area dos picos

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Aula 10 – Cromatografia Gasosa 
Julio C. J. Silva 
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) 
Instituto de Ciências Exatas 
Depto. de Química 
Juiz de Fora, 2014 
QUI 072 – Química Analítica V 
Análise Instrumental 
Introdução 
Introdução 
Introdução 
"CSI", da rede CBS (Canal 
Sony, no Brasil) 
 
"Crossing Jordan" na NBC. 
 
"The Forensics Files“ na 
Court TV 
 
"Autopsy“ na HBO. 
Introdução 
Introdução 
éter de 
petróleo 
CaCO3 
mistura de 
pigmentos 
pigmentos 
separados 
Cromatografia = 
kroma [cor] + graph [escrever] 
(grego) 
M. TSWEET (1903): Separação de misturas de pigmentos 
vegetais em colunas recheadas com adsorventes sólidos e 
solventes variados. 
Introdução 
 
 
 Separação de misturas por interação diferencial dos seus 
componentes entre uma FASE ESTACIONÁRIA (líquido ou sólido) e 
uma FASE MÓVEL (líquido ou gás) 
 
CROMATOGRAFIA 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS TÉCNICAS CROMATOGRÁFICAS PELAS FORMAS FÍSICAS
Critério de CROMATOGRAFIA
Classificação
Técnica Planar Coluna
Fase Móvel Líquido Gás Fluido Líquido
 Supercrítico
 Fase
Estacionária Líquido Sólido Fase Líquido Sólido Fase Sólido Fase Líquido Sólido Fase
 Ligada Ligada Ligada Ligada
Tipo de
Cromatografia CP CCD CCD CGL CGS CGFL CCS CSFL CLL CLS CE CLFL CTI CB
Introdução 
 Separação de substancias volatilizáveis 
 
 Separação baseada na distinta distribuição das substancias da 
amostra entre uma fase estacionário (FE) e uma fase móvel gasosa 
(FM) 
 
 A amostra é vaporizada no local de injeçao e coluna 
 A amostra vaporizada é introduzida numa coluna contendo a FE 
 De acordo com suas propriedades e as da fase estacionária são retidas por 
tempos determinados, chegando a saída da coluna em tempos diferentes 
 O uso de um detector adequado torna possível a quantificação dessas 
substancias 
 
 Martin e Synge (1941) – Fundamentos de cromatografia gasosa 
 
 James e Martin (1952) – Desenvolvimento da técnica 
 
 Atualmente – Presente na maioria dos laboratórios de análise química 
 
 
 
 
Introdução 
 
 
 
Características da cromatografia a gás 
Vantagens: 
 alto poder de resolução (análise de muitos componentes de uma 
única amostra) 
 sensibilidade ( 10-12 g) 
 pequenas quantidades de amostra 
 análise quantitativa (pg a mg) 
 
Limitações: 
 substâncias voláteis e estáveis termicamente 
 (ou formar um derivado com estas características) 
 requer preparo da amostra [interferências e contaminações] 
 tempo e custo elevado 
 eficiência qualitativa limitada: espectrometria de massas, RMN e IV 
 
 
 
 
 
 
Características da cromatografia a gás 
É uma das técnicas de análise de maior uso; 
É utilizada para a separação e quantificação de diversos 
produtos; 
 
Podendo também ser usada como técnica de identificação, 
em casos especiais, principalmente quando acoplada a um 
EM(MS) ou outro detector qualitativo. 
 
 
 
 
 
TÉCNICA 
 
Eluição 
 
corrente de gás passa pela coluna 
 
amostra vaporizada é introduzida no gás 
 
arraste da amostra através da coluna 
 
substâncias são separadas 
 
detector 
 
é gerado um sinal 
 
registrador 
Cromatograma ideal 
Picos separados 
Picos simétricos 
• Cromatografia gasosa isotérmica 
– A temperatura da coluna permanece constante durante a 
análise 
 
• Cromatografia gasosa com programação de temperatura 
– Variação linear ou não 
– Melhora a separação 
– Diminui o tempo de análise 
• Temperaturas menores  Solutos mais voláteis 
• Temperaturas maiores  Solutos menos voláteis 
– maior simetria nos picos 
– melhor detectabilidade 
– Amostra composta de substancias com grandes diferenças em 
seus pontos de ebulição 
Classificação quanto a temperatura 
• Cromatografia gasosa isotérmica 
 
• Cromatografia gasosa com programação de temperatura 
 
 
 
 
Separação de uma mistura de alcoóis usando 
(a) GC isotérmica 
(b) GC com temperatura programada 
• Cromatografia gás-sólido (processo: adsorção) 
– FE = sólido adsorvente 
 
• Cromatografia gás-líquido (processo: absorção) 
– FE = líquido não-volátil suportado num sólido inerte 
 
• Processos físicos (sorção) 
– Baseiam-se em forças eletrostáticas ou dipolares (forças de van der Waals) 
 
• Adsorção: FE é sólida e a adsorção ocorre na interface, entre FE e FM 
 
• Partição: diferentes solubilidades dos componentes da amostra na FE 
 
 
 
 
Adsorção Partição(absorção) 
Classificação quanto a fase estacionária 
 
 
 
Eficiência: 
• Número de pratos teóricos (N) 
– Cada “N”  uma etapa de equilíbrio entre FE e FM 
– Quanto  N   Eficiência = maior separação (picos mais estreitos) 
– Quanto  N   Eficiência = menor separação (picos mais largos) 
 
• Equação de “N”: 
 
• N = 16 (dr/Wd)
2 
 
• N = 5,54 (dr/Wh)
2 
 
– N = numero de pratos teóricos 
– dr=distancia de retenção (tempo de etenção) 
– Wd = largura do pico na linha de base 
– Wh = Largura a meia altura 
 
• Altura equivalente a um prato teórico (H) 
– Comparação entre colunas de comprimentos diferentes 
 
• Equação de “H”: 
 
• H = L/N 
• L = comprimento da coluna 
 
 
 
 
 
Eficiência 
• Dados para o cálculo de “n” 
 
 
 
 
 
Eficiência 
• Dados para o cálculo de “N” 
 
 O parâmetro diretamente mensurável de retenção de um analito é o 
TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, tR’: 
 
tR 
tM 
tR’ = tR - tM 
TEMPO 
S
I
N
A
L
 
tR = Tempo de Retenção (tempo 
decorrido entre a injeção e o 
ápice do pico cromatográfico); 
 
tM = Tempo de Retenção do 
Composto Não-Retido (tempo 
mínimo para um composto que 
não interaja com a FE atravesse 
a coluna); 
 
tR’ = Tempo de Retenção 
Ajustado (tempo médio que as 
moléculas do analito passam 
sorvidas na FE) 
 
 
 
Eficiência 
Cromatogramas ilustrando a relação entre resolução, seletividade e eficiência 
a) má resolução b) boa resolução c) boa resolução 
 má seletividade boa seletividade boa seletividade 
 má eficiência má eficiência boa eficiência 
 
 
 
Fase estacionária 
Fase estacionária líquida: 
 líquido pouco volátil, recobrindo um suporte sólido 
 deve solubilizar seletivamente as substâncias 
 termicamente estável 
 quimicamente inerte 
 
Suporte ideal: 
• Deve ter área superficial específica grande 
• FE deve espalhar uniformemente, na forma de filme 
fino. 
• Deve ter partículas com diâmetros regulares e poros 
uniformes 
•Deve ser mecanicamente rígido, para evitar quebras 
•Não deve interagir com as moléculas da amostra 
 
 
 
Instrumentação 
• Esquema de um cromatográfico a gás 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
– 1: Fonte do gás de arraste: He, Ar, N2, CO2, H2 
– 2: Sistema de injeção da amostra (poucos L) 
– 3: Coluna cromatográfica– 4: Sistema de detecção 
– 5: Amplificador de sinal 
– 6: Registrador 
1 
2 
3 
4 
6 
5 
 
 
 
Instrumentação 
• Esquema de um cromatográfico a gás 
 
 
 
Gás de arraste 
• Gás de arraste (fase móvel) 
• Gases mais usados 
– N2, He, H2 e Ar 
– Não deve interagir com o recheio da coluna 
– Compatível com o detector 
– Alta pureza (H2O e HC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Manter a vazão do gás de arraste constante durante a análise 
 
 
 
Controlador de vazão e pressão 
 
 
 
Sistema de injeção da amostra 
• Injeção 
– gerar banda única e estreita 
– quantidade de amostra não deve ultrapassar a 
capacidade da coluna 
– Reprodutível 
– Aquecimento para vaporização total da amostra 
 
• Seringas ou válvulas: 
– Gases  diretamente no gás carregador 
• Válvulas:   RSD,   Danos 
• Seringas:   RSD,   Danos 
– Líquido/Sólidos 
• Seringas:   RSD,   Danos 
 
 
 
 
Colunas cromatográficas 
Tubo longo contendo a FE 
• Colunas :aço inox, vidro,alumínio, teflon, sílica fundida 
a) Tubos densamente empacotados com fase 
estacionária de material uniforme, finamente 
dividida, ou com suporte sólido que é 
recoberto com uma fina camada de fase 
líquida estacionária. 
b) Parede interna do capilar recoberto com 
uma fina camada de FE. 
c) Superfície interna do capilar é coberta por 
um filme fino de um material suporte 
(adsorvente), como terra diatomácia, sobre o 
qual a FE líquida encontra-se dispersa. 
d) Parede do capilar recoberta apenas com 
uma camada de adsorvente, que é a própria 
FE. 
Sistema de detecção 
Características dos detectores: 
 
a) Seletividade  responde apenas a uma classe de substâncias 
 detectores seletivos 
 (detectores universais e detectores específicos) 
 
b) Sensibilidade  mudança na resposta do detector em função da 
 quantidade detectada 
 
c) Ruído  deflexões da linha de base (efeitos eletrônicos do sistema 
 de detecção) 
 
d) Quantidade mínima detectável  depende de parâmetros 
 relacionados à coluna (10-8 - 10-12 g) 
 
e) Faixa linear  razão entre a maior e a menor concentração 
 da amostra 
 
f) Outras características  não sofrer alterações de vazão e de 
 temperatura e ser resistentes às condições de trabalho 
Detector por ionização em chama (quase universal) 
 Formação de íons pela combustão da amostra na presença de H2 e 
 O2. Origina corrente elétrica no coletor gerando um sinal do qual a 
 combustão do gás de arraste é descontada 
 
 É sensível à velocidade do fluxo de massa passando por ele 
 Dá sinal só a 1a vez. Para ter mais sinal tem que fornecer mais soluto 
 Moléculas de amostra (no gás de arraste) são queimadas na chama 
 formando íons (coletados por um eletrodo) 
 
 
Detectores 
 
Detector por captura de elétrons (seletivo) 
 Grupos funcionais eletronegativos 
 N2 é ionizado por partículas betas produzindo elétrons (ânodo) 
 Gera corrente, resultando na linha de base (constante) 
 Moléculas eluindo da coluna capturam elétrons e diminuem a corrente 
 
  sinal gerado é proporcional à concentração 
 Bastante usado para análise de pesticidas 
Detectores 
Detectores 
Espectrometria de massas 
 Centenas de componentes presentes em sistemas naturais e 
biológicos; 
 Caracterização de componentes que dão odor e sabor aos alimentos; 
Identificação de poluentes da água. 
GC-ICP-MS 
 
Análise Qualitativa 
a) Comparação do tR com o do composto padrão 
 * Identifica de forma aproximada, pois 2 componentes 
 podem apresentar mesmo tR 
 * Confirmar o resultado: outra técnica ou testar colunas diferentes 
 
 
b) Adição de padrão 
 Adicionar o composto que se imagina presente 
 - aumenta na altura do pico  confirma 
 - aumento na largura do pico  não é o composto 
 
c) Índice de Kovats (comparar c/ literatura) 
 
 
 
Integração dos picos 
 
a) Altura do pico b) Área do pico c) Área na meia altura 
 A = a x wb / 2 A = a x wh 
 
Outros tipos: peso do pico ; integradores eletrônicos 
Análise Quantitativa 
Avaliar: análise qualitativa, exatidão e precisão 
Causas de erro: perdas mecânicas, amostra volátil, contaminação 
Cálculo da concentração 
 
a) Normalização: compara a área com a % da composição da mistura 
 
%A = (área A / área total) x 100 
 
b) Calibração externa: curva de calibração: 
A x C 
 
c) Padronização interna: 
adição de quantidade conhecida de um padrão na amostra 
Ax /API x C 
 
d) Adição de padrão 
 
 
Aplicação Analítica 
Áreas: ambiental; farmacêutica; alimentícia; petroquímica, 
 medicina, pesquisa, ... 
Cromatografia Gasosa: aplicações 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. Silva, L.L.R. Notas de Aula. FACET, UFVJM, 2008. 
 
2. Cadore, S. Notas de Aula. IQ, UNICAMP, 2004. 
 
3. SKOOG, D. A; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A., Princípios 
de Análise Instrumental, 5ª edição, Editora Bookman, 
2006. 
 
4. COLLINS, H. C.; BRAGA, G. L.; BONATO, P. S., 
Fundamentos de Cromatografia, Editora Unicamp, 2006.