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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Laboratório de Química Orgânica II Turma QUI 3A – T1 Prof.a Cleverson Garcia Alunos: André Oliveira Mesquita, Artur Blon do Carmo Leite e Giovanna Ramalho de Oliveira Data da prática: 06/03/2024 CROMATOGRAFIA EM PAPEL Estudo do efeito de fases móveis de diferentes polaridades e dos erros mais comuns em cromatografia planar BELO HORIZONTE MARÇO/2024 1. Introdução A cromatografia é um método físico-químico de separação, que não só permite separar os componentes da mistura, mas também isolar e, muitas das vezes, identificar a analisar os componentes pertencentes à uma mistura. Nessa técnica, as substâncias são separadas de acordo com sua afinidade com duas fases presentes no método: uma fase fixa, chamada de estacionária, e outra fase móvel, a qual elui para um ponto específico do sistema. Pela escolha apropriada da fase fixa e da fase móvel, além de outras variáveis, pode-se fazer com que os componentes da mistura sejam arrastados ordenadamente. Aqueles que interagem pouco com a fase fixa são arrastados facilmente e aqueles com maiores interações ficam mais retidos. As interações envolvidas são: formação de sais, coordenação, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo e forças de dispersão de London 1. Embora existam muitos tipos de cromatografia, toda técnica cromatográfica está baseada no princípio de retenção seletiva. No caso, a mistura é aplicada na fase estacionária e, posteriormente, a fase móvel é colocada. Ao entrar em contato, a fase móvel arrasta os componentes e, devido às diferentes afinidades que as substâncias da mistura possuem com a fase estacionária, obtém-se uma separação. Ou seja, os componentes da mistura que possuírem maior afinidade com a fase móvel serão carregados por esta com maior mobilidade, enquanto os que tiverem menor afinidade com a fase móvel apresentarão baixa mobilidade 2. Dependendo da natureza das duas fases envolvidas têm-se diversos tipos de cromatografia, mas basicamente, são: • Cromatografia em papel; • Cromatografia em camada delgada. A cromatografia em papel, utilizada nessa prática, é uma técnica simples de análise de amostras em pequena quantidade, amplamente utilizada para a separação e identificação de compostos polares. Essa técnica é especialmente útil para analisar substâncias como açúcares, antibióticos hidrossolúveis, aminoácidos, íons metálicos e pigmentos 3. O princípio da cromatografia em papel envolve a partição ou adsorção. As substâncias são distribuídas entre duas fases líquidas: a água retida nos poros do papel de filtro (fase estacionária) e a fase móvel que passa através do papel. À medida que a fase móvel se movimenta, ocorre a separação da mistura, e os compostos se separam com base nas diferenças de afinidade com os solventes das fases estacionária e móvel. A água retida no papel atua como fase estacionária, enquanto a fase líquida é a fase móvel. Por vezes, a separação feita pela cromatografia não é passível de ser realizada com outro método e, por isso, mostra-se como uma técnica de ampla utilização em diversos ramos da ciência. Hoje em dia, a cromatografia é utilizada amplamente para vários testes como de controle de qualidade de farmacêuticos, testes antidoping além de para vários outros testes devido a sua versatilidade e abrangência 4. A eritrosina (corante utilizado como amostra na prática), também conhecida como tetraiodofluoresceína ou Vermelho Ácido 51, é um corante rosa-cereja com a fórmula química C20H8I4O5. Normalmente, é comercializada na forma do sal sódico e é o único corante xanteno permitido no Brasil para uso em alimentos. Sua coloração varia permitindo ainda criar variações de outras cores em combinação com amarelo (tartrazina) ou azul (azul brilhante, azul patente, azul de indigotina) 5. A eritrosina é frequentemente utilizada como corante em alimentos. Ela é listada como Food Red 014 e é empregada em gelatinas, laticínios, refrescos e geleias. Também é usada em tintas de impressão. Na área biológica, a eritrosina é empregada como corante. É usada na produção de produtos corantes da placa bacteriana em dentes. Além disso, pode ser utilizada como indicador de pH, com ponto de viragem na faixa de pH 2,2-3,6, pois sua cor varia do laranja para o vermelho pela mudança de pH 6. 2. Objetivos O propósito da prática é observar os diferentes efeitos de fases móveis com distintas composições em cromatografias com o mesmo analito, bem como analisar o impacto de erros comuns na técnica de cromatografia plana, empregando o corante alimentício eritrosina como amostra para teste. 3. Materiais e Reagentes 3.1 Materiais 6 béqueres de 250 mL Caneta para escrita em vidros Lápis Papel Whatman n°4 1 pinça metálica 4 pipetas Pasteur Suporte para tubos de ensaio Tesoura 1 tubo capilar 8 tubos de ensaio 2 vidros de relógio 3.2 Reagentes 1 mL de acetona (C3H6O); 2,5 mL de água destilada (H2O); 3,5 mL de etanol (C2H6O); 1 mL de hexano (C6H14); Gotas de solução aquosa de vermelho eritrosina. 3.3 EPI’s e EPC’s Jaleco Luvas de látex Capela de exaustão 4. Metodologia 4.1 Estudo do efeito de fases móveis de diferentes polaridades 1) Numerou-se 4 tubos de ensaio de 1 a 4 com a caneta para vidrarias, e em seguida, dentro da capela de exaustão, utilizou-se pipetas Pasteur graduadas para inserir 1 mL dos seguintes reagentes em cada tubo: (tubo 1) hexano, (tubo 2) acetona, (tubo 3) etanol, e (tubo 4) etanol: água 1:1. 2) Utilizando uma tesoura, cortou-se 4 cromatoplacas (4 tiras do papel Whatman), sendo uma para cada tubo de ensaio numerado, utilizando as dimensões dos tubos como referência para os cortes, de forma em que as cromatoplacas ficassem um pouco menos largas que o diâmetro do tubo. Em seguida, utilizando um lápis, realizou-se as marcações do ponto de aplicação (2,0 cm da base da cromatoplaca) e da linha de chegada (1,5 cm abaixo do teto da cromatoplaca), e depois numerou-se de 1 a 4 cada cromatoplaca com um lápis na região entre a linha de chegada e o teto. 3) Com as cromatoplacas prontas, utilizou-se um tubo capilar quebrado em uma das pontas, contendo a solução aquosa de vermelho de eritrosina, para aplicar três vezes a amostra em cada cromatoplaca. 4) Em seguida, após secagem das amostras na cromatoplaca, adicionou-se cada cromatoplaca em sua respectiva cuba cromatográfica, e deixou-se os tubos imóveis no suporte até que a fase móvel atingisse a linha de chegada. Em seguida retirou-se as cromatoplacas das cubas cromatográficas utilizando uma pinça metálica e deixou-se-as secar apoiadas em um vidro de relógio para observar os resultados dos efeitos de fases móveis de diferentes polaridades. 4.2 Erros comuns em cromatografia planar 1) Numerou- se 4 tubos de ensaio de 5 a 8 com a caneta para vidrarias, e em seguida, na capela de exaustão e utilizando pipetas Pasteur graduadas, adicionou-se 10 gotas (0,5 mL) de água destilada e de etanol em cada um dos tubos para preparar a solução 1:1 etanol: água destilada. 2) Em seguida, realizou-se os cortes e as marcações das cromatoplacas, assim como no item anterior, porém, a cromatoplaca 8 deveria conter uma largura um pouco maior que o diâmetro do tubo 8. Com as cromatoplacas 6 e 7 prontas, realizou-se cortes em seus espaços entre o ponto de aplicação e a base da cromatoplaca, como mostra a figura a seguir: Figura 1: Representação dos cortes realizados nas cromatoplacas 6 e 7. 3) Após os cortes e marcações, aplicou-se o vermelho de eritrosina nas cromatoplacas da seguinte forma: na cromatoplaca 5 aplicou-se amostra em excesso (cerca de 8aplicações), nas cromatoplacas 6 e 7 aplicou-se três vezes, e na cromatoplaca 8 aplicou-se por toda a linha do ponto de aplicação, como mostra a figura a seguir: 4) Em seguida, após secagem das amostras nas cromatoplacas, adicionou-se cada cromatoplaca em sua respectiva cuba cromatográfica, e deixou-se os tubos imóveis no suporte até que a fase móvel atingisse a linha de chegada. Em seguida retirou-se as cromatoplacas das cubas cromatográficas com a utilização de uma pinça metálica e deixou-se-as secar apoiadas em um vidro de relógio para se observar os resultados dos erros comuns. 5. Resultados e discussão Os experimentos de 1 a 4 obtiveram resultados expressos na figura 3 abaixo: A partir das análises cromatográficas das amostras do corante vermelho de eritrosina utilizando diferentes fases móveis, pode-se identificar certas propriedades do analito. O princípio fundamental da cromatografia é a separação de misturas por interação diferencial dos seus componentes entre uma fase Esquema 1 – Experimentos 1 a 4 Figura 2: Representação da aplicação da amostra na cromatoplaca 8 Figura 3: Resultados dos experimentos de 1 a 4 estacionária e uma móvel 7, que no caso representam a água presente na superfície do papel e as diferentes soluções utilizadas em cada cromatoplaca (hexano, acetona, etanol e solução água-etanol 1;1), respectivamente. A fim de compreender a afinidade do vermelho de eritrosina com as fases móvel e estacionária, vale destacar sua estrutura química, disposta na figura 4 abaixo: Percebe-se ligações iônicas na molécula entre átomos de oxigênio e sódio, bem como há a presença de átomos com elevada eletronegatividade, tais como oxigênio e iodo, aumentando consideravelmente a polaridade do composto. Assim, espera-se maior afinidade com compostos polares que realizem ligações de hidrogênio intermoleculares. Além disso ocorrem três anéis aromáticos, apresentando suas estruturas de ressonância que aumentam a estabilidade do corante. Na cromatoplaca que continha hexano como fase móvel, não houve eluição do corante – dessa forma, entende-se que suas interações com a água presente no papel são muito mais fortes do que com o C6H14, hidrocarboneto que, naturalmente, é apolar. Há a consequência lógica de que a polaridade do vermelho de eritrosina é mais próxima da água do que de compostos apolares. O caráter muito polar do corante é ressaltado pelos experimentos 2,3 e 4. O primeiro, respectivamente, teve como fase móvel a propanona. As cetonas são consideradas moléculas polares devido a drenagem eletrônica realizada pelo oxigênio sobre a cadeia carbônica, resultando em um dipolo permanente 9. O fenômeno é ainda mais pronunciado na cetona em questão, cuja cadeia carbônica é a menor entre a sua categoria – quanto maior a cadeia carbônica, maior caráter apolar terá o composto. Sendo assim, a propanona é a cetona mais polar. Por isso houve eluição do corante, de modo que parte de suas moléculas interagiram com a fase móvel e eluíram com ela. Vale destacar que a eluição ocorreu de forma limitada pois a água (fase estacionária) é muito mais polar que a acetona, tendo interações do tipo ligação de hidrogênio com os átomos de oxigênio presentes na estrutura química do corante. Assim, as interações água-corante tem caráter mais forte que as propanona-corante, ocorrendo em maior número. Um fenômeno não esperado ocorreu na placa cromatográfica: duas manchas, uma vermelha e outra azul, foram detectadas (a mancha azul mais próxima da linha de chegada do que a vermelha). Uma possível análise do ocorrido se encontra na eventual degradação do corante, que pode ter gerado o composto azulado que deixou a mancha na cromatoplaca. Vale destacar que a mancha azulada tem Figura 4: Estrutura química do corante vermelho de eritrosina 8 caráter menos polar que o vermelho de eritrosina, já que eluiu mais em uma fase móvel menos polar que a fase estacionária. Dessa maneira, há a configuração de uma relação que rege as análises cromatográficas feitas: quanto maior a polaridade da fase móvel, mais interações ela fará com o vermelho de eritrosina e mais ele irá eluir. Também confirma-se a alta polaridade do analito, que se prende a água (fase estacionária muito polar) quando em contato com fases móveis apolares ou pouco polares. Seguindo a relação descrita, no experimento 3 a amostra de corante eluiu mais que no anterior, já que a fase móvel tinha como composição uma substância mais polar que a propanona, o etanol. O álcool tem alta polaridade devido à presença do grupo –OH, que atrai elétrons com maior facilidade do que a carboxila cetônica, provocando a aparição de um polo negativo. Assim a eluição ocorreu de forma efetiva. Por fim, o experimento 4 foi o que apresentou maior eluição do corante, já que contava com a fase móvel mais polar dentre as utilizadas nas análises – etanol e água, em uma mistura 1:1. Portanto, a mancha foi a que mais se aproximou da linha de chegada, demonstrando que houve uma taxa de interações com a fase móvel muito maior do que nos outros experimentos. Os resultados dos experimentos 5,6,7 e 8 foram dispostos na figura 5 abaixo: Os experimentos 5,6,7 e 8 foram feitos com erros propositais, a fim de identificar a influência deles nos resultados obtidos, sendo que todos foram feitos utilizando a mesma fase móvel (solução de água e etanol 1:1). O experimento 5 foi feito aplicando amostra em excesso na placa cromatográfica, verificando qual impacto a ação exerceria sob a eluição do analito. Observou-se que a mancha se espalhou desorganizadamente sobre a cromatoplaca, não se comportando do mesmo modo que no experimento 4 (cuja fase móvel é a mesma). O excesso de amostra faz com que boa parte das moléculas do corante tenha contato apenas com outras moléculas do analito: para elas, a fase móvel são as próprias moléculas de vermelho de eritrosina, o que desorganiza a eluição e gera a mancha espalhada e desuniforme pela cromatoplaca. Figura 5 – Experimentos 5 a 8 No experimento 6, o erro praticado foi um corte na base da cromatoplaca, a fim de emular uma situação em que apenas parte da base da cromatoplaca tem contato com a fase móvel. O resultado esperado para o experimento era a eluição ocorrer de forma inclinada, pois a eluição da fase móvel ocorreria sob influência da reduzida área de contato entre ela e a cromatoplaca, seguindo o mesmo ângulo. Como pode-se observar na figura 5, o fenômeno ocorreu de forma inconclusiva. Possivelmente, o ângulo de inclinação do corte não foi obtuso o suficiente para ocorrer a situação descrita, porém percebeu-se, de forma geral, que o contato entre fase móvel e cromatoplaca deve ser uniforme, abrangendo toda a extensão da base da placa. O experimento 7 foi importante para verificar a importância do espaço deixado entre o início da cromatoplaca e o ponto de aplicação. A retirada da área descrita fez com que a amostra mergulhasse na fase móvel, dificultando o contato entre as moléculas de água e etanol com as de vermelho de eritrosina: o grande volume de moléculas da fase móvel se interpelou ao eluir pela cromatoplaca, tendo pouquíssimo contato efetivo com a amostra, o que fez com que praticamente não ocorresse eluição dela. Por fim, o experimento 8 foi fundamental para identificar a necessidade da cromatoplaca não tocar as bordas da cuba cromatográfica. Os resultados da cromatografia denotaram uma anomalia na eluição justamente nas bordas em contato com a cuba, prejudicando a integridade da análise. Uma possibilidade de explicação para o fato é de que há maior contato da fase estacionária com a própria cuba cromatográfica do que com a fase móvel, fazendo com que a eluição ocorra apenas no centro da placa, em um formato próximo a um triângulo. 6.Conclusão A partir dos dados coletados, é possível afirmar que a eritrosina, um corante vermelho, tem polaridade média a alta. Nos primeiros dois experimentos, o corante teve uma afinidade mais significativa pela fase estacionária (água) do que pelas fases móveis (hexano, que é apolar, e acetona, de polaridade baixa), resultando na ausência ou baixa eluição. Contudo, nos experimentos 3 e 4, com fases móveis de etanol (polaridade média) e uma mistura de etanol e água na proporção de 1:1 (com polaridade superior ao etanol, mas inferior à água), o corante demonstrou maior compatibilidade, o que ocorrendo a eluição. Ademais, observou-se também as técnicas adequadas para preparar uma placa cromatográfica e executar uma cromatografia correta e eficaz: a quantidade de amostra aplicada deve ser moderada e, em casos de amostras incolores, é necessário um número específico de aplicações e o uso de reveladores para visualizar os componentes da amostra; a placa cromatográfica deve ser posicionada na cuba de forma que sua base inteira esteja em contato com a fase móvel, prevenindo assim uma eluição diagonal; o local de aplicação da amostra deve manter uma distância segura da base para prevenir a dissolução da amostra pela fase móvel, evitando assim a eluição; é importante também considerar as dimensões da placa, garantindo que ela não toque as paredes da cuba e possa ser inserida e removida com facilidade. REFERENCIAS 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA. Aula 5 – Laboratório de Fundamentos de Química. [S.l.], 2018. Disponível em: https://www2.ufjf.br/quimica/files/2018/03/Aula-5- Laborat%C3%B3rio-de-Fundamentos-de- Qu%C3%ADmica.pdf. Acesso em: 17 mar. 2024. 2 NOVAIS, S. A. "Cromatografia"; Brasil Escola. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2024. 3 COELHO, P. “Cromatografia em Papel: Princípio, Funcionamento, e Aplicações”. Engquimicasantossp: Blog de engenharia química, 22 de junho de 2012. Disponível em: . Acesso em: 17 mar. 2024. 4 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ. Relatório Cromatografia. StuDocu. Disponível em: https://www.studocu.com/pt-br/document/universidade-estadual-de-maringa/quimicageral-experimental/relatorio- cromatografia/4944415. Acesso em: 17 mar. 2024. 5 SILVA, NILZA. Corante Eritrosina: Liberado para Deficiência de G6PD. MÃES QUE CUIDAM. Disponível em: https://maesquecuidamg6pd.com.br/index.php/2020/06/17/coranteeritrosina-liberado-para-deficiencia-de- g6pd/ Acesso: 17 mar. 2024. 6 SPIEGATO. O que é Eritrosina? Disponível em: https://spiegato.com/pt/o-que-eeritrosina#google_vignette. Acesso em: 17 mar. 2024. 7 INTRODUÇÃO A MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS. Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), 2016. Disponível em: > Acesso em: 20 de mar. de 2024; 9 Costa, S.M.O. e Menezes, J.E.S. Química Orgânica I – 2ª Edição. Fortaleza, Ceará, 2015. Disponível em: Acesso em: 20 de mar. de 2024; https://www2.ufjf.br/quimica/files/2016/08/Introdu%c3%a7%c3%a3o-a-cromatografia-Marcone-2016.pdf https://www2.ufjf.br/quimica/files/2016/08/Introdu%c3%a7%c3%a3o-a-cromatografia-Marcone-2016.pdf https://repositorio.ifg.edu.br/bitstream/prefix/165/1/TCC%20LEILA%20PAULA%20DE%20LIMA_FINAL.pdf) file:///C:/Users/Teste/Downloads/Livro_QuÃmica%20Orgânica%20I%20(1).pdf)