Relatório STBL (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Segurança e Técnicas Básica de Laboratório - Química.
RELATÓRIO Nº 1:
Separação de Corantes por Cromatografia em Coluna
Autora:
Professor:
Belo Horizonte - MG
04 de julho de 2023.
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1. INTRODUÇÃO
Os corantes desempenham um papel fundamental em diversas indústrias, desde
alimentos e cosméticos até têxteis e impressões. Essas substâncias coloridas são utilizadas
para adicionar cores vibrantes, melhorar a aparência e atratividade dos produtos, além de
desempenharem um papel crucial na identificação e diferenciação de diversas substâncias.
A cromatografia em coluna é um método eficiente e amplamente utilizado para a
separação de corantes com base em suas características físico-químicas. Essa técnica
cromatográfica envolve a utilização de uma coluna contendo uma fase estacionária, na qual os
corantes são separados com base em suas interações diferenciais com a fase móvel.
A separação de corantes por cromatografia em coluna é especialmente útil quando se
trabalha com amostras complexas que contêm uma mistura de corantes. A técnica permite a
separação seletiva dos corantes com base em propriedades como polaridade, tamanho
molecular, solubilidade e afinidade por diferentes fases estacionárias.
No procedimento, uma coluna é preparada com uma fase estacionária adequada, que
pode ser uma resina, um gel ou outro material adsorvente. A amostra contendo os corantes é
aplicada na coluna e, em seguida, a fase móvel é introduzida para percolar através da coluna.
A fase móvel, que pode ser um solvente puro ou uma mistura de solventes, interage com os
corantes e promove sua eluição ao longo da coluna.
Durante o processo de eluição, os corantes são separados à medida que interagem de
maneira diferencial com a fase estacionária. Corantes com maior afinidade pela fase
estacionária são retidos por mais tempo e eluídos mais lentamente, enquanto corantes com
menor afinidade se movem mais rapidamente pela coluna.
A separação dos corantes é monitorada por meio da detecção e registro dos picos
eluídos ao longo do tempo. Pode-se utilizar técnicas de detecção como espectrofotometria,
cromatografia líquida acoplada a detector de massa (LC-MS) ou outros métodos específicos,
dependendo da natureza dos corantes e das informações desejadas.
A cromatografia em coluna é uma técnica versátil que encontra aplicações em diversas
indústrias, incluindo alimentos, cosméticos, têxteis, tintas e produtos farmacêuticos. Além da
separação de corantes, a técnica pode ser empregada para purificação de corantes, isolamento
de compostos puros, análise de impurezas e controle de qualidade.
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2. OBJETIVOS
O objetivo dessa prática é separar qualitativamente os corantes alaranjado de metila e
1-(2-piridilazo)-2-naftol presentes em uma mistura, por meio da técnica de cromatografia em
coluna. Além disso, pretende-se executar o empacotamento ideal do sistema para garantir uma
separação eficiente dos componentes. Adicionalmente, busca-se identificar os componentes
presentes nas frações obtidas a partir da separação, permitindo uma análise completa e precisa
dos corantes presentes na mistura.
3. MATERIAIS EM GERAL
Coluna com torneira, algodão, pipeta, erlenmeyer de 125 e 50 mL, bastão de vidro,
béquer de 50 mL, frasco coletor , balança.
4. REAGENTES E SOLVENTES
Solução de alaranjado de metila e de 1-(2-piridilazo) -2-naftol, sílica em gel (60-230
mesh), mistura hexano:acetona, mistura acetona:metanol.
5. Procedimento Experimental
Empacotamento da Coluna
Inicialmente, foi adicionada à coluna cromatográfica uma pequena quantidade de
solvente composto por hexano e acetona na proporção de 70:30. Próximo à torneira, foi
colocado um pequeno pedaço de algodão para impedir a passagem de partículas da fase
estacionária. Em seguida, aproximadamente 10g de sílica gel foram pesados em um béquer e
cerca de 7 mL do solvente hexano:acetona foram adicionados para transferir a sílica para a
coluna.
A suspensão de adsorvente foi transferida lentamente para a coluna cromatográfica,
que foi fixada em posição vertical. Durante o processo, a coluna foi batida continuamente
para garantir a expulsão de todo o ar presente. Uma quantidade adicional do eluente foi
passada pela coluna antes da introdução da amostra, a fim de remover possíveis traços de
sílica aderidos às paredes. O empacotamento foi homogeneizado. Após essas etapas, a
torneira da coluna foi fechada e a amostra foi aplicada no topo da coluna para dar início ao
processo de cromatografia.
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Separação dos corantes
Para iniciar o procedimento, foi adicionada à coluna cromatográfica uma pequena
quantidade do solvente composto por uma mistura de hexano e acetona na proporção de
70:30. Próximo à torneira da coluna, foi colocado um pequeno pedaço de algodão para evitar
a passagem de partículas da fase estacionária.
Em seguida, aproximadamente 10g de sílica gel foram pesados em um béquer e cerca
de 7 mL do solvente hexano:acetona foram adicionados para transferir a sílica gel para a
coluna. Essa suspensão de adsorvente foi transferida lentamente para a coluna cromatográfica,
que foi posicionada de forma vertical. Durante esse processo, a coluna foi batida levemente
com um bastão de vidro na parte emborachada, para garantir a eliminação do ar presente.
Após a transferência do adsorvente, uma quantidade adicional do eluente foi passada pela
coluna antes da introdução da amostra, com o objetivo de remover possíveis traços de sílica
aderidos às paredes internas da coluna. O empacotamento da coluna foi homogeneizado para
assegurar uma distribuição uniforme da sílica gel. Finalmente, a torneira da coluna foi fechada
e a amostra a ser analisada foi aplicada no topo da coluna. Esse procedimento marcou o início
do processo de cromatografia, no qual os componentes da amostra serão separados à medida
que a fase móvel percola pela coluna, interagindo com a fase estacionária e resultando na
separação dos corantes de interesse.
Identificação das Frações
Adicionou-se gota-a-gota uma solução de HCl ( ~10%) em cada fração coletada após a
realização da cromatografia em coluna.
6. Resultados e discussão
Empacotamento da Coluna
Durante o empacotamento da coluna, foi observada uma demora na retirada da
primeira fração. Posteriormente, constatou-se que houve um equívoco na utilização do
adsorvente, pois foi utilizado um tipo de sílica em gel inadequada para cromatografia em
coluna, sendo, na verdade, destinada à cromatografia em camada delgada. Esse erro na
escolha do adsorvente pode ter comprometido a eficiência da separação cromatográfica, uma
vez que as propriedades e características da sílica gel para cromatografia em camada delgada
podem não ser adequadas para a coluna cromatográfica.
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Esse incidente ressalta a importância de uma verificação cuidadosa dos materiais
utilizados e a necessidade de seguir rigorosamente os protocolos e especificações para
garantir a correta seleção dos reagentes e a execução adequada dos procedimentos
cromatográficos.
Após o erro inicial, foi corrigido o uso do adsorvente adequado para o procedimento.
Durante o empacotamento da coluna, foram observados os seguintes fatores importantes a
serem considerados:
O empacotamento do sistema tem como objetivo impedir a passagem de partículas da
fase estacionária durante o processo de cromatografia em coluna e é fundamental para a
eficiência do procedimento. Após a colocação do algodão na extremidade inferior da coluna e
a adição da mistura de hexano com acetona (eluente), é essencial adicionar a sílica com a
torneira parcialmente aberta, batendo continuamente ao longo da coluna para eliminar o ar
presente. É importante garantir que o nível do solvente nunca desça abaixo do nível superior
da sílica, pois isso poderia causar rachaduras no sistema e comprometer a separação da
mistura e a eficiência do processo.
Além disso, é essencial considerar a escolha da misturaeluente que possua
características menos polares durante o empacotamento da coluna. Essa seleção adequada do
eluente é crucial para garantir a interação correta entre a fase móvel e a fase estacionária,
possibilitando uma separação eficiente dos componentes da mistura. Ao seguir esses
procedimentos corretamente, é possível obter uma coluna devidamente empacotada,
garantindo uma separação eficaz dos componentes durante a cromatografia em coluna.
Separação dos corantes
Após o procedimento de cromatografia em coluna, foram obtidas quatro frações
distintas da mistura analisada. Duas frações foram coletadas até a completa separação do
primeiro corante, enquanto outras duas frações foram obtidas até a completa separação do
segundo corante.
O processo foi iniciado utilizando uma mistura de hexano com acetona na proporção
de 70:30 como eluente. Essa escolha foi feita considerando que o eluente menos polar seria
capaz de eluir o corante que também apresenta características menos polares. O maior
percentual de hexano na mistura confere um caráter não polar predominante ao eluente. Após
a separação completa do primeiro corante, procedeu-se à adição da mistura de acetona com
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metanol na proporção de 50:50. Essa nova mistura possui um caráter polar e foi utilizada para
a eluição do segundo corante, que também apresenta características polares.
A seleção de cada eluente pode ser determinada por meio de ensaios prévios de
cromatografia em camada delgada, utilizando uma substância de referência como padrão.
Esses testes permitem identificar o eluente mais adequado para cada corante, levando em
consideração suas propriedades químicas e interações com a fase estacionária.
Os corantes presentes na mistura são a solução de alaranjado de metila e o
1-(2-piridilazo) -2-naftol. Os compostos possuem as respectivas estruturas seguintes:
Imagem 1. Estrutura 1-(2-piridilazo) -2-naftol Imagem 2. Estrutura Alaranjado de Metila
As duas frações iniciais obtidas apresentaram coloração amarelada clara e
correspondem ao componente cujo comportamento é menos polar. As duas frações finais
coletadas possuíam coloração alaranjada e correspondem ao corante alaranjado de metila,
componente que possui comportamento polar e foi eluído após o componente menos polar.
Identificação das Frações
Tabela 1. Adição de solução de HCl (~10%) nas frações obtidas
Fração 1 Fração 2 Fração 2 Fração 3
Alterações
após adição de
Solução de HCl
(10%)
Não houveram
alterações.
Não houveram
alterações.
Mudança de
coloração de
amarelo para
vermelho.
Mudança de
coloração de
amarelo para
vermelho.
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O corante alaranjado de metila desempenha o papel de indicador ácido-base em
titulações de neutralização, onde ocorre uma mudança de cor de amarelo para vermelho em
um meio ácido com pH inferior a 3. Portanto, ao adicionar ácido clorídrico às frações obtidas,
cria-se um ambiente ácido adequado para a mudança de coloração na presença do alaranjado
de metila.
Com base na tabela 1, é possível concluir que as últimas frações obtidas correspondem
ao componente alaranjado de metila, uma vez que houve uma alteração na coloração de
amarelo alaranjado para vermelho. Por outro lado, nas duas frações inicialmente coletadas,
não ocorreram mudanças significativas na coloração, indicando que correspondem ao corante
1-(2-piridilazo)-2-naftol.
No final observou-se que uma pequena quantidade de resíduo de alaranjado de metila
ficou retida na coluna, como evidenciado na imagem 3. Essa retenção pode ter ocorrido
devido à possível presença de ácido na acetona utilizada durante o procedimento. A presença
de ácido na acetona pode resultar em uma interação mais forte entre o alaranjado de metila e a
fase estacionária da coluna, dificultando sua eluição completa. Esse fato ressalta a
importância de utilizar solventes de alta qualidade e de purificar adequadamente os reagentes
antes do uso em cromatografia para evitar interferências indesejadas na separação dos
corantes.
Imagem 3. Coluna cromatografica no final do experimento.
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Conclusão
Com base no procedimento experimental executado, conclui-se que as frações iniciais
coletadas e eluídas pela mistura de hexano com acetona (70:30) apresentam interações menos
polares, correspondendo ao corante 1-(2-piridilazo)-2-naftol, que também possui
características menos polares. Por outro lado, as frações coletadas posteriormente, eluídas
pela mistura de acetona com metanol (50:50), correspondem ao componente de maior caráter
polar em relação ao anterior, identificado como o corante alaranjado de metila. A confirmação
da presença desse componente foi obtida através da alteração de coloração nas últimas duas
frações, após a adição de solução de ácido clorídrico.
Essas conclusões reforçam a eficácia da cromatografia em coluna na separação e
identificação de corantes, proporcionando informações relevantes sobre as interações
moleculares e propriedades químicas dos componentes presentes na mistura analisada. Além
disso, ressalta-se a importância de utilizar o adsorvente adequado na coluna, evitando erros
que possam comprometer a eficiência do processo de separação cromatográfica.
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7. Referências Bibliográficas
[1] SILVA, H. V. et al. Segurança e Técnicas Básicas de Laboratório, Belo Horizonte,
2022, p. 26 – 30.
[2] VOGEL, A. Química orgânica. Vol. 1, 3ª ed, Rio de Janeiro: Ao livro técnico S/A, 1984.
[3] Skoog, D.A., West, D.M., Holler, F.J., Crouch, S.R. Fundamentals of Analytical
Chemistry. 9th ed. Brooks/Cole, 2013.
[4] Miller, J.N., Miller, J.C. Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry. 6th ed.
Pearson, 2010.
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