cromatografia gasosa apostila geral

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Petruccio Tenório Medeiros
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CROMATOGRAFIA
Histórico
M. TSWEET (1903): Separação de misturas de
pigmentos vegetais em colunas recheadas com
adsorventes sólidos e solventes variados.
Cromatografia =
kroma [cor] + graph [escrever]
(grego)
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CROMATOGRAFIA
Princípio Básico
Separação de misturas por interação diferencial dos seus
componentes entre uma FASE ESTACIONÁRIA (líquido ou
sólido) e uma FASE MÓVEL (líquido ou gás).
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CROMATOGRAFIA
Modalidades e Classificação
FM = Líquido
FM = Gás
Cromatografia
Líquida
Cromatografia
Gasosa (CG)
Em CG a FE
pode ser:
Sólida
Líquida
Cromatografia
Gás-Sólido (CGS)
Cromatografia
Gás-Líquido (CGL)
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CROMATOGRAFIA GASOSA
Histórico
Presentemente:
Vendas de equipamentos e acessórios para CG nos EUA
estimadas em mais de US$ 750.000.000 (1995).
“CGS” rudimentar
CGL proposta (Martin e Synge)
Separação de ácidos orgâni-cos por CGL: primeiro cro-matógrafo (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)
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CROMATOGRAFIA GASOSA
Aplicabilidade
Quais misturas podem ser separadas por CG ?
Misturas cujos constituintes sejam
VOLÁTEIS (=“evaporáveis”)
(para uma substãncia qualquer poder ser
“arrastada” por um fluxo de um gás ela
deve ser dissolver - pelo menos parcialmente -
nesse gás)
DE FORMA GERAL:
	CG é aplicável para separação e análise
	de misturas cujos constituintes tenham
	PONTOS DE EBULIÇÃO de até 300oC
	e que termicamente estáveis.
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O Cromatógrafo a Gás
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
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INSTRUMENTAÇÃO
Gás de Arraste
Fase Móvel em CG: NÃO interage com a amos-
tra - 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 superfícies do instrumento.
PURO Deve ser isento de impurezas que possam degradar a fase estacionária.
Impurezas típicas em gases e seus efeitos:
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INSTRUMENTAÇÃO
Gás de Arraste
Requisitos:
CUSTO Gases de altíssima pureza podem ser muito caros.
COMPATÍVEL COM DETECTOR Cada detector demanda um gás de arraste específico para melhor funcionamento.
Seleção de Gases de Arraste em Função do Detector:
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INSTRUMENTAÇÃO
Alimentação de Gás de Arraste
1 - Cilindro de Gás
2 - Regulador de Pressão Primário
3 - “Traps” para eliminar impurezas do gás
4 - Regulador de Pressão Secundário
5 - Regulador de Vazão (Controlador Diferencial de Fluxo)
6 - Medidor de Vazão (Rotâmetro) 
Nota: Tubos e Conexões: Aço Inox ou Cobre
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INSTRUMENTAÇÃO
Dispositivos de Injeção de Amostra
Os dispositivos para injeção (INJETORES ou VAPORIZADORES) devem prover meios de introdução INSTANTÂNEA da amostra na coluna cromatográfica
Injeção instantânea:
Injeção lenta:
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INSTRUMENTAÇÃO
Injetor “on-column” Convencional
1 - Septo (silicone)
2 - Alimentação de gás de arraste)
3 - Bloco metálico aquecido
4 - Ponta da coluna cromatográfica
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INSTRUMENTAÇÃO
Injeção “on-column” de líquidos
1 - Ponta da agulha da microseringa é introduzida no início da coluna.
2 - Amostra injetada e vaporizada instantâneamente no início da coluna.
3 - “Plug” de vapor de amostra forçado pelo gás de arraste a fluir pela coluna.
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INSTRUMENTAÇÃO
Parâmetros de Injeção
TEMPERATURA DO INJETOR Deve ser sufi-cientemente elevada para que a amostra vapo-rize-se imediatamente, mas sem decomposição
Regra Geral: Tinj = 50oC acima da temperatura de ebulição do componente menos volátil
VOLUME INJETADO Depende do tipo de coluna e do estado físico da amostra
Sólidos: convencionalmente se dissolve em um solvente adequado e injeta-se a solução
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INSTRUMENTAÇÃO
Microsseringas para Injeção
LÍQUIDOS Capacidades típicas: 1 L, 5 L e 10 L
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INSTRUMENTAÇÃO
Colunas: Definições Básicas
EMPACOTADA
 = 3 a 6 mm
L = 0,5 m a 5 m
Recheada com sólido pul-verizado (FE sólida ou FE líquida depositada sobre as partículas do recheio)
CAPILAR
 = 0,1 a 0,5 mm
L = 5 m a 100 m
Paredes internas recober-tas com um filme fino (fra-ção de  m) de FE líquida ou sólida
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INSTRUMENTAÇÃO
Temperatura da Coluna
Além da interação com a FE, o tempo que um analito demora para percorrer a coluna depende de sua PRESSÃO DE VAPOR (p0).
ANALITO ELUI MAIS RAPIDA-MENTE (MENOR RETENÇÃO)
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INSTRUMENTAÇÃO
Temperatura da Coluna
TEMPERATURA DA COLUNA
CONTROLE CONFIÁVEL DA TEMPERATURA DA COLUNA É ESSENCIAL PARA OBTER BOA SEPARAÇÃO EM CG
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INSTRUMENTAÇÃO
Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno:
AMPLA FAIXA DE TEMPERATURA DE USO Pelo menos de Tambiente até 400oC. Sistemas criogênicos (T < Tambiente) 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 ventilação interna muito eficientes para manter a temperatura homogênea em todo forno.
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INSTRUMENTAÇÃO
Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno:
Em cromatógrafos modernos (depois de 1980),
o controle de temperatura do forno é totalmente operado por microprocessadores.
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INSTRUMENTAÇÃO
Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno:
Em cromatógrafos modernos (depois de 1980),
o controle de temperatura do forno é totalmente operado por microprocessadores.
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INSTRUMENTAÇÃO
Programação Linear de Temperatura
Misturas complexas (constituintes com volatilidades muito diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:
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INSTRUMENTAÇÃO
Programação Linear de Temperatura
A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separação:
Parâmetros de uma programação de temperatura:
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INSTRUMENTAÇÃO
Programação Linear de Temperatura
Possíveis problemas associados à PLT:
VARIAÇÕES DE VAZÃO DO GÁS DE ARRASTE A viscosidade de um gás aumenta com a temperatura.
DERIVA (“DRIFT”) NA LINHA DE BASE Devido ao aumento de volatilização de FE líquida
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INSTRUMENTAÇÃO
Detectores
Dispositivos que examinam continuamente o material eluido, gerando sinal quando da pas-sagem de substâncias que não o gás de arraste
Gráfico Sinal x Tempo = CROMATOGRAMA
Idealmente: cada substância separada aparece
como um PICO no cromatograma.
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INSTRUMENTAÇÃO
Detectores
Mais Importantes:
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TEORIA BÁSICA
Tempo de Retenção Ajustado, tR‘
O parâmetro diretamente mensurável de retenção de um analito é o
TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, tR’:
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TEORIA BÁSICA
Volume de Retenção Ajustado, VR‘
Embora não diretamente mensurável, o parâ-metro fundamental de retenção é o
VOLUME DE RETENÇÃO AJUSTADO, VR’:
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TEORIA BÁSICA
Constante de Distribuição, KC
Coluna cromatográfica: série de estágios inde-pendentes onde acontece o equilíbrio entre o analito dissolvido na fase estacionária e no gás de arraste:
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TEORIA BÁSICA
Fator de Retenção, k
Exprimindo o equilíbrio em termos da MASSA do analito em cada fase, ao invés da concentração:
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TEORIA BÁSICA
Razão de Fases, b
Depende das DIMENSÕES da coluna:
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TEORIA BÁSICA
Relações entre VR’, KC e b
VR’ pode ser definido em função de KC e b:
VR’ depende diretamente da constante de dis-tribuição do soluto entre a FE e o gás de arraste e das dimensões da coluna.
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TEORIA BÁSICA
Eficiência de Sistemas Cromatográficos
Efeitos do alargamento excessivo de picos:
EFICIÊNCIA Capacidade de eluição com o mínimo de dispersão do analito.
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TEORIA BÁSICA
Quantificação da Eficiência
Supondo a coluna cromatográfica como uma série de estágios separados onde ocorre o equilíbrio entre o analito, a FE e o gás de arraste:
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TEORIA BÁSICA
Quantificação da Eficiência
ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEÓRI-CO (H) “Tamanho” de cada estágio de equilíbrio
Valores típicos de H e N:
Valores de H para colunas capilares e empacotadas são próximos, mas como L para capilares é MUITO maior tipicamente elas são mais eficientes
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TEORIA BÁSICA
Otimização da Eficiência
- Colunas Empacotadas: Equação de van Deemter
- Colunas Capilares: Equação de Golay
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FASES ESTACIONÁRIAS
Conceitos Gerais
LÍQUIDOS Depositados sobre a superfície de: só-lidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou de tubos finos de materiais inertes (colunas capilares)
SÓLIDOS Colunas recheadas com material finamente granulado (empacotadas) ou depositado sobre a superfície interna do tubo (capilar)
Para minimizar a perda de FE líquida por volatilização, normalmente ela é:
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FASES ESTACIONÁRIAS
Características de uma FE ideal
Regra geral: a FE deve ter características tanto quanto possível próximas das dos solutos a serem separados (polar, apolar, aromático ...)
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FASES ESTACIONÁRIAS
Características de uma FE ideal
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Sólidas: Adsorção
O fenômemo físico-químico responsável pela interação analito + FE sólida é a ADSORÇÃO
A adsorção ocorre na interface entre o gás de arraste e a FE sólida
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Sólidas
Características Gerais:
Mais usados:
Polímeros Porosos Porapak (copolímero estireno-divi-nilbenzeno), Tenax (polióxido de difenileno)
Sólidos Inorgânicos Carboplot, Carboxen (carvões ativos grafitizados), Alumina, Peneira Molecular (argila microporosa)
GASES DE REFINARIA
Coluna:Carboxen-1000 60-80 
mesh; 15’ x 1/8”
TCOL: 35oC a 225oC / 20oC. min-1
Gás de Arraste: He @ 30 ml.min-1
Detector: TCD
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
AMINAS ALIFÁTICAS
Coluna:4 % Carbowax 20M s/ Carbopack B + 0,8% KOH
 TCOL: 200oC (isotérmico) Gás de Arraste: N2 @ 20 mL.min-1
 Detector: FID	 Amostra: 0,01 mL da mistura de aminas
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
Maior parte das aplicações em CG moderna
Quatro grandes grupos estruturais:
ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRAXOS
Coluna:5%DEGS-PS s/ Supel-coport 100/120 mesh; 6’ x 1/8”
TCOL: 200oC (isotérmico)
Gás de Arraste: N2 @ 20 ml.min-1
Detector: FID
Amostra: 0,5 mL de solução em clorofórmio contendo 0,5 mg de cada éster
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Líquidas: Absorção
O fenômemo físico-químico responsável pela interação analito + FE líquida é a ABSORÇÃO
A absorção ocorre no interior do filme de FE líquida (fenômeno INTRAfacial)
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
- Ligação Si-O extremamente estável = elevada estabilidade térmica e química das FE.
- Silicones são fabricados em larga escala para diversas aplicações = minimização de custo do produto + tecnologia de produção e purificação largamente estudada e conhecida.
- Praticamente qualquer radical orgânico ou inorgânico pode ser ligado à cadeia polimérica = FE “ajustáveis” a separações específicas + facilidade de imobilização por entrecruzamento e ligação química a suportes
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por substituição de -CH3 por radicais orgânicos, em ordem crescente aproximada de polaridade:
Diferenças entre FE de composição similar provenientes de fornecedores diferentes: pureza, viscosidade.
Substituintes
Nomes Comerciais
Observações
-
-
SE-30 OV-1 OV-101 SP-2100
mais apolares da série
pouco seletivas
carborano ?
-
Dexsil 300GC
similar a PDMS
estável até > 400oC
fenil 5 %
-
SE-52 SE-54 OV-3 OV-5 OV-73
pouco polar
cianopropil 7%
fenil 7%
OV-1701 SPB-7 CP-Sil 19CB
moderadamente polar
fenil 50 %
-
OV-17 SP-2250 HP-50+ SPB-50
moderadamente polar
retém aromáticos
trifluoropropil 50%
-
OV-210 QF-1
moderadamente polar
retém compostos carbonílicos
cianopropil 50%
fenil 50%
OV-225 SP-2300 CP-Sil 43CB
polar
retem doadores de elétrons
cianopropil 100%
-
SP-2340 SP-2330 Silar-9 CP
altamente polar
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
Separação de pesticidas - FE = 100 % PDMS
1 - TCNB
2 - Dichloram
3 - Lindano
4 - PCNB
5 - Pentacloroanilina
6 - Ronilano
7 - Antor
8 - pp’-DDE
9 - Rovral
10 - Cypermetrin
11 - Decametrin
Coluna: CP-Sil 5 (25 m x 0,32 mm x 0,12 mm)
TCOL:195oC (6,5 min) / 195oC a 275oC (10oC.min-1)
Amostra: 2mL de solução dos pesticidas “on-column”
17 min
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
Separação de piridinas - FE = 100 % CNpropilsilicone
Coluna: CP-Sil 43CB (10 m x 0,10 mm x 0,2 mm)
TCOL:110oC (isotérmico)
Amostra: 0,1mL de solução 1-2% das piridinas em 3-metilpiridina
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FASES ESTACIONÁRIAS
Famílias de FE Líquidas
Separação de fenóis - FE = fenilmetilsilicones
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais
Separação de isômeros óticos:
Separação de misturas de isômeros óticos só é possível com FE oticamente ativas
=
FE Quirais
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais
FE oticamente ativas mais importantes:
Chiralsil-Val
Derivados de aminoácidos:
Misturas de compostos formadores de pontes de hidrogênio.
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais
Derivados de ciclodextrinas alquiladas:
 - Introduzidas em 1983
 - Quando ligadas a cadeias de polisiloxano: uso extremamente favorável como FE líquida (viscosidade baixa, estabilidade ...)
 - Podem ser quimicamente imobilizadas nas colunas
 - Colunas disponíveis comercialmente
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais: Aplicações
Óleo essencial artificial de limão: separação de terpenos primários
Coluna: Rt-ßDEXsm (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm)
TCOL: 1 min a 40°C / 2°C min-1 / 3 min a 200°C
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais: Aplicações
Aroma de bergamota: distinção entre aroma natural e artificial
Coluna: Rt-ßDEXse (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm)
TCOL: 1 min a 40°C / 4°C min-1 / 200°C
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FASES ESTACIONÁRIAS
FE Quirais: Aplicações
Anfetaminas: resolução dos isômeros
Coluna: Rt-ßDEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm)
TCOL: 1 min a 120°C / 1,5°C min-1 / 3 min A 175°C
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COLUNAS EMPACOTADAS
Definições Básicas
Tubo de material inerte recheado com FE sólida gra-nulada ou FE líquida depositada sobre suporte sólido.
Eficiência maximizada com:
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COLUNAS EMPACOTADAS
FE Líquidas: Suporte
Uso quase universal: TERRA DIATOMÁCEA
secagem
calcinação
fusão com soda
lavagem com ácido
silanização
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COLUNAS EMPACOTADAS
FE Líquidas: Suporte
Chromosorb - características gerais
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COLUNAS EMPACOTADAS
FE Líquidas: Carga de FE
TIPICAMENTE % FE = 1 % a 30 % do recheio
df = f (% FE no recheio)
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COLUNAS CAPILARES
Definições Básicas
Tubo fino de material inerte com FE líquida ou sólida depositada sobre as paredes internas.
Colunas de sílica são revestidas externamente com camada de polímero (poliimida) para aumentar resistência mecânica e química
Colunas Capilares x Empacotadas:
Famílias de Colunas Capilares :
PLOT (Porous layer open tube) Camada de FE sólida presa às paredes internas
SCOT (Support coated open tube) Predes internas revestidas com material de recheio similar ao das colunas empacotadas
WCOT (Wall coated open tube) FE liquida deposida (ligada // entrecruzada) sobre as paredes internas.
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COLUNAS CAPILARES
Diâmetro Interno
 dC =  Eficiência
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COLUNAS CAPILARES
“Fast GC”: Colunas Capilares Finas
Destilação simulada de óleo diesel:
Coluna: HP-1 (1 m x 0.10 mm x 0.40 µm)
TCOL: 35°C / 40°C min-1 / 0,75 min A 310°C
Além de colunas finas:
necessário controle acurado de vazão (controle eletrônico de pressão) e altas velocidades de aquecimento da coluna.
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COLUNAS CAPILARES
Colunas Capilares: Injeção
Injetores com divisão (“splitters”) Sistema pneumático despreza fração da amostra injetada
- Menor sensibilidade (boa parte da amostra é desprezada)
- Divisão da amostra raramente é uniforme (fração purgada dos constituintes menos voláteis é sempre menor)
- Ajuste da razão de divisão é mais uma fonte de erros
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COLUNAS CAPILARES
Large Volume Injection (LVI)
Combinando injetores com temperatura programada, vál-vulas controladas por microprocessador e pré-colunas pode ser feita injeção de grandes volumes (> 100 m L) de amostra
1 Colunas e injetor frios; válvula de purga aberta (solvente é eliminado)
2 Colunas e injetor aquecidos; válvula de purga fechada (constituintes de interesse transferidos para coluna analítica)
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COLUNAS CAPILARES
Large Volume Injection (LVI)
Separação de PAH com LVI (Vinj = 25 mL, solução 400 ppb em CH2Cl2)
Coluna: HP-5 (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm)
TCOL: 5 min a 50°C / 20°C min-1 / 2 min A 320°C
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COLUNAS CAPILARES
Colunas Multicapilares
- Eficiência próxima à das colunas convencionais
- Capacidade similar à das colunas empacotadas
- Colunas mais curtas: análises mais rápidas
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DETECTORES
Definições Gerais
Dispositivos que geram um sinal elétrico proporcional à quantidade eluida de um analito
~ 60 detectores já usados em CG
~ 15 equipam cromatógrafos comerciais
4 respondem pela maior parte das aplicações
DCT TCD
Detector por
Condutividade
Térmica
DIC FID
Detector por
Ionização em
Chama
DCE ECD
Detector por
Captura de
Eletrons
EM MS
Detector Es-pectrométrico de Massas
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DETECTORES
Parâmetros Básicos de Desempenho
QUANTIDADE MÍNIMA DETECTÁVEL Massa de um analito que gera um pico com altura igual a três vezes o nível de ruído
RUÍDO Qualquer componente do sinal gerado pelo detector que não se origina da amostra
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DETECTORES
Parâmetros Básicos de Desempenho
LIMITE DE DETEÇÃO Quantidade de analito que gera um pico com S/N = 3 e wb = 1 unidade de tempo
Mesmo detector, nível de ruído e massa de analito MAS diferentes larguras de base:
LD é independente da eficiência do sistema cromatográfico !
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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.
A constante de tempo do sistema (detector + dispositivos de registro de sinal) igual ou menor a 10% da largura a meia altura (w0.5 ) do pico mais estreito do cromatograma
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DETECTORES
Parâmetros Básicos de Desempenho
SENSIBILIDADE Relação entre o incremento de área do pico e o incremento de massa do analito
Na ausência de erros determinados:
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DETECTORES
Parâmetros Básicos de Desempenho
FAIXA LINEAR DINÂMICA Intervalo de massas dentro do qual a resposta do detector é linear
O fim da zona de linearidade pode ser detectado quando a razão (Área / Massa) diverge em mais de 5 % da inclinação da reta na região linear:
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DETECTORES
Classificação
UNIVERSAIS:
Geram sinal para qualquer
substância eluida.
SELETIVOS:
Detectam apenas substâncias
com determinada propriedade
físico-química.
ESPECÍFICOS:
Detectam substâncias que
possuam determinado elemento
ou grupo funcional em suas
estruturas
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DETECTORES
Detector por Condutividade Térmica
PRINCÍPIO Variação na condutividade térmica do gás quando da eluição de um analito.
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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, gás de arraste puro:
Quando da eluição de um composto com condutividade térmica menor que a do gás de arraste puro:
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DETECTORES
Detector por Condutividade Térmica
Os filamentos do DCT são montados numa ponte de Wheatstone que transforma a diferença de resistência quando da eluição de amostra numa diferença de voltagem:
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DETECTORES
Características Operacionais do DCT
SELETIVIDADE Observa-se sinal para qualquer subs-tância eluida diferente do gás de arraste = UNIVERSAL
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE Dependendo da configuração particular e do analito: QMD = 0,4 ng a 1 ng com linearidade de 104 (ng - dezenas de mg)
VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE O sinal é proporcional à concentração do analito no gás de arraste que passa pela cela de amostra.
Com DCT, a área dos picos cromatográficos é MUITO dependente da vazão do gás de arraste !!!
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DETECTORES
Características Operacionais do DCT
NATUREZA DO GÁS DE ARRASTE Quanto maior a diferença Dl entre a condutividade térmica do gás de arraste puro, lA, e do analito, lX, maior a resposta.
QUANTO MENOR A MASSA MOLECULAR DO GÁS DE ARRASTE, MAIOR A RESPOSTA
Gás de arraste com DCT: He ou H2
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DETECTORES
Características Operacionais do DCT
FATORES DE RESPOSTA Quanto menor a condutividade térmica do analito, maior o sinal.
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DETECTORES
Características Operacionais do DCT
TEMPERATURAS DE OPERAÇÃO Quanto maior a diferença entre a temperatura dos filamentos e do bloco metálico maior a resposta.
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DETECTORES
DCT: Aplicações
1 Separação e quantificação de compostos que não geram sinal em outros detectores (gases nobres, gases fixos)
2 Por ser um detector não-destrutivo, pode ser usado em CG preparativa ou detecção sequencial com dois detectores em “tandem”
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DETECTORES
Detector por Ionização em Chama
PRINCÍPIO Formação de íons quando um composto é queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio
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DETECTORES
Detector por Ionização em Chama
O ar e o H2 difundem para o interior do coletor, onde se misturam ao efluente da coluna e queimam:
Uma diferença de potencial elétrico é aplicada entre o flame tip e o coletor - quando se formam íons na chama, flue uma corrente elétrica:
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DETECTORES
Detector por Ionização em Chama
Química da Chama de Hidrogênio:
Região de quebra Mistura dos gases, pré-aquecimento, início da quebra das moléculas de H2, O2 e dos 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).
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DETECTORES
Características Operacionais do DIC
SELETIVIDADE Seletivo para substâncias que contém ligações C-H em sua estrutura química.
(como virtualmente todas as substâncias analizáveis por CG são orgânicas, na prática o DIC é UNIVERSAL)
Compostos que NÃO produzem resposta no DIC:
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD típicas = 10 pg a 100 pg com linearidade entre 107 e 108 (pg a mg)
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DETECTORES
Características Operacionais do DIC
VAZÕES DE GASES Além do gás de arraste, as vazões de alimentação de ar (comburente) e hidrogênio (combustível) devem ser otimizadas.
O sinal se mantém aproximadamente constante em uma larga faixa de vazões de ar e H2
VARIAÇÕES NAS VAZÕES DE AR E H2 AFETAM APENAS MARGINALMENTE O SINAL = MAIORES REPRODUTIBILIDADE E REPETIBILIDADE
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DETECTORES
Características Operacionais do DIC
TEMPERATURA DE OPERAÇÃO O efeito da temperatura sobre o sinal do DIC é negligenciável.
TRATAMENTO DE SINAL Por causa da baixa magnitude da corrente elétrica gerada (pA a nA) ela deve ser amplificada para poder ser registrada.
1 Flame tip / Chama / Coletor
2 Bateria ou Fonte de CC Voltagens de operação normais de 200 V a 300 V (não variável - valor depende da geometria específica do detector).
3 Amplificador Eletrométrico Deve amplificar o sinal e converter uma corrente variável em uma voltagem variável (pA  mV).
4 Saída de Registro de Sinal
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DETECTORES
Características Operacionais do DIC
FATORES DE RESPOSTA O fator de resposta de um determinado composto é aproximadamente
proporcional ao número átomos de carbono. Presença de heteroelementos diminui o fator de resposta.
Número Efetivo de Carbonos (NEC) Prevê com ~20% de aproximação o fator de resposta de um composto.
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DETECTORES
Detector de Nitrogênio - Fósforo
Modificação do DIC altamente seletiva para compostos orgânicos nitrogenados e fosforados
QMD = 0,4 pg a 10 pg (N) e 0,1 a 1 pg (P)
Pesticidas Triazínicos usando DNP:
1	Desetilatrazina
2	Desisopropilatrazina
3	Atraton
4	Atrazina
5	Trietazina
6	 Secbumeton
7	Sebutilazina
8	Simetrin
9	Dipropretrina
10	Dimetametrina
11	Metroprotrina
(100 pg cada)
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DETECTORES
Detector por Captura de Eletrons
PRINCÍPIO Supressão de um fluxo de eletrons lentos (termais) causada pela sua absorção por espécies eletrofílicas
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DETECTORES
Detector por Captura de Eletrons
1 Anôdo (fonte radioativa b - emissora)
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DETECTORES
Detector por Captura de Eletrons
Mecanismo de Captura de Eletrons
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DETECTORES
Características Operacionais do DCE
FONTE RADIOATIVA O anôdo deve estar dopado com um isótopo radioativo b - ou a- emissor
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DETECTORES
Características Operacionais do DCE
TEMPERATURA DO DETECTOR Dependência do sinal com temperatura de operação bastante significativa
Magnitude e sinal do erro depende do composto analisado !
POLARIZAÇÃO DOS ELETRODOS Vários modos de polarização possíveis
TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGIDAMENTE CONTROLADA
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DETECTORES
Características Operacionais do DCE
GÁS DE ARRASTE Funcionamento do DCE é muito dependente da natureza do gás de arraste
VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE Sinal depende dire-tamente da vazão de gás fluindo no detector
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DETECTORES
Características Operacionais do DCE
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD = 0,01 pg a 1 pg (organoclorados), linearidade ~ 104 (pg a ng)
O DCE É O DETECTOR PREFERENCIAL PARA ANÁLISES DE TRAÇOS DE ORGANOALOGENADOS E SIMILARES
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DETECTORES
Características Operacionais do DCE
SELETIVIDADE / FATORES DE RESPOSTA Valores de S maximizados para compostos eletrofílicos
S típicos (clorobenzeno: S = 1)
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DETECTORES
DCE: Aplicações
Contaminantes em ar atmosférico - detecção paralela DIC + DCE
1, 2, 3 - Hidrocarbonetos aromáticos
4, 5, 6 - Hidrocarbonetos clorados
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ANÁLISE QUALITATIVA
Conceitos Gerais
Para análise qualitativa confiável por CG é recomendável combinação de dados provenientes de pelo menos duas fontes
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ANÁLISE QUALITATIVA
Tempos de Retenção
Fixas as condições operacionais, o tempo de retenção ajustado de um analito é uma constante
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ANÁLISE QUALITATIVA
Tempos de Retenção
Identificação por t’R é muito pouco confiável:
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ANÁLISE QUALITATIVA
Tempos de Retenção
Comparação de t’R usando dopagem (“spiking”) da amostra com o analito suspeito: aumento da confiabilidade de identificação.
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ANÁLISE QUALITATIVA
Índice de Retenção de Kovàts
FUNDAMENTO Os t’R isotérmicos para uma série homóloga de compostos dependem logaritmicamente do número de átomos de carbono na cadeia.
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ANÁLISE QUALITATIVA
Índice de Retenção de Kovàts
O índice de retenção de Kovàts I para um analito é definido por:
Ex.: um analito com I = 874 teria um tempo de retenção ajustado equivalente ao de um n-alcano hipotético com cadeia de 8,74 átomos de carbono
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ANÁLISE QUALITATIVA
Índice de Retenção de Kovàts
REPETIBILIDADE - REPRODUTIBILIDADE Os efeitos de TCOL e FC nos índices de Kovàts são pequenos
Identificação por índices de retenção é muito confiável que comparações baseadas em t’R
ÍNDICE DE RETENÇÀO DE KRATZ Para programação linear de temperatura a relação entre t’R e nC é linear: cálculo dos índices de retenção é modificado
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ANÁLISE QUALITATIVA
Retention Time Locking (RTL)
PRINCÍPIO Em cromatógrafos com: controles pneumáticos e térmicos microprocessados, injetores automáticos e colunas cromatográficas de qualidade excepcional é possível alta repetibilidade nos t’R
O software RTL (Hewlett-Packard) automaticamente ajusta as condições operacionais em um segundo CG para reproduzir os t’R obtidos em um primeiro equipamento
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ANÁLISE QUALITATIVA
Métodos de Detecção Qualitativos
Métodos de detecção que fornecem informações qualitativas sobre os analitos eluídos:
Identificação muito confiável quando combinados a técnicas de identificação baseadas em retenção
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ANÁLISE QUALITATIVA
Espectrometria de Massas
PRINCÍPIO A amostra é fragmentada e ionizada em um padrão característico da espécie química.
3 Os fragmentos iônicos formados são separados magneticamente de acordo com suas massas moleculares e contados:
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ANÁLISE QUALITATIVA
Espectrômetro de Massas
1 Câmara de Ionização Eletrons gerados por um filamento aquecido bombardeam a amostra. Os fragmentos ionizados (carga +1) são repelidos pelo eletrodo positivo e conduzidos ao separador magnético.
2 Saída de Vácuo Todo o interior do EM deve estar sob alto vácuo (natm).
3 Separador Magnético A ação do campo magnético deixa apenas íons com determinada razão Massa / Carga atravessar esta área do equipamento.
4 Detector Uma válvula fotomultiplicadora ou um fotodiodo gera um sinal elétrico proporcional ao número de íons que incide sobre o elemento.
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ANÁLISE QUALITATIVA
Espectro de Massas
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ANÁLISE QUALITATIVA
Acoplamento CG - EM
Interface cromatógrafo - espectrômetro:
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ANÁLISE QUALITATIVA
Acoplamento CG - EM
Sistema de Controle e Aquisição de Dados:
COMPUTADORES RÁPIDOS E COM GRANDE CAPACIDADE DE ESTOCAGEM DE DADOS
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ANÁLISE QUALITATIVA
CG-EM: Geração do Cromatograma
Espectros de massas completos coletados e arquivados em intervalos regulares de tempo
Geração do cromatograma a partir dos espectros:
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ANÁLISE QUALITATIVA
CG-EM: TIC x SIM
Aroma de polpa industrializada de cajá após extração por SPME
TIC
Aparecem os picos correspondentes a todas substâncias eluídas
SIM (m/z = 149)
Cromatograma construido a partir dos mesmos dados acima, mas apenas usando fragementos com massa = 149 (ftalatos: plastificante)
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ANÁLISE QUALITATIVA
Identificação de Eluatos
1 Seleção manual ou automática do espectro de massa correspondente a um eluato.
2 Interpretação manual do espectro e / ou com-paração automática com biblioteca de espectros padrão do equipamento.
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ANÁLISE QUALITATIVA
Identificação de Eluatos
Busca automática em bibliotecas de espectros: comparação estatística ( Probability Based Matching )
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ANÁLISE QUALITATIVA
Emissão Atômica em Plasmas
PRINCÍPIO A amostra é fragmentada num plasma, os fragmentos são excitados e emitem luz ao retornarem aos seus estados fundamentais.
O MONITORAMENTO DA EMISSÃO NOS COMPRIMENTOS DE ONDAS CARACTERÍSTICOS DE CADA FRAGMENTO GERA CROMATOGRAMAS ELEMENTO-ESPECÍFICOS
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ANÁLISE QUALITATIVA
Geração e Sustentação de Plasmas
PLASMA Gás ionizado por aplicação de uma descarga elétrica e sustido por um campo elétrico oscilante
Gás de Suporte: HÉLIO (espécies formadas tem energia suficiente para excitar átomos e fragmentos de não metais)
Sustentação: MICROONDAS (outros tipos de campos elétricos oscilantes não mantém plasmas estáveis de He a pressão atmosférica de forma conveniente)
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ANÁLISE QUALITATIVA
Espectro de Emissão Atômica
Mistura de raias de emissão atômicas e moleculares de frag-mentos do analito e raias de emissão do plasma e impurezas
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ANÁLISE QUALITATIVA
Esquema Típico de um CG-DEA
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ANÁLISE QUALITATIVA
DEA: Geração de Plasma
Uma cavidade ressonante focaliza potência gerada por uma fonte de microondas no interior de uma cela de detecção por onde passa o gás de suporte.
CELA DE DETECÇÃO Tubo de material isolante elétrico e altamente refratário (quartzo, alumina, BN)
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ANÁLISE QUALITATIVA
Interface CG - DEA
Plasmas de He se extinguem pela passagem de grandes quantidades de material (~ 1 m L de líquido vaporizado)
Interface para colunas empacotadas:
Colunas capilares: não há necessidade de diversão.