cromatografia planar gc
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Disciplina: Análise Instrumental II Docente: Elma N. V. Mar5ns Carrilho
2/2012
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA, MATEMÁTICA E EDUCAÇÃO
INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS
CROMATOGRÁFICOS
DEFINIÇÃO
Conjunto de técnicas de separação cujo princípio depende da distribuição diferenciada dos componentes de uma mistura entre duas fases, uma considerada estacionária, e a outra, móvel.
KROMA + GRAPH (COR) (ESCREVER)
DEFINIÇÃO
• Diferenças nas propriedades das fases móvel e estacionária possibilitam com que os componentes da amostra se desloquem através do material cromatográfico com velocidades desiguais, gerando a separação
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• AFINIDADE ⇒ SEPARAÇÃO
M. TSWEET (1903): Separação de misturas de pigmentos vegetais em colunas recheadas com adsorventes sólidos e solventes variados.
éter de petróleo
CaCO3
mistura de pigmentos
pigmentos separados
CROMATOGRAFIRA Histórico
1940
1950
1960
“CGS” rudimentar CGL proposta (Martin e Synge) Separação de ácidos orgânicos por CGL: primeiro cromatógrafo (Martin e James) Primeiro equipamento comer-cial (Griffin &
George) Detector por Densidade de Gás (Martin
e James) Detector por Ionização em Chama (McWillian
e Dewar) Detector por Captura de Eletrons (Lovelock e Lipsky)
Colunas Capilares (Golay)
CROMATOGRAFIRA Histórico
1897-1903
David Talbot Day
Separação de HC do petróleo
Separação de pigmentos; proposição do termo cromatografia
Mikhail Tswett
1903-1906
1930
Kuhn e Lederer
Cromatografia em coluna
Cromatografia em papel
Izmailov e Shraiber
1938
1941
Martin e Synge
Particição em cromatografia líquida; Princípios de fase gasosa
Primeira publicação em fase gasosa
Martin e Synge
1952
1958
Egon Stahl
Cromatografia em camada delgada
CROMATOGRAFIRA Histórico
LÍQUIDA
CROMATOGRAFIA
PLANAR COLUNA
LÍQUIDA GÁS FLUÍDO SUPERCRÍTICO
Líquida (CP)
Sólida (CCD)
Ligada (CCD)
Ligada (CSFL) Sólido (CSS) Líquida (CGL)
Sólida (CGS)
Ligada (CGFL) Líquida (CLL)
Sólida (CLS, CE)
Ligada (CFLF, CTI e CB) Tipos de Cromatografia
TIPOS DE CROMATOGRAFIA SIGLA NOME TIPO DE SEPARAÇÃO
CP Papel Partilha CCD Camada Delgada Partilha CCD-FL Camada Delgada com Fase Quimicamente Ligada Partilha e Adsorção CGL Gás-Líquido Distribuição CGS Gás-Sólido Adsorção CGFL Gasosa com Fase Quimicamente Ligada Adsorção CSS Sólida com Fase Móvel Super-crítica Adsorção CSFL CSS com Fase Quimicamente Ligada Adsorção CLL Líquido-Líquido Partilha CLS Líquido-Sólido Adsorção CE Exclusão Permeação CLFL Líquida com Fase Quimicamente Ligada Partilha e Adsorção CTI Troca Iônica Interações Polares CB Bioafinidade Bioatividade
TIPOS DE SEPARAÇÃO • Os princípios Lsico-‐químico básicos de separação são:
– Adsorção: O soluto é reRdo pela superScie da fase estacionária através de interações químicas ou Ssicas.
– Par5ção: O soluto se dissolve na parte líquida que envolve a superScie do suporte sólido.
– Troca iônica: O íon da amostra se liga à carga fixa (grupo funcional) da fase estacionária.
– Exclusão moléculas: As moléculas são separadas por tamanho, havendo retenção das maiores.
– Bioafinidade: Ocorre uma ligação molecular específica e reversível entre o soluto e o ligante fixado à fase estacionária.
TIPOS DE CROMATOGRAFIA SIGLA NOME TIPO DE SEPARAÇÃO
CP Papel Partilha CCD Camada Delgada Partilha CCD-FL Camada Delgada com Fase Quimicamente Ligada Partilha e Adsorção CGL Gás-Líquido Distribuição CGS Gás-Sólido Adsorção CGFL Gasosa com Fase Quimicamente Ligada Adsorção CSS Sólida com Fase Móvel Super-crítica Adsorção CSFL CSS com Fase Quimicamente Ligada Adsorção CLL Líquido-Líquido Partilha CLS Líquido-Sólido Adsorção CE Exclusão Permeação CLFL Líquida com Fase Quimicamente Ligada Partilha e Adsorção CTI Troca Iônica Interações Polares CB Bioafinidade Bioatividade
Na cromatografia planar, também chamada de camada fina, ou TLC ("Thin Layer Chromatography"), a fase estacionária (por exemplo alumina ou sílica) é suportada sobre uma placa plana ou nos poros de um papel. A fase móvel desloca-se através da fase estacionária, sólida e adsorvente, por ação da capilaridade ou sob a influência da gravidade. Útil em separação de compostos polares. Encontra-se bastante difundida devido à sua facilidade experimental e ao seu baixo custo.
CROMATOGRAFIA PLANAR
FASES DA CROMATOGRAFIA PLANAR
O parâmetro mais importante a ser considerado em Cromatografia Planar é o fator de retenção (Rf), o qual é a razão entre a distância percorrida pela substância em questão e a distância percorrida pela fase móvel. Os valores ideais para Rf estão entre 0,4 e 0,6. Sob condições bem estabelecidas, um dado composto percorre sempre uma distância fixa em relação à distância percorrida pelo solvente. Esta relação é chamada valor do Rf (fator de retenção) e é expressa como:
Rf = distância percorrida pela substância distância percorrida pelo solvente Quando os parâmetros experimentais são especificados, o valor do Rf é uma constante, para um dado composto e ele pode ser usado para auxiliar a identificação de uma substância. Muitos compostos têm o mesmo Rf, assim como diferentes compostos têm p.f. Iguais.
CROMATOGRAFIA PLANAR
Cromatografia em papel (CP) ou "paper chromatography" (PC) é assim chamada porque utiliza para a separação e identificação das substâncias ou componentes da mistura a migração diferencial sobre a superfície de um papel de filtro, de qualidade especial (fase estacionária). É uma técnica de partição que utiliza dois líquidos, ou misturas de líquidos, um atuando como fase móvel (eluente) e outro, suportado sobre papel, atuando como fase estacionária. Neste, ocorre a retenção das substâncias devido às diferentes afinidades para com as fases estacionária e móvel. Utiliza-se papel de filtro (mais utilizado) como suporte da fase estacionária.
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
Este método é muito útil para separar substâncias muito polares, como açúcares e aminoácidos. Possui o inconveniente de se poder cromatografar apenas poucas quantidades de substância de cada vez. A CP é uma técnica de partição líquido–líquido, estando um deles fixado a um suporte sólido. O suporte é saturado em água e a partição se dá devido à presença de água em celulose (papel de filtro). Este método, embora menos eficiente que a CCD, é muito útil para a separação de compostos polares, sendo largamente usado em bioquímica.
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
A mistura é apl icada no papel e mergulhada na mistura das fases líquida e estacionária. A tira de papel de suporte é colocada em um cuba contendo o eluente.
Esta fase móvel (solvente) sobe por capilaridade e arrasta a substância pela qual tem mais afinidade, separando-a das substâncias com maior afinidade pela fase estacionária.
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
Como a maioria das substâncias separadas é incolor, utiliza-se um revelador. As manchas podem ser reveladas por meio de luz UV, vapores de iodo, soluções de cloreto férrico e tiocianoferrato de potássio, fluorescências, radioatividade, etc. Utiliza-se pequena quantidade de amostra (microgramas a miligramas). Cromatografia em papel com fase normal (papel é saturado com a fase estacionária polar, p. ex. água) e com fase reversa (papel é tratado com outro líquido, p.ex.: acetona e dimetilformamida, parafina, óleo, silicone, solventes orgânico).
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
• Compostos hidrossolúveis, ácidos orgânicos e íons metálicos • Princípio: parRção (solubilidade) • QuanRdade de amostra necessária 10-‐3 a 10-‐6 g • Tipos: ascendente, descendente, bidimensional, circular • FM -‐ Sistema de solventes • FE -‐ Água reRda na celulose (papel Whatman) • Métodos de detecção: Ssico-‐químicos • Análise qualitaRva: Rf (fator de retenção) -‐ problema : reproduRbilidade
• Análise quanRtaRva: densitômetro, extração dos solutos
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
CROMATOGRAFIA EM PAPEL (CP)
A CCD é uma técnica de adsorção líquido–sólido, na qual a separação dos componentes da mistura ocorre em função da migração diferencial sobre uma camada delgada de adsorvente, retido numa superfície plana, por meio de uma fase móvel (um líquido ou misturas de líquidos). O p rocesso de separação es tá fundamentado , principalmente, no fenômeno de adsorção (partição ou troca iônica), a qual se dá pela diferença de afinidade dos componentes de uma mistura pela fase estacionária.
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA -‐ CCD
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA -‐ CCD Na CCD, uma fina camada de adsorvente é espalhada sobre uma placa (em geral de vidro, mas outros materiais podem ser usados). Na extremidade desta placa recoberta pelo adsorvente e seca, chamada cromatoplaca, a amostra é aplicada repetidas vezes com o auxílio de um capilar, obtendo-se pequenas manchas. A placa é transferida para uma cuba cromatográfica contendo o solvente, que ascende pela cromatoplaca. Durante este processo, chamado desenvolvimento do cromatograma, os vários componentes da mistura são separados. A separação é baseada em muitos equilíbrios dos solutos entre as fases móvel e estacionária e resulta das diferenças de velocidade, nas quais os componentes individuais da mistura migram pela placa.
Desenvolvido o cromatograma, a placa é removida da cuba e deixada para secar, até que esteja livre do solvente. Se os componentes da amostra forem coloridos, manchas dispostas verticalmente na placa serão visíveis. Se os componentes da amostra não forem coloridos, as manchas podem ser reveladas empregando-se um método de visualização tal como: luz ultra-violeta, vapores de iodo, soluções de cloreto férrico e tiocianoferrato de potássio, fluorescência e radioatividade. As condições experimentais da CCD incluem:
• Sistema de solvente • Adsorvente • Espessura da camada do adsorvente • Quantidade relativa do material aplicado
A CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA (CCD)
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA -‐ CCD
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA -‐ CCD
Os adsorventes comerciais mais utilizados são: Sílica, alumina, celulose, terra diatomácea e poliamida. Utiliza-se pequena quantidade de amostra (µg a mg). A CCD pode ser usada tanto na escala analítica quanto na preparativa. Por ser um método simples, rápido, visual e econômico, é predominantemente escolhida para o acompanhamento de reações orgânicas, sendo também muito utilizada na purificação de substâncias e identificação de frações coletadas em cromatografia líquida clássica. O grande desenvolvimento desta técnica é consequência das múltiplas vantagens que ela oferece, como fácil compreensão e execução, separações em curto tempo, versatilidade, boa reprodutibilidade e baixo custo.
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA
• Método rápido (20-‐40 min) • Uso de diversos agentes cromogênicos • Maior sensibilidade que CP (10-‐9 g) • Grande gama de compostos pode ser analisada • Método simples e barato • FM -‐ sistema de solventes • FE -‐ Adsorventes (sílica, alumína, celite, amido) • Métodos de detecção: Ssico-‐químicos • Princípio: Adsorção (polaridade)
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA
CROMATOGRAFIA EM CAMADA DELGADA
CCD -‐ EXEMPLOS
Requerimento da amostra:
• detectável no cromatograma
• solúvel na FM
• estável à luz, oxigênio, solvente, não ser volátil
CROMATOGRAFIA PLANAR
CP Vantagens: • Técnica simples • Não requer instrumentação sofisticada • Baixo custo Desvantagens: • Uso limitado • Alargamento de banda, difusão • Pouca alternativa de reveladores
CCD Vantagens: • maior sensibilidade • mais rápido • > repetibilidade • < difusão • > faixa de aplicação • reveladores reativos • permite aquecimento Desvantagens • degradação de compostos lábeis devido à grande superfície de exposição • dificuldades na quantificação
COMPARAÇÃO CP x CCD
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em colunas convencionais
• Considere a aplicação de uma mistura de compostos orgânicos no topo de uma coluna cromatográfica
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em colunas convencionais
• Estabelecida a percolação da FE com o eluente (FM), os componentes da mistura passarão a migrar com velocidades desiguais caso o sistema seja adequado para a separação
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em colunas convencionais
• Uma boa seleRvidade cromatográfica garanRrá uma boa separação entre os componentes da amostra
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em colunas convencionais
• Cada componente da amostra poderá ser coletado isoladamente, através de um coletor de frações (neste caso, um simples frasco coletor)
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA • Separação em coluna • O monitoramento do eluato da coluna pode ser feito
através de um detector, cujo sinal identifica a “saída” de cada componente da mistura, isoladamente
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em coluna • A resposta do detector é traduzida
em um gráfico, ou CROMATOGRAMA, que relaciona o seu sinal com o tempo necessário para a eluição de cada componente.
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Separação em coluna • As moléculas de cada componente também migram com
velocidades desiguais devido a fenômenos de difusão e transferência de massa
ANÁLISE CROMATOGRÁFICA
• Eluição Xpica em cromatografia líquida
DEFINIÇÃO DE TERMOS
• Tempo de retenção • O tempo gasto desde o ato
de injeção até a saída do ponto máximo do pico do sistema
• O tempo de re tenção engloba todo o tempo que o componente em questão fica no sistema cromatográfico, quer na fase móvel quer na fase estacionária
DEFINIÇÃO DE TERMOS
• Quando as moléculas do soluto ficam na fase móvel, elas devem movimentar-‐se com a mesma velocidade das moléculas da própria fase móvel.
• Parte do tempo em que as moléculas do soluto estão na fase móvel é igual ao tempo gasto para as moléculas da fase móvel percorrerem a coluna, tm
• SENDO ASSIM, PARTE DO TEMPO EM QUE AS MOLÉCULAS DO SOLUTO FICAM RETIDAS NA FASE ESTACIONÁRIA É CALCULADA PELA DIFERENÇA
• Tempo de retenção corrigido
DEFINIÇÃO DE TERMOS
• Para a cromatografia em coluna, o fator de separação (SELETIVIDADE) é calculado pela razão entre os respecRvos fatores de retenção que, por sua vez, são relacionados aos tempos de retenção corrigidos.
• Sele5vidade
DEFINIÇÃO DE TERMOS
• Sele5vidade
DEFINIÇÃO DE TERMOS
• Capacidade
MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS
• TEORIAS – Mar5n e Synge – Biochem. J. 35, 1358 (1941)
• Meio desconXnuo análogo às colunas de des5lação fracionada, cons5tuído por um grande número de estágios de equilíbrio ou PRATOS TEÓRICOS (TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS)
– Van Deemerter, Zuiderweg e Klinkenberg – Chem. Eng. Sci. 5, 271 (1956)
• Meio conXnuo através do qual a separação ocorre por fenômenos de difusão e transporte de massa (TEORIA DA VELOCIDADE)
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS
• Número de pratos teóricos – Coluna cromatográfica definida como uma série de estágios independentes onde acontece um quase-‐equilíbrio entre o analito dissolvido na fase estacionária (FE) e o gás de arraste
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS • Número de pratos teóricos
– O coeficiente Kc determina a distribuição da amostra (A) entre as fases móvel (M) e estacionária (S) em um determinado estágio do equilíbrio, obviamente hipoté5co.
– Quanto mais efe5va for a presença de A na fase móvel (M) menor será o seu tempo de retenção
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS
• Número de pratos teóricos
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS
• Número de pratos teóricos
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS
• Cálculo do número de pratos teóricos
TEORIA DOS PRATOS TEÓRICOS
• Altura equivalente à um prato teórico
DEFINIÇÃO DE TERMOS
RESOLUÇÃO CROMATOGRÁFICA
• Equação geral
RESOLUÇÃO CROMATOGRÁFICA
• O5mização de Separações
Quais misturas podem ser separadas por CG?
Misturas cujos constituintes sejam
VOLÁTEIS
para uma substância qualquer poder ser “arrastada” por um fluxo de um gás ela
deve se dissolver - pelo menos parcialmente - nesse gás
CROMATOGRAFIA GASOSA Aplicabilidade
CROMATOGRAFIA GASOSA O que analisar?
• Compostos voláteis de pontos de ebulição de até 350 ºC e pesos moleculares menores que 500
• Compostos que possam produzir derivados voláteis
• Compostos termicamente estáveis na condições de trabalho
CROMATOGRAFIA GASOSA
• ALGUMAS APLICAÇÕES – Indústria Petroquímica – Alimentos e Bebidas – Biocidas – Medicamentos – Meio ambiente
1
2
3
4
6
5
1 - Reservatório de Gás e Controles de Vazão / Pressão. 2 - Injetor (Vaporizador) de Amostra. 3 - Coluna Cromatográfica e Forno da Coluna. 4 - Detector. 5 - Eletrônica de Tratamento (Amplificação) de Sinal. 6 - Registro de Sinal (Registrador ou Computador).
Observação: em vermelho: temperatura controlada
CROMATÓGRAFO A GAS
CROMATÓGRAFOS A GÁS
CROMATOGRAFIA GASOSA
• GÁS DE ARRASTE – FASE MÓVEL EM CG: NÃO interage com a amostra – apenas a carrega através da coluna. Assim é usualmente referida como gás de arraste
Requisitos – INERTE: Não deve reagir com a amostra, fase estacionária ou superLcies do instrumento
– PURO: Deve ser isento de impurezas que possam degradar a fase estacionária
CROMATOGRAFIA GASOSA • Impurezas rpicas em gases e seus efeitos:
– H2O, O2 ⇒ oxida/hidrolisa algumas FE, incomparveis com DCE
– Hidrocarbonetos ⇒ ruído no sinal de DIC
CROMATOGRAFIA GASOSA
GASES - FILTROS
CROMATOGRAFIA GASOSA
GASES - FILTROS
CROMATOGRAFIA GASOSA
CUSTO: Gases de alXssima pureza podem ser muito caros
CROMATOGRAFIA GASOSA
CROMATOGRAFIA GASOSA • Alimentação do gás de arraste
CROMATOGRAFIA GASOSA
• Disposi5vos de Injeção de Amostra – Os disposi5vos para injeção (INJETORES ou VAPORIZADORES) devem prover meios de introdução INSTANTÂNEA da amostra na coluna cromatográfica
CROMATOGRAFIA GASOSA • Sistemas de Injeção
CROMATOGRAFIA GASOSA INJETOR “ON-COLUMN” CONVENCIONAL
CROMATOGRAFIA GASOSA • Injeção “on-‐column” de líquidos
CROMATOGRAFIA GASOSA • INJETORES SPLIT/SPLITLESS
CROMATOGRAFIA GASOSA
• SPLIT – Amostras concentradas onde a diluição com solvente é impossível par5cularmente devido a co-‐eluição
• SPLITLESS – Amostras diluídas ou análise de traços – Análise em ampla faixa de ponto de ebulição e polaridade – Adequado para análide de amostras complexas (mul5componentes)
CROMATOGRAFIA GASOSA • Parâmetros de Injeção
– TEMPERATURA DO INJETOR: Deve ser suficientemente elevada para que a amostra vaporize-‐se imediatamente, mas sem decomposição
• REGRA GERAL: Tinj=50 ºC acima da temperatura de ebulição do componente menos volá5l
– VOLUME INJETADO: Depende do 5po de coluna e do estado Lsico da amostra
Sólidos: convencionalmente se dissolve em um solvente adequado e injeta-se a solução
CROMATOGRAFIA GASOSA
• MICROSSERINGAS PARA INJEÇÃO – LÍQUIDOS: capacidades Xpicas ⇒ 1μL, 5 μL e 10 μL
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CROMATOGRÁFICAS
Colunas empacotadas
CROMATOGRAFIA GASOSA
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CROMATOGRÁFICAS
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CROMATOGRÁFICAS
– Coluna Empacotada • VANTAGENS
– Simples preparação e uso – Tecnologia clássica – Grande número de fases líquidas – Capacidade alta e longa durabilidade – Usada para análise de gases com DCT
• DESVANTAGENS – Número de pratos limitado – Exige controle da vazão da fase móvel – Análises rela5vamente demoradas – Baixa resolução para amostras complexas
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CROMATOGRÁFICAS
CROMATOGRAFIA GASOSA • Temperatura da Coluna
– Além da interação da FE, o tempo que um analito demora para percorrer a coluna depende de sua PRESSÃO DE VAPOR (p0)
CROMATOGRAFIA GASOSA
• Temperatura da Coluna
Controle confiável da temperatura da coluna é essencial para se obter boa separação em CG
CROMATOGRAFIA GASOSA • FORNO DA COLUNA
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FORNO DA COLUNA
– Caracterís5cas desejáveis de um forno:
• Ampla faixa de temperatura de uso: Pelo menos de Tamb até 400 ºC. Sistemas criogênicos (T < Tamb) podem ser necessários em casos especiais
• Temperatura independente dos demais módulos: Não deve ser afetado pela temperatura do injetor e detector
• Temperatura uniforme em seu interior: Sistemas de ven5lação interna muito eficientes para manter a temperatura homogênea em todo forno
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FORNO DA COLUNA – Caracterís5cas desejáveis de um forno:
• Fácil acesso à coluna: A operação de troca de coluna pode ser freqüente
• Aquecimento e resfriamento rápido: Importante tanto em análises de ro5na e durante o desenvolvimento de metodologias analí5cas novas
• Temperatura estável e reproduXvel: A temperatura deve ser man5da com precisão e exa5dão de ± 0,1 ºC
EM CROMATÓGRAFOS MODERNOS (DEPOIS DE 1980) O CONTROLE DE TEMPERATURA DO FORNO É TOTALMENTE OPERADO POR
MICROCOMPUTADORES
CROMATOGRAFIA GASOSA • Programação Linear de Temperatura
– Variação linear da temperatura do forno durante a separação.
– Possibilita boa separação de misturas complexas (cons5tuintes com vola5lidades muito diferentes.
Misturas complexas separadas ISOTERMICAMENTE
CROMATOGRAFIA GASOSA • Programação Linear de Temperatura
– A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separação:
CROMATOGRAFIA GASOSA
• Programação Linear de Temperatura
POSSÍVEIS PROBLEMAS ASSOCIADOS À PLT
CROMATOGRAFIA GASOSA
• DETECTORES: Disposi5vos que examinam con5nuamente o material eluído, gerando sinal quando da passagem de substâncias que não o gás de arraste
CROMATOGRAFIA GASOSA • DETECTORES MAIS IMPORTANTES:
– Detector por condu5vidade térmica (DCT ou TCD): Variação da condu5vidade térmica do gás de arraste
– Detector por Ionização de Chama (DIC ou FID): Íons gerados durante a queima dos eluatos em uma chama de H2 + ar
– Detector por Captura de Elétrons (DCE ou ECD): Supressão de corrente causada pela absorção de elétrons por eluatos altamente eletroLlicos
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
CROMATOGRAFIA GASOSA
• Caracterís5cas de uma FE ideal – SELETIVA: Deve interagir diferencialmente com os componentes da amostra
REGRA GERAL: A FE deve ter características tanto quanto possível próximas das dos solutos a serem separados (polar, apolar, aromático...)
CROMATOGRAFIA GASOSA
• Caracterís5cas de uma FE ideal
– AMPLA FAIXA DE TEMPERATURAS DE USO: Maior flexibilidade na o5mização da separação
– BOA ESTABILIDADE QUÍMICA E TÉRMICA: Maior durabilidade da coluna, não reage com componentes da amostra
– POUCA VISCOSIDADE: Colunas mais eficientes (menor resistência à transferência do analito entre fases)
– DISPONÍVEL EM ELEVADO GRAU DE PUREZA: Colunas reproduXveis; ausência de picos “fantasma” nos cromatogramas
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FASES ESTACIONÁRIAS SÓLIDAS: ADSORÇÃO – O fenômeno Lsico-‐químico responsável pela interação do analito + FE sólida é a ADSORÇÃO
A adsorção ocorre na interface entre o gás de arraste e a FE sólida
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS SÓLIDAS: ADSORÇÃO
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FASES ESTACIONÁRIAS SÓLIDAS – Caracterís5cas Gerais:
• Sólidos finamente granulados (diâmetros de parXculas Xpicos de 105 µm a 420 µm)
• Grandes áreas superficiais (até 102 m2/g)
CROMATOGRAFIA GASOSA
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS LÍQUIDAS: ABSORÇÃO
– O fenômeno Lsico-‐químico responsável pela interação do analito + FE sólida é a ABSORÇÃO
A ABSORÇÃO OCORRE NO INTERIOR DO FILME DE FE LÍQUIDA (FENÔMENO INTRAFACIAL)
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FASES ESTACIONÁRIAS LÍQUIDAS: ABSORÇÃO
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
– FAMÍLIAS DE FE LÍQUIDAS
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
– FAMÍLIAS DE FE LÍQUIDAS
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
– FAMÍLIAS DE FE LÍQUIDAS
CROMATOGRAFIA GASOSA
• FASES ESTACIONÁRIAS – QUIRAIS Separação de Isômeros Ó5cos
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
– QUIRAIS
CROMATOGRAFIA GASOSA • FASES ESTACIONÁRIAS
– QUIRAIS
CROMATOGRAFIA GASOSA
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS EMPACOTADAS
– Tubo de material inerte recheado com FE sólida granulada ou FE líquida depositada sobre um suporte sólido
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS EMPACOTADAS
– FE Líquidas: SUPORTE
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CAPILARES
CROMATOGRAFIA GASOSA • COLUNAS CAPILARES
– DIÂMETRO INTERNO
DETECTORES • Definições Gerais
– Disposi5vos que geram um sinal elétrico proporcional à quan5dade eluída de um analito
• ~60 detectores já usados em CG
• ~15 equipam cromatógrafos comerciais
• 4 respondem pela maior parte das aplicações – Detector por Condu5vidade Térmica DCT – Detector por Ionização em Chama DIC – Detector por Captura de Elétrons DCE – Detector Espectrométrico de Massas EM
DETECTORES • Parâmetros Básicos de Desempenho
– Quan5dade Mínima Detectável • Massa de um analito que gera um pico com altura igual a três vezes o nível de ruído
DETECTORES • Parâmetros Básicos de Desempenho
– Limite de Detecção • Quan5dade de analito que gera um pico com S/N=3 e wb=1 unidade de tempo
DETECTORES
• Parâmetros Básicos de Desempenho – Velocidade de Resposta
• Tempo decorrido entre a entrada do analito na cela do detector e a geração do sinal elétrico
DETECTORES
• Parâmetros Básicos de Desempenho – Sensibilidade
• Relação entre o incremento de área do pico e o incremento de massa do analito.
DETECTORES
• Parâmetros Básicos de Desempenho – Faixa Linear Dinâmica
• Intervalo de massas dentro do qual a resposta do detector é linear
DETECTORES
• CLASSIFICAÇÃO
DETECTORES
• DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA – Princípio: Variação na condu5vidade térmica do gás quando da eluição de um analito
DETECTORES • DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA
SELETIVIDADE
SENSIBILIDADE/ LINEARIDADE
VAZÃO DO GÁS DE
ARRASTE
DETECTORES
• DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA – Configuração tradicional do DCT: bloco metálico com quatro celas interligadas em par – por duas passa o efluente da coluna e por duas, o gás de arraste puro
DETECTORES • DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Quando da eluição de um composto com condu5vidade térmica menor que a do gás de arraste puro:
DETECTORES • DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Os filamentos do DCT são montados em uma ponte de Wheatstone, que transforma a diferença de resistência quando da eluição da amostra em uma diferença de voltagem:
DETECTORES • CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS DO DCT
– SELETIVIDADE: Observa-‐se sinal para qualquer substância eluída diferente do gás de arraste = UNIVERSAL
– SENSIBILIDADE/LINEARIDADE: Dependendo da configuração par5cular e do analito: QMD=0,4 ng a 1 ng com linearidade de 104 (ng = dezenas de µg)
– VAZÃO DO GÁS DE ARRASTE: O sinal é proporcional à concentração do analito no gás de arraste que passa pela cela de amostra.
DETECTORES
Caracterís5cas Operacionais do DCT Natureza do Gás de Arraste: Quanto maior a diferença de Δλ entre a condu5vidade térmica do gás de arraste puro, λA, e do analito λX, MAIOR A RESPOSTA.
Δλ = λA -‐ λX Como λ ≈ 1/M (M=massa molecular)
QUANTO MENOR A MASSA MOLECULAR DO GÁS DE ARRASTE, MAIOR A RESPOSTA
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCT
FATORES DE RESPOSTA: Quanto menor a condu5vidade térmica do analito, maior o sinal
• Os fatores de resposta dependem da condu5vidade térmica do analito
Quan5dades iguais de substâncias diferentes geram picos cromatográficos com áreas diferentes!!!
DETECTORES
TEMPERATURAS DE OPERAÇÃO: Quanto maior a diferença entre a temperatura dos filamentos e do bloco metálico maior a resposta.
• Caracterís5cas Operacionais do DCT
DETECTORES • APLICAÇÕES
– Separação e quan5ficação de compostos que não geram sinal em outros detectores (gases nobres, gases fixos)
– Por ser um detector NÃO-‐DESTRUTIVO, pode ser usado em CG prepara5va ou detecção seqüencial com dois detectores em “tandem”.
DETECTORES CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE ALGUNS GASES
DETECTORES DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA PRINCÍPIO: Formação de íons quando um composto é queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio.
DETECTORES • DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA
DETECTORES • DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA
– Região de quebra: Mistura dos gases, pré-‐aquecimento, início da quebra das moléculas de H2, O2 e outros analitos
– Zona de reação: Reações exotérmicas com produção e/ou consumo de radicais H, O, OH, HO2 (provenientes do H2), CH e C2 (proveniente do analito) e íons CHO+ (analito)
– Zona de incandescência: Emissão de luz por decaimento de espécies excitadas: OH (luz UV), CH e C2 (visível)
DETECTORES • DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DIC
– SELETIVIDADE: Sele5vo para substâncias que contém ligações C-‐H em sua estrutura química
§ Como virtualmente todas as substâncias analisáveis por CG são orgânicas, na PRÁTICA o DIC é UNIVERSAL)
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DIC
– SENSIBILIDADE/LINEARIDADE: QMD Xpicas = 10 pg a 100 pg com linearidade entre 107 e 108 (pg a mg)
– VAZÕES DE GASES: Além do gás de arraste, as vazões de alimentação de ar (comburente) e hidrogênio (combusXvel) devem ser o5mizadas.
DETECTORES
• Caracterís5cas Operacionais do DIC
– TEMPERATURA DE OPERAÇÃO: O efeito da temperatura sobre o sinal do DIC é negligenciável;
– TRATAMENTO DO SINAL: Por causa da baixa magnitude da corrente elétrica gerada (pA a nA), ela deve ser amplificada para poder ser registrada.
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DIC
FATORES DE RESPOSTA: O fator de resposta de um determinado composto é aproximadamente proporcional ao número de átomos de carbono. Presença de heteroelementos diminui o fator de resposta.
DETECTORES • DETECTOR DE NITROGÊNIO-‐FÓSFORO
Modificação do DIC altamente sele5va para compostos orgânicos nitrogenados e fosforados
DETECTORES • DETECTORES POR CAPTURA DE ELÉTRONS
– PRINCÍPIO: Supressão de um fluxo de elétrons lentos (termais) causada pela sua absorção por espécies eletroLlicas
DETECTORES
• DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS – MECANISMO DE CAPTURA DE ELÉTRONS
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCE
– SELETIVIDADE/FATORES DE RESPOSTA • Valores de S maximizados para compostos eletroLlicos
Comparando-se organoclorados
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCE
– FONTE RADIOATIVA: O ânodo deve estar dopado com um isótopo radioa5vo β ou α emissor
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCE
– Polarização dos eletrodos: Vários modos de polarização possíveis
• VOLTAGEM CONSTANTE: Pouco usada modernamente ⇒ picos cromatográficos podem ser deformados
• VOLTAGEM PULSADA: Menos anomalias elétricas ⇒ maior sensibilidade e linearidade
– Temperatura do detector: Dependência do sinal com temperatura de operação bastante significa5va
• Variação de ± 3 ºC na temperatura ⇒ Erro ~10% na área dos picos
• Magnitude e sinal do erro depende do composto analisado! • TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGOROSAMENTE CONTROLADA
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCE
– GÁS DE ARRASTE: Funcionamento do DCE é muito dependente da natureza do gás de arraste
DETECTORES • Caracterís5cas Operacionais do DCE
– SENSIBILIDADE/LINEARIDADE: QMD = 0,01 pg a 1 pg (organoclorados), linearidade ~104 (pg a ng)
DETECTORES • DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS
– APLICAÇÃO
DETECTORES Aplicações
Referências Bibliográficas Bibliografia Obrigatória SKOOG, D. A.; Holler, F. J.; Nieman, T. A., Princípios de Análise Instrumental, 5a ed., Bookman, Porto Alegre, 2006. 836 p. EWING, Galen Wood. Métodos instrumentais de Análise Química. São Paulo: Edgard Blücher, 2004. v.1, 296 p. CIENFUEGOS, Freddy; VAITSMAN, Delmo. Análise Instrumental. Rio de Janeiro. Interciência, 2000. 606 p. OHLWEILER, Otto Alcides. Química Analítica Quantitativa. 3a ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1982. v.1. 273 p. VOGEL, Análise Química Quantitativa, 5ª ed., Ed. Guanabara Koogan S.A., Rio de Janeiro, 1992.
McNair, H.M.; Miller, J.M., "Basic Gas Chromatography". John Wiley & Sons, New York, 1997. Scott, R.P.W.; Perry, J.A., "Introduction to Analytical Gas Chromatography". 2a Ed., Marcel Dekker, New York, 1995. Bonato, P.S., Cromatografia Gasosa in Collins, C.H.; Bonato, P.S.; Braga, G.L., "Introdução a Métodos Cromatográficos". 6a edição, Editora da Unicamp, Campinas, 1995. http://www.chemkeys.com/bra/index.htm (Prof. Fábio Augusto - UNICAMP)
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