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cromatografia relatorio analise de cachaças

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INTRODUÇÃO
Segundo a International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), a cromatografia é uma técnica utilizada na separação dos componentes de uma amostra, distribuidos em duas fases, uma estacionária e a outra móvel. A fase estacionária pode ser um sólido, um líquido retido sobre um sólido. A fase móvel pode ser líquida ou gasosa que passa sobre a fase estacionária, arrastando consigo os componentes da mistura.
A técnica foi descoberta pelo botânico italiano Mikahail Tswettn em 1906. Tswett separou clorofilas adicionando um extrato de folhas verdes em éter de petróleo sobre uma coluna com carbonato de cálcio em pó, o que demonstrou pela primeira vez a adsorção como um método de separação. O resultado desse processo foi um gradiente horizontal de cores, a esse gradiente deu-se o nome de cromatograma. (STROBEL, 1973).
Por ser um método analítico relativamente simples e muito versátil, a cromatografia é comumente usada para analisar, quantificar, purificar e identificar compostos. Por causa de tais características é empregada em várias áreas de atribuição do controle de qualidade. Desde a determinação da porcentagem do princípio ativo até em estudos de estabilidade e degradação de um produto, usar tal técnica permite obter resultados em curto espaço de tempo, com alta precisão e exatidão.
TIPOS DE CROMATOGRAFIA
Esquema 1: tipos e cromatografia 
CROMATOGRAFIA PLANAR
cromtografia em papel(CP)
é uma técnica de partição líquido–líquido, estando um deles fixado a um suporte sólido. Baseia-se na diferença de solubilidade das substâncias entre duas fases imiscíveis, sendo geralmente a água um dos líquidos. O solvente é saturado em água e a partição se dá devido à presença de água no (papel de filtro). Este método, embora menos eficiente que a CCD, é muito útil para a separação de compostos polares, sendo largamente usado em bioquímica.
Cromatografia em Camada Delgada (CCD)
A cromatografia em camada delgada (CCD) é uma técnica de adsorção líquido–sólido. Nesse caso, a separação se dá pela diferença de afinidade dos componentes de uma mistura pela fase estacionária.
O parâmetro mais importante a ser considerado em CCD é o fator de retenção (Rf).
 Esse relatório, no entanto, se aprofundará na cromatografia em coluna, especificamente na coluna gasosa e liquida de alta eficiência(CLAE). A proposta é estudar os conceitos envolvidos, o funcionamento e principais detectores.
Importante aspecto a observar quando se fala em coluna cromatográfica é a eficiência dela. E nesse contexto surge o conceito de “pratos teóricos”, que nada mais é do que um método de quantificar essa eficiência. Supondo que na coluna ocorram transferências sucessivas estabelecendo assim um equilíbrio termodinâmico entre o analito, a fase estacionaria e o gás de arraste, cada estagio de equilibrio é um “prato teorico”. O nome é alusão aos pratos utilizados no porcesso de destilação.
Dois termos são amplamente usados em medidas quantitativas de eficiência de coluna 
cromatográfica: (1) Altura equivalente a um prato teórico, H e (2) número de pratos N. Os dois termos estão relacionados pela seguinte equação:
 
 N=L/H
teóricos, N. Os dois termos estão relacionados pela equaçã
teóricos, N. Os dois termos estão relacionados pela equação 
 =

 
Onde L é o comprimento da coluna empacotada. A eficiência da coluna cromatográfica 
aumenta à medida que o número de pratos se torna maior e que a altura do prato diminui 
Há também uma relação entre tipos de coluna e tamanho dos pratos, essa relação é quantificada pela equação de van deemter. 
 
H = A +B/u + Cu
Onde H é a altura do prato, u é a velocidade linear da fase móvel cm/s e as grandezas 
A, B e C são coeficientes relacionados respectivamente com os fenômenos caminhos 
múltiplos de fluxo1, difusão longitudinal2 e transferência de massa entre fases3.
 São os múltiplos caminhos que a molécula encontra durante seu percurso na coluna,;
Soluto difunde, alargando lentamente a banda com difusão das moléculas da região de maior concentração para as de menor concentração, essa difusão ocorre ao longo do eixo da coluna;
Esse termo surge porquê o equilíbrio entre a fase móvel e a estacionária é estabelecido tão lentamente que uma coluna cromatográfica sempre opera sob condições de não-equilíbrio. Consequentemente, moléculas do analito são arrastadas para a frente antes de terem tempo para entrar em equilíbrio com a fase estacionária e de ficarem retidas.
CROMATOGRAFIA EM COLUNA
 
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CROMATOGRAFIA LIQUIDA DE ALTA EFICIÊNCIA 
A CLAE é uma técnica físico-química de separação de compostos em que a amostra é introduzida no equipamento através de um injetor. Utiliza colunas metálicas (normalmente) e pressões elevadas para a fase móvel, obtidas com o auxílio de uma bomba de alta pressão. É necessario que a amostra seja soluvel na fase movel escolhida.O mecanismo de separação é a partição.
A versatilidade desta técnica reside no grande número de fases estacionárias existentes, as quais possibilitam análises e separações de uma ampla gama de compostos com alta eficiência. Tem sido utilizada em várias áreas da ciência, no acompanhamento de sínteses, em análises de pesticidas, feromônios, no isolamento de produtos naturais e sintéticos e na produção e controle de qualidade de medicamentos, dentre tantas outras aplicações. Segue um esquema dos componentes basicos numa CLAE:
figura 2: equipamento básico de um cromatógrafo liquido de alta eficiência 
O detector mais utilizado para separações por CLAE é o detector de ultravioleta7, há tambem o detector de indíce de refração8. O registro de dados pode ser feito através de um registrador, um integrador ou um microcomputador.
Detectores de UV-visível: apresentam o mais baixo custo, aceitam o uso de gradiente e geralmente não são afetados por pequenas mudanças de fluxo e temperatura. Ele consiste em um fotômetro que mede a absorção de luz dos compostos, em certo comprimento de onda, compreendido entre as regiões visível e ultravioleta.
O princípio da detecção por UV-vis pode ser definido através da concentração do analito relacionada à fração da luz transmitida pela célula do detector pela lei de Beer-Lambert:
 A = Log (I0 / I ) = b.c. ε,
 Onde: A é absorbância, I0 é a intensidade de incidência da luz, ε absortividade molar da substância, b é o comprimento de onda e c é concentração da amostra.
Detector de índice de refração: é conhecido como detector universal por apresentarem resposta para qualquer espécie de amostra. A análise baseia-se na mudança do índice de refração do eluente por causa dos componentes da amostra. Quanto maior a diferença do índice de refração da fase móvel e o componente da amostra, mais intenso é o sinal. Pode ser empregado em separações preparativas e nas análises de macromoléculas em cromatografia de exclusão por tamanho.
CROMATOGRAFIA GASOSA
A cromatografia gasosa é um método físico de separação dos componentes de uma mistura através de uma fase gasosa móvel, sobre um solvente estacionário. é utilizada para a separação de compostos voláteis, isto é, os analitos devem apresentar uma razoável pressão de vapor à temperatura de separação, uma vez que a coluna é colocada dentro de um forno, o que exige estabilidade térmica da amostra. 
Existe ainda a cromatograia em camada gasosa de alta resolução(CGAR), a principal diferença entre esse metodo e o CG está na coluna. Colunas de CGAR são maiores em comprimento, menores em diâmetro, possuem a fase líquida como um filme aplicado diretamente às paredes do tubo da coluna e são mais eficientes. A figura abaixo mostra a configuração tipica de uma CG.
 Figura 1: comfigruração de um cromatografo à gás 
Os principais detectores desse metodo são os detectores de ionização de chama6, de condutvidade térmica7 e de captura de elétrons8. Os dados podem ser obtidos através de um registrador potenciométrico,um integrador ou um microcomputador.
Detector de ionização de chama (DIC): é composto por uma chama de (H2) e ar, e um prato coletor. O eluente passa da coluna do CG através da chama, que divide em moléculas orgânicas e produz íons. Um eletrodo negativo recolhe os íons e produzem um sinal elétrico. Sua sensibilidade é alta e com uma faixa dinâmica grande. Sua desvantagem principal é que destrói a amostra. Os detectores por ionização de chama são usados para detectar hidrocarbonetos. A principal vantagem é oferecer uma leitura rápida, precisa e contínua da concentração total de hidrocarbonetos para baixos.
Detector de condutividade termica(DCT): baseia-se a condutividade termica dos materiais. O corpo do detector é aquecido e pequenos filamentos são acrescentados aos canais de fluxo, por um passa o gás de arraste e o outro é o canal do analito.
O circuito é balanceado pelo gas puro e através de ambos os canais os filamentos perdem calor de forma constante. Quando moleculas do soluto passam no canal da amostra a perda de calor é modificada, ou seja, a velociade com que o sitema perde calor é diminuida e esssa desestabiização é registrada na forma de picos no cromatograma.
A tecnica é comumente usada na analise de gases inorganicos, a vantagem desse tipo de detector é o fato de ser classificado como não destrutivo, diferentemente do DIC que destroi a amostra.
 Detector de captura de elétron(DCE): Detector seletivo e não destrutivo que se trata de um dos detectores mais populares devido a sua alta sensibilidade e utilidade para análise de uma grande quantidade de compostos com atividade tóxica e biológica. Responde bem aos haletos, nitratos, nitrilas, peróxidos, anidridos e organometálicos e é praticamente insensível a hidrocarbonetos, álcoois e cetonas. O principio de detecção usado é o decaimento de isotopos radioativos que produzem partículas beta. 
PRINCIPAIS COLUNAS CROMATOGRÁFICAS 
As colunas podem ser do tipo tubular e aberta, capilares ou empacotadas. As tubulares podem ser abertas com parede revestida por capilares recobertos com uma fina camada de fase estacionária, ou aberta com suporte recoberto com a superfície interna do capilar coberta por um filme fino de um material suporte. No tipo empacotada, os tubos são empacotados com fase estacionária de material uniforme, finamente dividida. 
Como o próprio nome sugere, ambas as técnicas (CGAR e CLAE) ocorrem em colunas. No entanto cada uma delas possuem especificidades quanto ao tipo de coluna que melhor se aplica ao processo. Por exemplo, na CG as mais utilizadas são: Carbowax, Porapak, DB-1 e DB-5, já na CLAE é comum utilizar a C-8 e C-18. No caso da carbowax e da porapak, ambas são empacotadas, feitas de tubos de aço inox, com fase estacionaria de polietilenoglicol.
As colunas DB-1 e DB-5 são capilares, para uso geral, pouco polares, suportam altas temperaturas, com baixo sangramento e servem para analisar hidrocarbonetos, fenóis, pesticidas compostos sulfurados e halogenados. Talvez a principal diferença entre elas esteja na fase estacionaria, na DB-1 é composta 100% de dimetilpolisioxano enquanto a DB-5 contém 5% de fenil. 
As colunas C-8 e C-18, são colunas que se baseiam na polaridade do analito. Enquanto a coluna de C-8 tem afinidade por solutos pouco ou altamente polares, como peptídeos e esteroides, coluna de C-18, possui afinidade por solutos apolares ou moderadamente polares, entre eles: hidrocarbonetos aromáticos, ácidos graxos e alguns tipos de fármacos.
ESTUDO DE CASO
Em laboratório fora feita analise de três cachaças, utilizando da técnica de cromatografia gasosa, usando a coluna carbowax de 60m de comprimento, 0,25mm de diâmetro interno, 1µm de espessura com fase estacionaria de polietilenoglicol. A injeção fora feita com 2µL de amostra, pelo método Split, temperatura inicial de 65°C durante 1’11”, registrando temperatura final de 95°C, portanto um aquecimento de 15°C/min e com vazão do hidrogênio de 20 ml/minuto. Após devida analise, as áreas obtidas nos cromatograma estão expostas na tabela abaixo.
Tabela 1
Multiplicando as áreas obtidas pelos valores da relação concentração/área previamente calculados e multiplicando-os por 0,4(percentual de álcool nas cachaças), alcançamos os valores abaixo:
Tabela 2 
Baseados na instrução normativa (IN13)9 do MAPA, alguns analitos ultrapassaram os valores máximos permitidos. Segue abaixo possíveis causas e suas respectivas soluções para que as cachaças possam se adequar ao padrão. 
Tabela 3 
Acetaldeído: A principal via de formação do acetaldeído durante o processo de envelhecimento da cachaça é a oxidação química do etanol.
A presença de aldeídos em bebidas alcoólicas, em quantidades elevadas, pode causar dores de cabeça, náuseas, confusão mental, queda de pressão sanguínea, entre outros sintomas. A importância do controle do acetaldeído deve-se principalmente ao fato de que a Agência Internacional para Pesquisas sobre o Câncer (IARC) classifica esta substância como possível carcinogênico para humanos e o associa à formação de câncer de esôfago após ingestões de grandes quantidades de bebidas alcoólicas. Além da questão toxicológica, a presença de acetaldeído e álcoois superiores em altas concentrações também prejudicam a qualidade sensorial da bebida, então uma solução possivel talvez, seja diminuir o tempo de fermentação da cachaça 1, afim de diminuir a concentração de acetaldeido.
Metanol: É originado da degradação da pectina, um polissacarídeo presente na cana-de-açúcar. É um álcool particularmente indesável na cachaça, pois, sua ingestão mesmo que em quantidades reduzidas, por longos períodos de consumo, pode ocasionar cegueira e morte. Portanto, ressalta-se a importância do preparo do caldo de cana, através da retirada de impurezas, com sistemas de filtração e decantação, a fim de evitar a presença de bagacilhos no material a ser fermentado, evitando tambem altos indices de metanol.
Álcool superiores: Os álcoois superiores são produtos metabólicos decorrentes do crescimento das leveduras e do aproveitamento de aminoácidos como fonte de nutrientes amoniacais. Sua formação é também influenciada pelas condições do meio de fermentação, da quantidade e viabilidade do inóculo, da temperatura e do teor alcoólico do vinho. 
N-butanol: O principal fator para formação de 1-butanol em cachaças é a contaminação por bactérias acetobutílicas durante o processo de fermentação. Então uma solução viável para a produção adequada da cachaça 3 seja não deixar a cana-de-açúcar próxima a estábulos e locais de ordenha.
CONCLUSÂO
Em virtude dos fatos mencionados, fica claro que a cromatografia é um método analítico versátil e relativamente simples. Por se basear em conceitos básicos da química a cromatografia, seja ela planar ou em coluna, é um método seguro, eficaz e preciso quando trata-se de caracterizar o analito em questão. Seja no controle de qualidade de um produto ou em sínteses complexas, a técnica é fundamental no trabalho de um químico.
múltiplos de fluxo, difusão longitudinal e transferência de massa entre fases. 
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