Métodos de purificação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL
INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA – IQB
Técnicas de purificação de compostos sólidos
Luana Maria Morais Dantas
Manuella 
Nathallia Maria Rodrigues Campos
Operações de separação e purificação de compostos Sólidos
Sólido-sólido: 
Se forem sólidos com partículas de dimensões diferentes podem ser separados usando um crivo apropriado; 
 Sublimação
Sólido-líquido: a separação pode ser feita por 
 Filtração 
Decantação 
Centrifugação 
Líquido-líquido: podem ser separados por 
Destilação 
Extração 
Centrifugação
Filtração
A filtração é um processo de separação que permite separar sólidos em suspenção em fases fluídos, utilizando um meio poroso chamado filtro, onde apena o fluído consegue passar
É uma técnica bastante aplicada no nosso cotidiano
Um solvente é escolhido para dissolver um dos componentes, sem dissolver os restantes. Assim, o componente dissolvido passa, juntamente com o solvente, ao longo dos poros, enquanto os restantes componentes ficam retidos no filtro
O fluido que passa por essa matriz é denominado por filtrado. Os sólidos que possuem dimensões superiores ao calibre dos poros da matriz são retidos
Existem diversas formas de filtração, mas todas elas se baseiam no principio de separação por retenção de partículas
As diversas técnicas foram agrupadas em 3 classes. O processo de filtração pode ocorrer de maneira natural ou induzida:
ULTRAFILTRAÇÃO
Realiza-se através de uma membrana semipermeável, usando-se sucção ou pressão. Tais filtros possuem poros muito apertados com o intuito de separar materiais os quais filtros utilizados no funil de vidro ou porcelana, não teriam condições de separar
Nesta técnica as membranas retêm partículas cujo diâmetro varia entre 10 e 200 Å, as partículas retidas são micromoléculas que contribuem pouco para a pressão
FILTRAÇAO SIMPLES OU GRAVIDADE
	Para que a filtração se processe de maneira conveniente devemos respeitar algumas práticas:
Deve-se umedecer o papel de filtro com o líquido a ser filtrado, afim de torná-la mais rápida;
Ao verter o líquido no filtro, deve-se fazê-lo pela borda do funil, evitando o impacto com a ponta do funil;
O papel deve ser cortado nas mesmas dimensões do funil , tomando o cuidado para não ultrapassar a borda do mesmo, evitando perdas;
Sendo o recipiente a receber o filtrado de pequena capacidade, encostar a ponta do funil na parede do mesmo, evitando que respingue para fora do recipiente;
Se o frasco for de gargalo estreito, evite encostar o funil da boca do frasco , pois impedirá a saída de ar, retardando a filtração. 
A eficiência da filtração simples depende da porosidade do filtro e da área filtrante. O papel mais comumente utilizado para separações simples possui porosidade de 11 μm. 
FILTRAÇAO SIMPLES OU GRAVIDADE
	A Filtração por ação da gravidade pode ser realizada de diversas maneiras :
Filtração a quente - O aquecimento do produto a ser filtrado diminui a viscosidade tornando a filtração mais rápida. Ex:. ceras, óleos e certas gorduras;
Filtração a frio - Pode-se também proceder a uma filtração em temperaturas inferiores a ambiente, com o intuito de remover cristais de baixo ponto de fusão;
Filtração de líquidos voláteis - Nesse caso, temos como exemplo o éter (P.E. = 35 ºC), que se evapora facilmente, devendo-se utilizar filtros especiais. Contudo este tipo de filtração é normalmente improvisado. Assim deve-se utilizando uma tampa com saída de ar, acoplando-se uma mangueira ligada ao recipiente que receberá o filtrado.
É um processo bastante utilizado em laboratórios, sendo muito mais rápida, por causa de uma diferença de pressão dos dois lados. Esta técnica consiste em retirar o ar do recipiente que recebe o filtrado, através de uma bomba de vácuo.
FILTRAÇAO A VÁCUO OU SOBRE PRESSÃO REDUZIDA
Filtros
Dois tipos de filtros são normalmente utilizados:
Filtros de superfície - uma peneira sólida que aprisiona as partículas sólidas, com ou sem o recurso a um papel de filtro. Este, permite a recolha das partículas intactas.
	Ex:. Filtros a disco e Funil de Buchner.
Filtros
Filtros de profundidade – 
É utilizado camadas de material granular e inerte, que retém as partículas à medida que a suspensão a atravessa. Não permite a recolha das partículas intactas 
	
Ex:. Compostos de sílica, percolite e terra diatomácea incompressível.
Centrifugação
Como alternativa à filtração, por vezes recorre-se à centrifugação – É Outro método de separação de misturas que se baseia na diferença de densidade entre seus componentes. As partículas depositam-se no fundo do recipiente devido à força centrífuga nelas exercida e devido às diferenças de densidade entre estas e o fluido em que estão suspensas. Após centrifugação, o filtrado pode ser facilmente decantado. Este método é especialmente importante na separação de compostos que não são facilmente filtráveis, como partículas gelatinosas ou partículas finas.
Conceito da centrifugação
É uma técnica utilizada para separar ou concentrar materiais suspensos em uma solução;
A base teórica desta técnica é o efeito da gravidade sobre as particulas em suspensão;
Duas partículas de massas diferentes iram se sedimentar em ritmos diferentes em resposta à gravidade;
A força centrífuga, medida como "g" (gravidade) ou RCF (do inglês Relative Centrifugal Force), é usada para aumentar esta taxa e é aplicada em um instrumento chamado centrífuga.
Ex comum: Máquina de lavar.
Centrifugas
Centrífugas são dispositivos utilizados em uma variedade de aplicações científicas,que giram em altas velocidades de rotação a uma elevada força centrífuga;
A força centrífuga (expressa como "g" ou RCF) gerada é proporcional à velocidade de rotação do rotor (rotações por minuto - RPM) à distância entre o centro do rotor e o tubo de centrífuga;
Portanto, uma determinada centrífuga pode ter vários tamanhos de rotor para dar flexibilidade à escolha das condições de centrifugação;
 
Cada centrífuga possui um gráfico ou tabela que relaciona a taxa de rotação (RPM) à força centrífuga ("g" ou RCF) para cada tamanho de rotor que seja compatível.;
Como as centrífugas possuem muitas formas e tamanhos, e os rotores podem variar, a unidade universal de centrifugação é a força centrífuga.
Rotores
1) Rotores basculantes - são ideais para a separação de amostras de grande volume (até 12L) em baixas velocidades. Um sistema de rotor basculante é constituído por três partes: o corpo de rotor, os baldes e os pinos, que são utilizados para manter os baldes no lugar. Estes componentes formam a estrutura básica, mas acessórios podem ser acrescentados conforme necessário, para adequar o rotor à uma amostra. Como exemplo, os rotores de grande volume frequentemente oferecem uma grande variedade de adaptadores (inserções de plástico) que podem ser colocados nos baldes para adequar ao tamanho do tubo desejado. Alguns baldes oferecem tampas de vedação, que fornecem proteção contra amostras potencialmente perigosas.
2) Rotor de ângulo fixo - Os rotores de ângulo fixo são os rotores mais utilizados na centrifugação. A maioria é utilizada para separações diferenciais, para descarte de excesso de detritos em suspensões aglomeradas, ou para recolhimento do sedimento. As cavidades nestes rotores variam em volume, de 0,2mL a 1L, com velocidades que vão de um dígito a 1.000.000 x "g".
Dois fatores determinam o tipo de rotor de ângulo fixo exigido: a força centrífuga desejada e o volume desejado. De um modo geral, o tamanho do rotor é inversamente proporcional à sua capacidade de velocidade máxima (isto é, quanto maior o rotor, menor será a velocidade máxima deste). Uma especificação importante na escolha de um rotor de ângulo fixo é o fator K, que indica a eficiência de sedimentação induzida pelo rotor à velocidade máxima, tendo em conta o valor máximo e raio mínimo (trajetória) da cavidade do rotor. Um
fator K baixo indica uma maior eficiência de sedimentação da amostra e, portanto, o fator K pode ser uma medida útil para comparar a velocidade com que as partículas irão sedimentar em uma série de rotores.
Rotores
3 - Rotor vertical - Rotores verticais são bastante úteis durante a ultracentrifugação para separações isopícnicas, especificamente para a separação de ácidos nucléicos em CsCl (cloreto de césio). Neste tipo de separação, as densidades de elementos contidos na solução têm valores semelhantes aos da partícula de interesse, e as partículas irão se posicionarem dentro de um gradiente. Separações isopícnicas não são dependentes do comprimento do gradiente, mas sim do tempo de execução, o qual deve ser suficiente para que as partículas se orientem em posição adequada dentro do gradiente. Rotores verticais têm fatores K muito baixos (tipicamente no intervalo de 5-25), indicando que a partícula só deve percorrer uma distância curta para sedimentar (ou neste caso, formar uma banda), portanto o tempo de funcionamento é minimizado. Uma vez que seja determinado que um rotor vertical é apropriado para a aplicação, o volume e velocidade tornam-se os fatores decisivos para a sua utilização.
Rotores
Acessórios que acompanham a centrífuga: 
01 Rotor angular para 8 microtubos de 1,5 - 2,0 ml;
01 Rotor reto para 16 tubos de 0,2 ml ( 2 tiras de 8 tubos de PCR );
Jogo de adaptador plástico para tubos de 0,2 ml, pacote com 8 pçs, 
Jogo de adaptador plástico para tubos de 0,5 ml, pacote com 8 pçs,..
Cuidados com a centrífuga
1. Verifique se o rotor correto está sendo usado e se ele está corretamente instalado no eixo. Verifique se o rotor está preso antes de iniciar.
2. Equilibre a carga no rotor - cada tubo necessita de um tubo de equilíbrio no compartimento oposto, com o mesmo volume de fluido.
3. Verifique se você está usando o tubo de centrífuga apropriado para o trabalho - eles podem se romper a uma velocidade muito alta. Você vai precisar de tubos especiais para altas velocidades de centrifugação.
4. Refrigere o compartimento de centrifugação e o rotor antes da utilização. Rotores devem ser armazenados em um refrigerador, quando possível.
5. Não tente substituir quaisquer características de segurança da centrífuga.
6. Nunca deixe a centrífuga até que atinja a velocidade máxima e esteja sem ruídos.
7. Em caso de dúvida, peça ajuda a outro profissional.
A técnica de Centrifugação
A força centrífuga empurra o sólido para o fundo do recipiente, enquanto que a parte líquida fica límpida na parte de cima;
A velocidade de ultra centrífugas, que são centrífugas bem mais potentes, pode chegar a 60 000 rpm (rotações por minuto), o que gera forças centrífugas até 750 000 vezes mais intensas que a da gravidade.
Já a velocidade de micro centrífugas é cerca de 4 000 rpm, o que gera forças centrifugas até 50 000 vezes maior que a gravidade.
Essa técnica é usada principalmente:
 Em laboratórios para separar proteínas e ácidos nucleicos (DNA, RNA) das soluções ;
Até mesmo para separar frações do sangue.
Nesse fracionamento do sangue pela centrifugação são obtidos os seus principais componentes, que são: concentrado de hemácias (parte do sangue que contém os glóbulos vermelhos), concentrado de plaquetas (parte sólida do sangue) e plasma (parte líquida do sangue).
Aplicações
Decantação
		A decantação é um método físico usado para separar misturas heterogêneas que podem ser de dois tipos: líquido- sólido e líquido-líquido.
Sólido-líquido
Líquido-líquido
Utilizando fuil de separação ou decantação ( por diferença de densidade e ação da gravidade)
Técnicas para o controlo da pureza de sólidos e de líquidos
		A grande maioria dos compostos orgânicos utilizados regularmente em laboratórios de química é sólida ou líquida. O grau de pureza química destes compostos pode ser avaliado pela determinação das constantes físicas, pois as substâncias puras possuem propriedades físicas específicas e bem definidas:
Ponto de fusão Substâncias sólidas 
 Ponto de ebulição Substâncias líquidas
Determinação do peso molecular (microanálise) 
Métodos espectroscopicos: infravermelho, ressonância magnética nuclear, espectrometria de massa, ultra-violeta / visivel 
Ponto de fusão
O ponto de fusão pode ser definido como a temperatura em que o sólido passa ao estado líquido. A temperatura mantém-se constante durante todo o processo de fusão.
A energia cedida ao sistema durante a fusão (calor de fusão) é utilizada para romper as “ligações” intermoleculares que matem as moléculas organizadas no cristal.
O ponto de fusão é constituído por um intervalo de fusão, em que a temperatura inicial é aquela em que os primeiros cristais liquefeitos.
Os sólidos puros, geralmente, possuem um intervalo de fusão muito pequeno, ou seja, em torno de, no máximo, 2 °C. 
Uma pequena quantidade de impurezas na amostra é suficiente para aumentar, consideravelmente, seu intervalo de fusão
		O ponto de fusão pode ser determinado por dois métodos principais:
Detecção visual de fusão; 
Análise térmica diferencial;
		Os processos que usam o método de detecção visual da fusão têm como características principais:
São sensíveis, isto é, permitem o uso de amostras muito pequenas;
São reprodutíveis, de aparelhos, de analista para analista;
São de baixo custo; 
São de fácil manipulação; 
Restringem-se ao fornecer o ponto de fusão.
		Os métodos que usam a análise térmica diferencial têm as seguintes características:
São muito sensíveis (uma ordem de magnitude menor do que a de detecção visual) e reprodutíveis;
Alto custo;
A utilização adequada do instrumento requer um treinamento especializado. A operação, na sua totalidade, é muito mais complexa do que a que usa o método visual, fornecendo um m número maior de informações sobre o comportamento do analito 
Comportamento da amostra
Ponto de ebulição
		Quando um líquido é aquecido, sua pressão de vapor aumenta até atingir o ponto onde se iguala à pressão externa. 
	
		Este fenômeno é importante como método de caracterizar uma amostra líquida (ponto de ebulição) e/ou como técnica de purificação de misturas (destilação). 
		Além da pressão externa, o ponto de ebulição de um composto guarda estreita relação com a estrutura. 
O acréscimo dos pontos de ebulição é uniforme – ascendente - ( tabela periódica) é devido ao aumento de forças de van der Waals. 
A introdução de grupos polares na molécula promove associação intermolecular, com consequente elevação do ponto de ebulição. 
Equipamento utilizado para encontrar a temperatura de ebulição;