¿Qué es la Ciencia?

Universum

La ciencia es conocimiento:

Ciencia (del latín scientia). Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales con capacidad predictiva y comprobables experimentalmente.

Diccionario de la Lengua Española (RAE, 2014)

La ciencia es comprensión:

En torno de la esencia se encuentra la morada de la ciencia.

Platón (427 a.C.- 347 a.C.)

La ciencia es experimentación:

La cosa más hermosa que podemos experimentar es el misterio. Es la fuente de todo arte y toda ciencia. 

Albert Einstein (1879-1955)

La ciencia es curiosidad:

Equipado con sus cinco sentidos, el hombre explora el Universo que lo rodea y a sus aventuras las llama ciencia. 

Edwin Hubble (1889-1953)

La ciencia es reflexión:

El científico no es aquella persona que da las respuestas correctas, sino aquél quien hace las preguntas correctas. 

Claude Lévi-Strauss (1908-2009)

La ciencia es descubrimiento:

Las matemáticas son el alfabeto con el cual Dios ha escrito el Universo.

Galileo Galilei (1564-1642)

La ciencia es interpretación:

Las matemáticas no mienten, lo que hay son muchos matemáticos mentirosos. 

Henry David Thoreau (1817-1862)

La ciencia es humana:

La ciencia no sólo es una disciplina de la razón, sino también del romance y de la pasión. 

Stephen Hawking (1942)

La ciencia es cultura:

La ciencia es para el mundo moderno lo que el arte fue para el antiguo.

Benjamin Disraeli (1766-1848)

La ciencia es creatividad:

Necesitamos especialmente de la imaginación en las ciencias. No todo es matemáticas y no todo es simple lógica, también se trata de un poco de belleza y poesía. 

Maria Montessori (1870-1952)

La ciencia es evolución:

Lo importante en la ciencia no es tanto obtener nuevos datos, sino descubrir nuevas formas de pensar sobre ellos.

William Lawrence Bragg (1890-1971)

La ciencia es polémica:

La incompatibilidad entre ciencia y religión es simplemente ésta: un científico no creerá nada hasta que lo vea; un hombre religioso no verá nada hasta que no crea en ello.

Charles Lyell (1797-1875)

La ciencia es crítica:

La ciencia es el gran antídoto contra el veneno del entusiasmo y la superstición. 

Adam Smith (1723-1790)

La ciencia es cooperación:

La ciencia no sabe de países, porque el conocimiento le pertenece a la humanidad y es la antorcha que ilumina el mundo. 

Louis Pasteur (1822-1895)

La ciencia es esfuerzo:

El genio es un uno por ciento de inspiración, y un noventa y nueve por ciento de transpiración.

Thomas Alva Edison (1847-1931)

La ciencia es incesante:

La ciencia nunca resuelve un problema sin crear otros diez más.

George Bernard Shaw (1856-1950)

La ciencia es imperfecta:

La ciencia, muchacho, está hecha de errores, pero de errores útiles de cometer, pues poco a poco, conducen a la verdad.

Julio Verne (1828-1905)

¿Cómo la definirías tú?

Cromatografía en capa fina

Dentro de la cromatografía de líquidos distinguimos los métodos de cromatografía en columna y los métodos de cromatografía en superficie plana, en los que la fase móvil se desplaza por la fase estacionaria por acción capilar (a veces ayudada por la gravedad o por la aplicación de un potencial eléctrico). Entre estos últimos están la cromatografía en papel (CP) y la cromatografía en capa fina (TLC).

cromatografia-papel

Las primeras experiencias en cromatografía plana se llevaron a cabo en papel, siendo un método de gran importancia como técnica de separación a principios de los cincuenta, aunque actualmente está totalmente desplazada por la cromatografía en capa fina:

cromatografia-plana

Los soportes empleados están formados por placas delgadas de vidrio, plástico o metal con un fina película de material adherente que constituye la fase estacionaria. Dependiendo del rendimiento de la placa, el recubrimiento de la placa puede tener un espesor de 100 a 250 μm, con un tamaño de partícula que varía entre 5 y 20 μm, aproximadamente.

La muestra se aplica como un punto o banda a 1 o 2 cm del extremo de la placa y se deja secar. Este extremo se pone en contacto con la fase móvil en un recipiente cerrado y saturado con los vapores del disolvente empleado. La separación se produce por la migración diferencial de los componentes de la muestra en la dirección en la que se mueve la fase móvil.

Cuando los solutos son incoloros, una vez realizada la separación cromatográfica se deja secar la placa evaporando el disolvente y se procede al revelado de la misma, mediante un tratamiento químico que origine productos coloreados o fluorescentes.

Tipos de cromatografía en capa fina (TLC)

Dependiendo de la naturaleza del sólido extendido sobre la placa distinguimos:

  • TLC de partición: como soporte sólido inerte de la fase estacionaria líquida, que normalmente es de naturaleza polar (agua), se suele utilizar gel de sílice, celulosa o tierra de diatomeas.
  • TLC de adsorción: el sólido adsorbente es generalmente sílice o alúmina.
  • TLC de cambio iónico: se utiliza una resina intercambiadora de iones sobre la placa.
  • TLC de exclusión: se utiliza un material muy poroso pulverizado que origina fenómenos de exclusión según el tamaño molecular de los solutos (generalmente monosacáridos).

La mayoría de los fundamentos aplicados y los parámetros cromatográficos definidos para la cromatografía en columna se pueden aplicar, con ligeras modificaciones, a la cromatografía en capa fina.

Factor de retardo

El factor de retardo (RF) de un determinado analito se define como la relación entre la velocidad de desplazamiento del soluto y la velocidad de desplazamiento de la fase móvil. En un determinado instante, el factor de retardo puede definirse como una relación de distancias:

Factor-de-retardo

El factor de retardo varía desde 1 para los solutos que no se retrasan, hasta valores que se aproximan a 0.

Factor de retención en TLC

Son de aplicación todos las definiciones y ecuaciones generales de cromatografía, aunque podemos redefenir algunas de ellas:

parametros-cromatografia-capa-fina

Altura de plato en TLC

Al igual que en la cromatografía en columna, la eficacia del proceso cromatográfico viene dada por el número de platos teóricos (N) y la altura de plato teórico (H). Cada analito origina una mancha que se caracteriza por su anchura y su factor de retardo, por lo que podemos definir:

Altura-plato-numero-platos-cromatografia-capa-fina

Resolución en TLC

En la mayoría de las ocasiones las manchas que se obtienen para los distintos componentes de una muestra presentan una misma anchura, por lo que la resolución de la separación de dos analitos A y B por cromatografía plana será:

resolucion-cromatografia-capa-fina

Aplicaciones de la cromatografía en capa fina

La cromatografía en capa fina es muy útil a la hora de elegir la fase móvil apropiada para las separaciones en cromatografía de líquidos de alta eficacia, mediante sencillos y rápidos experimentos de ensayo y error.

La cromatografía HPLC es un método rápido y altamente automatizado, por lo que su uso se ha extendido y ha desplazado a la cromatografía en capa fina. Aunque todavía tiene amplio uso en los laboratorios clínicos y es la estructura de apoyo de muchos estudios bioquímicos y biológicos. Se puede aplicar tanto en la identificación cualitativa de compuestos como en el análisis cuantitativo.

Las diferencias entre cromatografía en columna y cromatografía plana se analizan en el ejercicio 5.

Cromatografía por afinidad

La cromatografía por afinidad es un tipo de cromatografía de líquidos que se basa en la unión reversible entre el analito de interés y un ligando específico, inmovilizado en un soporte sólido inerte. Cuando la muestra pasa por la columna, sólo son retenidas las moléculas que se unen de manera selectiva al ligando por afinidad y las que no se unen avanzan con la fase móvil. Después, los analitos retenidos pueden ser arrastrados cambiando las condiciones de la fase móvil.

cromatografía-afinidad

Las matrices o soportes empleados en cromatografía de afinidad como fase estacionaria deben ser rígidos, resistentes, insolubles, permeables y reactivos. Suelen ser de dos tipos:

  • Matrices de polisacáridos (agarosa, celulosa, dextrano)
  • Matrices sintéticas (vidrio, poliacrilamida)

Los ligandos por afinidad característicos son anticuerpos, inhibidores de enzimas, o compuestos más generales, como las lectinas (que se enlazan a polisacáridos). Se fijan mediante enlaces covalentes a la fase estacionaria químicamente activada.

La fase móvil desempeña dos funciones distintas:

  • Debe soportar el fuerte enlace entre las moléculas del analito y el ligando
  • Debe ser capaz de debilitar o eliminar la unión entre el analito y el ligando, una vez se han eliminado las especies indeseables, de modo que el analito pueda ser eluido.

Según la naturaleza de los ligandos y los analitos distinguimos dos procedimientos generales de elución:

  • Elución bioespecífica: la fase móvil contiene un inhibidor por el que el analito tiene preferencia (compite con el ligando). El analito se retira entonces del ligando y es eluido.
  • Elución no específica: la fase móvil provoca un cambio en el sitio activo del ligando, mediante variaciones del pH, de la constante dieléctrica o de la fuerza iónica del medio. También se puede desnaturalizar el ligando mediante reacciones químicas con urea o tiocianato potásico.

Aplicaciones de la cromatografía de afinidad

La cromatografía por afinidad es muy específica y su mayor campo de aplicación se encuentra en la purificación o aislamiento de sustancias de naturaleza biológica, como proteínas o ácidos nucleicos.

Se utiliza principalmente con fines preparativos en análisis cuantitativos, pues permite aislar con rapidez biomoléculas en estudios bioquímicos.

Cromatografía de exclusión por tamaño

La cromatografía de exclusión por tamaño o de gel es un tipo de cromatografía de líquidos en la que la fase estacionaria es un material poroso que permite la elución diferencial de los solutos en función de sus tamaños moleculares.

cromatografoa-exclusion-tamaño

A diferencia de otros métodos cromatográficos, en la cromatografía de exclusión por tamaño no hay interacción química o física entre los analitos y la fase estacionaria.

Los rellenos empleados en cromatografía de exclusión por tamaño deben ser inertes, estables, resistentes y con un tamaño de partícula y de poro uniformes. Están compuestos por pequeñas partículas de sílice o de polímeros, con un diámetro entre 5 y 10 μm, que tienen una red de poros donde se quedan atrapadas las moléculas de soluto. Los analitos de mayor tamaño no son retenidos por lo que son excluidos y se eluyen con rapidez. Los que tienen tamaños menores que los de los poros pueden penetrar en ellos y son retenidos por más tiempo.

Características de las partículas de sílice:

  • Gran rigidez (permite la aplicación de altas presiones)
  • Mayor estabilidad (favorece el uso de una gran variedad de disolventes, incluida el agua)
  • Regulación rápida al cambiar de disolvente
  • Estabilidad a elevadas temperaturas
  • Inconveniente: tendencia a retener solutos por adsorción y capacidad para catalizar la descomposición de las moléculas de soluto.

Características de los rellenos poliméricos:

  • Copolímeros de estireno y divinilbenceno entrecruzados.
  • El tamaño de poro es fácilmente controlable según el grado de entrecruzamiento y, por tanto, de la proporción de divinilbenceno.
  • Son hidrófobos.
  • En la actualidad se fabrican geles hidrofílicos, compuestos por poliacrilamidas o polímeros sulfonados de divinilbenceno, con los que se pueden emplear disolventes acuosos.

Aplicaciones de la cromatografía de exclusión por tamaño

Distinguimos dos métodos:

  • Cromatografía de filtración sobre gel: emplea disolventes acuosos y rellenos hidrofílicos.
  • Cromatografía de penetrabilidad sobre gel: emplea disolventes orgánicos no polares y rellenos hidrofóbicos.

La cromatografía de exclusión por tamaño es de gran utilidad en la separación de compuestos de elevado peso molecular (proteínas, polímeros, ácidos grasos, glúcidos).

La masa molecular máxima por encima de la cual el analito ya no es retenido por un determinado relleno se conoce como límite de exclusión:

limite-exclusion-rellenos

Las ventajas de los procedimientos de exclusión por tamaño son:

  • Tiempos de separación cortos y muy bien definidos
  • Bandas estrechas que permiten una buena sensibilidad
  • No hay pérdida de muestra porque los solutos no interaccionan con la fase estacionaria
  • No se desactiva la columna por la interacción del soluto con el relleno

Sin embargo, entre las desventajas encontramos:

  • Sólo una cantidad limitada de bandas se pueden acomodar porque la escala de tiempo del cromatograma es corta
  • Inaplicabilidad en muestras con analitos de dimensiones similares (como los isómeros). En general, se requiere una diferencia de 10 % en las masas moleculares para conseguir una resolución razonable.