco Fritz Prior, bajo la dirección de Erika Cremer, construyó en 1947 el primer prototipo de cromatógrafo de gases[26]​ y consiguió separar el oxígeno y el dióxido de carbono, en 1947 durante su investigación de doctorado.[27]​

La facilidad y eficacia de la cromatografía de gases para separar sustancias químicas orgánicas impulsó la rápida adopción del método, así como el rápido desarrollo de nuevos métodos de detección para analizar el resultado. El detector de conductividad térmica, descrito en 1954 por N. H. Ray, fue la base de otros métodos: el detector de ionización de llama fue descrito por J. Harley, W. Nel y V. Pretorius en 1958,[28]​ y James Lovelock introdujo también ese año el detector de captura de electrones. Otros introdujeron los espectrómetros de masas en la cromatografía de gases a finales de la década de 1950.[29]​

El trabajo de Martin y Synge también sentó las bases para la cromatografía líquida de alto rendimiento, lo que sugiere que las partículas absorbentes pequeñas y la presión podrían producir técnicas rápidas de cromatografía líquida. Esto se volvió ampliamente práctico a fines de la década de 1960 (y el método se usó para separar aminoácidos ya en 1960).[30]​

Cromatografía de capa fina[editar]

Los primeros avances en cromatografía en capa fina se produjeron en la década de 1940 y las técnicas avanzaron rápidamente en la década de 1950 tras la introducción de placas relativamente grandes y materiales relativamente estables para las capas adsorbentes.[31]​

Desarrollos posteriores[editar]

En 1987 Pedro Cuatrecasas y Meir Wilchek recibieron el Premio Wolf de Medicina por la invención y desarrollo de la cromatografía de afinidad y sus aplicaciones a las ciencias biomédicas.

Referencias[editar]

  1. ↑ «chromatography». Online Etymology Dictionary. 
  2. ↑ Runge colocaba gotas de soluciones reactivas en el papel secante y luego añadía una gota de una segunda solución reactiva sobre la primera gota.  Las soluciones reaccionaban al extenderse por el papel secante, produciendo a menudo patrones de color.  Sus resultados se publicaron en dos libros:
  3. ↑ Ettre, p. 410. L.S. Ettre (1922-2010) fue un químico húngaro-estadounidense y autor de varias publicaciones sobre la historia de la cromatografía.
  4. ↑ Schönbein, Christian (1861). «Ueber einige durch die Haarröhrchenanziehung des Papiers hervorgebrachten Trennungswirkungen» [On some separation effects produced by capillary attraction of paper]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel 3 (2): 249-255. 
  5. ↑ Goppelsröder, Friedrich (1861). «Ueber ein Verfahren, die Farbstoffe in ihren Gemischen zu erkennen» [On a method for detecting the colorings in mixtures of them]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel 3 (2): 268-275. 
  6. ↑ Goppelsroeder, Friedrich (1901) Capillaranalyse beruhend auf Capillaritäts- und Adsorptionserscheinungen … [Capillary analysis based on phenomena of capillarity and adsorption … ] Basel, Switzerland: Emil Birkhäuser.
  7. ↑ Ettre, pp. 411–412.
  8. ↑ Sin embargo, en su libro Capillaranalyse ... (1901), Goppelsroeder afirmó (p. 168) que había estado separando los colorantes de las plantas desde 1880, y que había logrado separaciones completas de esos colorantes. De la p. 166:
    "Bietet sich auch dem Auge bei Betrachtung der verschiedenen Pflanzenorgane eine wunderbare Mannigfaltigkeit der Farben und Farbenabstufungen dar, so bleibt ihm doch die wichtige Thatsache verborgen, dass meist nicht nur ein einziger Farbstoff, sondern mehrere nebeneinander in demselben Organe vorkommen. Während das Auge nur eine Färbung erkennt und wir desshalb glauben, dass dieselbe einem bestimmten einzelnen Farbstoff angehöre, lässt uns die Capillaranalyse meist mehrere verschieden gefärbte Zonen auf den Capillarstreifen in bestimmer, sehr oft von farblosen Zonen unterbrochener Reihenfolge erkennen. Das Chlorophyll oder Blattgrün z.B. findet sich nicht nur in den grünen, sonder auch in anders gefärbten Organen, beispielsweise verdeckt durch die rote Färbung des Zellsafts in den Blättern der Blutbuche neben dem roten Anthokyan, sowie neben roten Phycoerythrin in den Rotalgen, den Florideen. Diese verschiedenen Farbstoffe lassen sich durch Capillaranalyse in den gemeinschaftlichen Auszügen, ohne irgend welche sonstige Trennungsmanipulationen nebeneinander nachweisen. Sind sie capillarisch in Zonen getrennt, dann genügt deren spectroscopische und chemische Prüfung zur endgiltigen Feststellung ihrer Natur." (Una maravillosa variedad de colores y gradaciones de color se presenta al ojo al mirar los diferentes órganos de la planta, sin embargo, el hecho importante permanece oculto para él: que por lo general no sólo un único colorante, sino varios ocurren uno al lado del otro en los mismos órganos. Mientras que el ojo sólo percibe un color y por tanto creemos que pertenece a un determinado colorante individual, el análisis capilar [es decir, la cromatografía en papel] nos permite detectar normalmente varias zonas de colores diferentes en las tiras capilares en determinadas secuencias [que están] muy a menudo interrumpidas por zonas incoloras. La clorofila o el verde de las hojas, por ejemplo, se encuentra no sólo en el verde, sino también en órganos de colores diferentes; por ejemplo, oscurecido por el color rojo del protoplasma en las hojas del haya junto con la antocianina roja, así como junto con la ficoeritrina roja en las algas rojas, las ''Florideae''. Estos diversos colorantes pueden detectarse por análisis capilar en extractos en los que están presentes en combinación, sin ningún otro tratamiento de separación concurrente. Si se separan en zonas por capilaridad, su examen espectroscópico y químico basta para determinar de forma concluyente su naturaleza).
  9. ↑ Liesegang, R.E. (1943). «Capillaranalyse» [Capillary analysis]. Zeitschrift für Analytische Chemie 126 (5): 172-177. doi:10.1007/BF01391549. 
  10. ↑ Liesegang, R.E. (1943). «Capillar-Analyse. II» [Capillary analysis II]. Zeitschrift für Analytische Chemie 126 (9): 334-336. doi:10.1007/BF01461120. 
  11. ↑ Liesegang, R.E. (1943). «Kreuz-Kapillaranalyse» [Cross capillary analysis]. Naturwissenschaften 31 (29): 348. Bibcode:1943NW.....31..348L. doi:10.1007/BF01475425. 
  12. ↑ Ettre, p. 412.
  13. ↑ Day, David T. (1897). «A suggestion as to the origin of Pennsylvania petroleum». Proceedings of the American Philosophical Society 36 (154): 112-115. JSTOR 983464. «p. 115 ... mediante un trabajo experimental se puede demostrar fácilmente que si saturamos una piedra caliza como la de Trenton con los aceites característicos de esa roca y ejercemos una ligera presión sobre ella, de modo que pueda fluir hacia arriba a través de la arcilla finamente dividida, es fácil cambiarla de color ...» 
  14. ↑ Day, David Talbot (1900) "La variation des caracteres des huiles brutes de Pensylvanie et de l'Ohio" (Variation of the character of crude oil from Pennsylvania and Ohio), Congrès international du pétrole, première session, Paris, 1900. Notes, mémoires et documents , Paris, 1 : 52–56. Reprinted in: Day, David F. (November 1901). «La variation des caracteres des huiles brutes de Pensylvanie et de l'Ohio» [Variation of the character of crude oil from Pennsylvania and Ohio]. Revue de Chimie Industrielle 12 (143): 308-310.  Reprinted in English in Day, David T. (1900). «The variation in the character of Pennsylvania and Ohio crude oils». The Petroleum Review. 3 supp: 9-10. 
  15. ↑ Poco después del descubrimiento de David T. Day, otros investigadores estudiaron la difusión del petróleo a través de tierras finamente divididas, a saber, el químico orgánico alemán Karl Engler (1842-1925) de la Universidad Técnica de Karlsruhe y el químico estadounidense Joseph Elliot Gilpin (1866-1924) de la Universidad Johns Hopkins:
  16. ↑ Ettre, pp. 412–413.
  17. ↑ Martin, p. 359
  18. ↑ Martin
  19. ↑ Ettre, C. (2001). «Milestones in Chromatography: The Birth of Partition Chromatography». LCGC 19 (5): 506-512. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 26 de febrero de 2016. 
  20. ↑ Martin, A J P; Synge, R L M (1941). «Separation of the higher monoamino-acids by counter-current liquid-liquid extraction: the amino-acid composition of wool». Biochemical Journal 35 (1–2): 91-121. ISSN 0264-6021. PMC 1265473. PMID 16747393. doi:10.1042/bj0350091. 
  21. ↑ Martin, pp. 362–366
  22. ↑ Martin, A J P; Synge, R L M (1941). «A new form of chromatogram employing two liquid phases A theory of chromatography. 2. Application to the micro-determination of the higher monoamino-acids in proteins». Biochemical Journal 35 (12): 1358-1368. PMC 1265645. PMID 16747422. doi:10.1042/bj0351358. 
  23. ↑ Whelan, W. J. (1995). «The advent of paper chromatography». The FASEB Journal 9 (2): 287-288. PMID 7781933. S2CID 20183786. doi:10.1096/fasebj.9.2.7781933. 
  24. ↑ Sanger, Frederick (1988). «Sequences, Sequences, and Sequences». Annual Review of Biochemistry 57: 1-28 (9). PMID 2460023. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.000245. 
  25. ↑ Jones, Mark. «Gas Chromatography-Mass Spectrometry». American Chemical Society. Consultado el 19 de noviembre de 2019. 
  26. ↑ Poole, Colin; Jennings, Walter (2012). «Milestones in the Development of Gas Chromatography». Gas Chromatography. Elsevier. p. 2. ISBN 9780123855404. 
  27. ↑ Lesney, Mark S. (1998). «Creating a Central Science: A brief history of 'color writing'». Today's Chemist at Work 7 (8): 71-72. Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2005. 
  28. ↑ Ettre, L.S. (2008). «Ch. 17. The Invention, Development and Triumph of the Flame Ionization Detector». En John V Hinshaw, ed. Chapters in the Evolution of Chromatography. Imperial College Press. pp. 171-180. ISBN 9781860949432. doi:10.1142/p529. Archivado desde el original|urlarchivo= requiere |url= (ayuda) el 5 de marzo de 2016. Consultado el 22 de agosto de 2022. 
  29. ↑ Touchstone, p. 1650
  30. ↑ Touchstone, pp. 1655–1656
  31. ↑ Touchstone, pp. 1651–1652

Fuentes citadas[editar]

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