Aula 4 - Cromatografia Gasosa

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CROMATOGRAFIA
Camila Nunes
2013/1
Centro de Ciência e Tecnologia – CCT
Laboratório de Ciências Químicas – LCQUI
Química Analítica – QUI01109
 Atualmente:
Vendas de equipamentos e acessórios para CG, na maioria das vezes, importados.
1940
1950
1960
“CGS” rudimentar
CGL proposta (Martin e Synge)
Separação de ácidos orgânicos por CGL: primeiro cromatógrafo (Martin e James)
Primeiro equipamento comercial (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)
Cromatografia Gasosa
Histórico
Quais misturas podem ser separadas por CG ?
Misturas cujos constituintes sejam
VOLÁTEIS (=“evaporáveis”)
Misturas substâncias quaisquer que podem ser “arrastadas” por um fluxo de um gás. As substâncias devem 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 sejam termicamente estáveis.
Cromatografia Gasosa
Aplicabilidade
1
2
3
4
6
5
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 destaque: temperatura controlada
Cromatógrafo a Gás
Fase Móvel em CG: NÃO interage com a amostra - 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:
oxida / hidroliza algumas FE
incompatíveis com DCE
H2O, O2
hidrocarbonetos
ruído no sinal de DIC
Instrumentação
Gás de Arraste
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:
He , H2
DCT
DIC
N2 , H2
DCE
N2 (SS), Ar + 5% CH4
CUSTO
PUREZA
A
B
C
A = 99,995 % (4.5)
B = 99,999 % (5.0)
C = 99,9999 % (6.0)
Instrumentação
Gás de Arraste
Requisitos:
Os dispositivos para injeção (INJETORES ou VAPORIZADORES) devem prover meios de introdução INSTANTÂNEA da amostra na coluna cromatográfica
Injeção instantânea:
Injeção lenta:
t = 0
t = x
t = 0
t = x
Instrumentação
Dispositivos de Injeção de Amostras
1
2
3
4
1 - Septo (silicone)
2 - Alimentação de gás de arraste)
3 - Bloco metálico aquecido
4 - Ponta da coluna cromatográfica
Instrumentação
Injetor “on-column” Convencional
1
2
3
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.
Instrumentação
Injetor “on-column” de Líquidos
TEMPERATURA DO INJETOR Deve ser suficientemente elevada para que a amostra vaporize-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
COLUNA
Amostras
Gasosas
Amostras
Líquidas
empacotada
 = 3,2 mm (1/4”)
0,1 ml ... 50 mL
0,2 L ... 20 L
capilar
 = 0,25 mm
0,001 ml ... 0,1 mL
0,01 L ... 3 L
Sólidos: convencionalmente se dissolve em um solvente adequado e injeta-se a solução
Instrumentação
Parâmetros de Injeção
LÍQUIDOS Capacidades típicas: 1 L, 5 L e 10 L
êmbolo
corpo (pirex)
agulha (inox 316)
Microseringa de 10  L:
Microseringa de 1  L (seção ampliada):
corpo
guia
êmbolo (fio de aço soldado ao guia)
agulha
Instrumentação
Microsseringas para Injeção
EMPACOTADA
 = 3 a 6 mm
L = 0,5 m a 5 m
Recheada com sólido pulverizado (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 recobertas com um filme fino (fração de  m) de FE líquida ou sólida
Instrumentação
Colunas: Definições Básicas
Tubo de material inerte recheado com FE sólida granulada ou FE líquida depositada sobre suporte sólido.
MATERIAL
DO
TUBO
ø = 3 mm a 6 mm
L = 0,5 m a 5 m
aço inox
vidro pirex
níquel
TEFLON
Granulometria
do
recheio
80 - 100 mesh
149 - 177 mm
100 - 120 mesh
125 - 149 mm
60 - 80 mesh
177 - 250 mm
MESH
dp
Eficiência maximizada com:
- Diminuição de dC
- Diminuição de dp
- Recheio regular
Limitados pela resistência à passagem de gás de arraste
Colunas Empacotadas
Definições Básicas
Tubo fino de material inerte com FE líquida ou sólida depositada sobre as paredes internas.
MATERIAL
DO
TUBO
ø = 0,1 mm a 0,5 mm
L = 5 m a 100 m
sílica fundida
vidro pirex
aço inox
Nylon
Silcosteel
Colunas de sílica são revestidas externamente com camada de polímero (poliimida) para aumentar resistência mecânica e química
Famílias de Colunas Capilares :
PLOT (Porous layer open tube) Camada de FE sólida presa às paredes internas
SCOT (Support coated open tube) Paredes internas revestidas com material de recheio similar ao das colunas empacotadas
WCOT (Wall coated open tube) FE liquida depositada (ligada // entrecruzada) sobre as paredes internas.
Colunas Capilares
Definições Básicas
1
2
3
4
5
6
1 - Septo;
2 - Entrada de gás de arraste;
3 - “Liner” (misturador);
4 - Coluna Capilar
5 - Purga de gás de arraste;
6 - Válvula de controle de purga.
Baixa capacidade de processamento de amostra (sub-microlitro)
Injeção direta com microseringa muito difícil !!!
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
Colunas Capilares
Injeção
LÍQUIDAS Depositados sobre a superfície de: sólidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou de tubos finos de materiais inertes (colunas capilares)
FE
líquida
SUPORTE
Sólido inerte poroso
Tubo capilar de material inerte
SÓLIDAS 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:
Entrecruzada: as cadeias poliméricas são quimicamente ligadas entre si
Quimicamente ligadas: as cadeias poliméricas são “presas” ao suporte por ligações químicas
Fases Estacionárias
Conceitos Gerais
Características Gerais:
 - Sólidos finamente granulados (diâmetros de partículas típicos de 105 µm a 420 µm).
- Grandes áreas superficiais (até 102 m2/g).
Mais usados:
Polímeros Porosos Porapak (copolímero estireno-divinilbenzeno), 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: DCT
Principais Aplicações:
- Separação de gases fixos
- Compostos leves
- Séries homólogas
Fases Estacionárias
FE Sólidas
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
ADSORÇÃO
Sólidos com grandes áreas superficiais (partículas finas, poros)
Solutos polares
Sólidos com grande número de sítios ativos (hidroxilas, pares de elétrons...)
Fases Estacionárias
FE Sólidas: Adsorção
Maior parte das aplicações em CG moderna
Quatro grandes grupos estruturais:
PARAFINAS Apolares; alta inércia química; praticamente abandonadas. Principais: esqualano (C30H62), Apiezon
(graxas para vácuo).
POLIÉSTERES Ésteres de diálcoois com diácidos. Polares; altamente sensíveis a umidade e oxidação; uso em declínio. Principais: DEGS, EGA, EGS.
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
Fases Estacionárias
FE Líquidas
POLIGLICÓIS Muito polares; sensíveis a umidade e oxidação; ainda muito importantes. Principal: Polietilenoglicol (nomes comerciais: Carbowax, DB-Wax, Supelcowax, HP-Wax, etc.)
Estrutura Química:
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
Fases Estacionárias
FE Líquidas
SILICONES (polisiloxanas) As FE mais empregadas em CG. Cobrem ampla faixa de polaridades e propriedades químicas diversas.
R1, R2 = qualquer
radical orgânico
- 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
Fases Estacionárias
FE Líquidas
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)
ABSORÇÃO
Filmes espessos de FE líquida
Interação forte entre a FE líquida e o analito (grande solubilidade)
Grande superfície líquida exposta ao gás de arraste
Fases Estacionárias
FE Líquidas: Absorção
SELETIVA Deve interagir diferencialmente com os componentes da amostra.
Regra geral: a FE deve ter características tanto quanto possível próximas das dos solutos a serem separados (polar, apolar, aromático ...)
FE Seletiva: separação adequada dos constituintes da amostra
FE pouco Seletiva: má resolução mesmo com coluna de boa eficiência
Fases Estacionárias
Características de uma FE ideal
AMPLA FAIXA DE TEMPERATURAS DE USO Maior flexibilidade na otimização da separação.
BOA ESTABILIDADE QUÍMICA E TÉRMICA Maior durabilidade da coluna, não reage com componentes da amostra
POUCO VISCOSA Colunas mais eficientes (menor resistência à transferência do analito entre fases)
DISPONÍVEL EM ELEVADO GRAU DE PUREZA Colunas reprodutíveis; ausência de picos “fantasma” nos cromatogramas.
Fases Estacionárias
Características de uma FE ideal
Além da interação com a FE, o tempo que um analito demora para percorrer a coluna depende de sua PRESSÃO DE VAPOR (p0).
p0
Estrutura química do analito
Temperatura da coluna
Temperatura
da
coluna
Pressão
de
vapor
Velocidade
de
migração
ANALITO ELUI MAIS RAPIDAMENTE (MENOR RETENÇÃO)
Instrumentação
Temperatura da Coluna
TEMPERATURA DA COLUNA
CONTROLE CONFIÁVEL DA TEMPERATURA DA COLUNA É ESSENCIAL PARA OBTER BOA SEPARAÇÃO EM CG
Instrumentação
Temperatura 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.
Instrumentação
Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno:
FÁCIL ACESSO À COLUNA A operação de troca de coluna pode ser frequente.
AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO RÁPIDO Importante tanto em análises de rotina e durante o desenvolvimento de metodologias analíticas novas.
TEMPERATURA ESTÁVEL E REPRODUTÍVEL
A temperatura deve ser mantida com exatidão e precisão de ± 0,1°C.
Em cromatógrafos modernos (depois de 1980),
o controle de temperatura do forno é totalmente operado por microprocessadores.
Instrumentação
Forno da Coluna
Misturas complexas (constituintes com volatilidades muito diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:
TCOL BAIXA:
- Componentes mais voláteis são separados;
- Componentes menos voláteis demoram a eluir, saindo como picos mal definidos.
TCOL ALTA:
- Componentes mais voláteis não são separados;
- Componentes menos voláteis eluem mais rapidamente.
Instrumentação
Programação Linear de Temperatura
A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separação:
Consegue-se boa separação dos componentes da amostra em menor tempo
TEMPO
TEMPERATURA
tINI
tFIM
TINI
TFIM
R
Parâmetros de uma programação de temperatura:
TINI Temperatura Inicial
TFIM Temperatura Final
tINI Tempo Isotérmico Inicial
tFIM Tempo Final do Programa
R Velocidade de Aquecimento
Instrumentação
Programação Linear de Temperatura
tR
tM
tR’ = tR - tM
TEMPO
SINAL
tR = Tempo de Retenção (tempo decorrido entre a in-jeção 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)
O parâmetro diretamente mensurável de retenção de um analito é o
TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, tR’:
Teoria Básica
Tempo de Retenção Ajustado (tR’)
Coluna cromatográfica: série de estágios independentes onde acontece o equilíbrio entre o analito dissolvido na fase estacionária e no gás de arraste:
Ocorre um “quase-equilíbrio” entre o analito sorvido na FE e dissolvido no gás de arraste.
KC = Constante de Distribuição
[A]S = concentração do analito na FE
[A]M = concentração do analito no gás
MENOR RETENÇÃO !!!
Volatilidade
[A]M
Afinidade pela FE
[A]S
Teoria Básica
Constante de Distribuição (kC’)
Dispositivos que examinam continuamente o material eluído, gerando sinal quando da passagem de substâncias, que não o gás de arraste, proporcional à quantidade do analito.
Gráfico Sinal x Tempo = CROMATOGRAMA
Idealmente: cada substância separada aparece
como um PICO no cromatograma.
Instrumentação
Detectores
~ 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
Detectores
Definições Gerais
SENSIBILIDADE Relação entre o incremento de área do pico e o incremento de massa do analito.
MASSA
ÁREA
Fator de Resposta, S: inclinação da reta Área do pico x Massa do analito
o mesmo incremento de massa causa um maior incremento de área
Sensibilidade
S
Na ausência de erros determinados:
A = área do pico cromatográfico
m = massa do analito
Detectores
Parâmetros Básicos de Desempenho
UNIVERSAIS:
Geram sinal para qualquer
substância eluída.
SELETIVOS:
Detectam apenas substâncias
com determinada propriedade
físico-química.
ESPECÍFICOS:
Detectam substâncias que
possuam determinado elemento
ou grupo funcional em suas
estruturas
Detectores
Classificação
PRINCÍPIO Variação na condutividade térmica do gás quando da eluição de um analito.
Cela de Detecção do DCT:
1
2
3
5
4
i
1 Bloco metálico (aço)
2 Entrada de gás de arraste
3 Saída de gás de arraste
4 Filamento metálico (liga W-Re) aquecido
5 Alimentação de corrente elétrica para aquecimento do filamento
A taxa de transferência de calor entre um corpo quente e um corpo frio depende da condutividade térmica do gás no espaço que separa os corpos
Se a condutividade térmica do gás diminui, a quantidade de calor transferido também diminui - o corpo quente se aquece.
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:
CELAS DA AMOSTRA
CELAS DE REFERÊNCIA
CORTE SUPERIOR
CELAS DA
AMOSTRA
CELAS DE REFERÊNCIA
CORTE LATERAL
Quando da eluição de um composto com condutividade térmica menor que a do gás de arraste puro:
Diferença de resistência elétrica entre os filamentos de amostra e referência
Filamentos nas celas de amostra se aquecem
Resistência elétrica dos filamentos nas celas de amostra aumenta
Filamentos nas celas de referência não se aquecem
Resistência elétrica dos filamentos nas celas de referência fica constante
Detectores
Detector por Condutividade Térmica
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”
Coluna: CP Sil 5CB
(50 m x 0.32 mm x 5 µm)
Gás de Arraste: He @ 3 ml.min-1
TCOL: 40°C
Detector: DCT
1 N2		2 CH4
3 CO2		4 n-C2
5 NH3		6 n-C3
7 i-C4		8 n-C4
Separação de Gases Fixos e Hidrocarbonetos:
Detectores
DCT: Aplicações
PRINCÍPIO Formação de íons quando um composto é queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio
O efluente da coluna é misturado com H2 e O2 e queimado. Como numa chama de H2 + O2 não existem íons, ela não conduz corrente elétrica.
Quando um composto orgânico elui, ele também é queimado. Como na sua queima são formados íons, a chama passa a conduzir corrente elétrica
Detectores
Detector por Ionização em Chama
COLETOR
FLAME TIP
BLOCO
AR
H2
COLUNA
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, flui uma corrente elétrica:
Detectores
Detector por Ionização em Chama
Química da Chama de Hidrogênio:
Incandescência
Reação
Quebra
Estrutura da chama
três regiões básicas
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).
Queima de substâncias com ligações C-H
CH + O  CHO+ + e-
1 íon formado a cada ~105 átomos de C queimados
Queima de H2
Formam-se apenas radicais !!!
Detectores
Detector por Ionização em Chama
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:
Gases nobres
H2, O2, N2
CO, CO2, CS2
CCl4, peralogenados
NH3, NxOy
SiX4 (X = halogênio)
H2O
HCOOH, HCHO *
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD típicas = 10 pg a 100 pg com linearidade entre 107 e 108 (pg a mg)
DIC
DCT
N2
CH4
CO2
O2
Detectores
Características Operacionais DIC
Modificação do DIC altamente seletiva para compostos orgânicos nitrogenados e fosforados
Pérola de sal de metal alcalino:
RbCl (normal), KCl
Seletividade S para fosforados ou nitrogenados: 10.000 x - 100.000 x em relação a hidrocarbonetos similares
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)
Detectores
Detector de Nitrogênio-Fósforo
PRINCÍPIO Supressão de um fluxo de eletrons lentos (termais) causada pela sua absorção por espécies eletrofílicas
Um fluxo contínuo de eletrons lentos é estabelecido entre um anôdo (fonte radioativa 
b -emissora) e um catodo.
Na passagem de uma substância eletrofílica alguns eletrons são absorvidos, resultando uma supressão de corrente elétrica.
Detectores
Detector por Captura de Elétrons
1
2
3
4
5
1 Anôdo (fonte radioativa b - emissora)
2 Saída de gases
3 Catodo
4 Cavidade
5 Coluna cromatográfica
Detectores
Detector por Captura de Elétrons
PRINCÍPIO A amostra é fragmentada e ionizada em um padrão característico da espécie química.
1 Moléculas da amostra são bombardeadas por elétrons (electron impact = EI) ou íons (chemical ionization = CI):
ABCDE + e-  ABCDE.+ + 2 e-
2 O íon formado se fragmenta:
ABCDE.+  AB. + CDE+
ABCDE.+  AB+ + CDE.
ABCDE.+  A+ + BCDE.
3 Os fragmentos iônicos formados são separados magneticamente de acordo com suas massas moleculares e contados:
ABUNDÂNCIA
MASSA / CARGA
O gráfico do número de íons formados em função da razão Massa / Carga dos íons é o ESPECTRO DE MASSAS do analito
Detectores
Detector Espectrômetro de Massas
1
2
3
4
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.
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.
Detectores
Detector Espectrômetro de Massas
m/Z = 118
m/Z = 80
m/Z = 79
- CO
- (CO + H)
m/Z = 90
20
40
60
80
100
120
0
m / Z
Detectores
Espectro de Massas
Fontes de Informações Qualitativas
RETENÇÃO Uso de dados de retenção de um analito para sua identificação
DETECÇÃO Detectores que fornecem informações estruturais sobre as substâncias eluídas
Identificação individual das espécies contidas na amostra
Determinação da identidade da amostra propriamente dita
Aplicações Qualitativas de CG
Para análise qualitativa confiável por CG é recomendável combinação de dados provenientes de pelo menos duas fontes
Análise Qualitativa
Conceitos Gerais
t’R
Interações analito / FE
Pressão de vapor do analito
Condições operacionais (TCOL, FC ...)
Fixas as condições operacionais, o tempo de retenção ajustado de um analito é uma constante
AMOSTRA
PADRÃO
Comparação de cromatogramas da amostra e de uma solução padrão do analito suspeito
Análise Qualitativa
Tempos de Retenção
Por definição chamamos de TEMPO DE RETENÇÃO, tr, de uma substância ao tempo decorrido do instante em que a amostra foi introduzida até o instante do máximo do pico.
tR
tM
tR’ = tR - tM
TEMPO
SINAL
Cromatografia
Tempo de Retenção
Na separação cromatográfica, a velocidade de eluição das espécies químicas presentes na amostra é diferente.
Essa velocidade depende da constante de equilíbrio durante o processo de distribuição dos solutos entre a fase móvel e a fase estacionária.
 Os valores de Kc afetam a separação dos componentes de uma amostra.
• Kc é alterada com o tipo (e volume) das fases móvel e/ou estacionária.
Cromatografia
Tempo de Retenção
Uma separação total das espécies é possível se a coluna for suficientemente longa. 
Cromatografia
Tempo de Retenção
Fatores que afetam o tempo de retenção:
 Constante de distribuição (Kc);
 Vazão da fase móvel;
 Temperatura da coluna.
Cromatografia
Tempo de Retenção
Quando se deseja quantificar um determinado composto em uma amostra.
COMO???
Calibração
Preparação de uma série de soluções padrão cuja composição se aproxima daquela da amostra. 
As áreas ou as alturas dos picos são relacionadas com a concentração de cada padrão.
Curva de calibração (ou analítica)
Cromatografia
Análise Quantitativa
Uma curva de calibração é válida somente para o conjunto de condições nas quais ela foi obtida.
Curva de calibração
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método
de calibração – Padrão externo
Compara a resposta para o analito de interesse em uma amostra com as respostas obtidas para soluções de concentrações conhecidas preparadas a partir de um padrão.
Curva de calibração:
Respostaanalito X Concentração 
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão externo
Exemplo 1 - Um grupo de alunos de uma universidade tiveram a necessidade de quantificar o eugenol presente no óleo de cravo-da-índia que foi obtido em uma aula experimental. Preparam os padrões que foram, por sua vez, analisados por cromatografia gasosa. As concentrações dos padrões e as áreas correspondentes estão nas tabelas abaixo.
Tabela 1. Preparação dos padrões.
Tabela 2. Resultados da injeções dos padrões.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão externo
Exemplo 1 - a) Qual seria a curva de calibração para o eugenol?
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão externo
Exemplo 1 - b) A amostra de óleo de cravo-da-índia foi injeta por quatro analistas diferentes e os resultados se encontram na tabela abaixo. Qual a concentração do eugenol na amostra?
Tabela 3. Resultados obtidos por diferentes analistas.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Área média: 61518,25
Método de calibração – Padrão interno
Preparo de soluções padrão de concentrações conhecidas do analito de interesse com adição de uma quantidade determinada de outra substância padrão, chamada padrão interno.
Curva de calibração:
Respostaanalito Interesse / Respostapd. Interno X Concentração 
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão interno
Escolha do padrão interno:
A substância escolhida como tal deve:
 Ser similar ao analito a ser quantificado;
 Ter tempo de retenção próximo a esta substância;
 Não reagir com componentes da amostra;
 Não fazer parte da amostra;
 Para métodos cromatográficos, não co-eluir com demais compostos da amostra.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão interno
Exemplo 2 - O mesmo grupo de alunos do exemplo 1, não satisfeitos com os resultados obtidos, resolveram preparar uma curva de calibração para o eugenol utilizando o método do padrão interno. Para isso, refizeram os padrões e amostra com a adição de uma quantidade conhecida de carvona (1,84 g.L-1) (padrão interno). Os resultados estão expostos abaixo.
Tabela 4. Resultados da injeções dos padrões.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão interno
Exemplo 2 – a) Como seria construída a curva de calibração para este método?
Tabela 4. Resultados da injeções dos padrões.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Método de calibração – Padrão interno
Exemplo 2 – b) E para este método? Qual seria a concentração do eugenol?
Tabela 5. Resultados da injeções obtidos por diferentes analistas.
Cromatografia
Análise Quantitativa
Razão média: 0,632
CONSEQUÊNCIA: pode comprometer a eficiência da separação cromatográfica:
 Analitos com retenções próximas: separação deficiente;
 Picos mais largos e menos intensos = menor detectabilidade.
EFICIÊNCIA: Capacidade de eluição com o mínimo de 
dispersão do analito.
Cromatografia
Alargamento da Banda Cromatográfica
O que faz com que o alargamento das bandas aconteça??
Cromatografia
Alargamento da Banda Cromatográfica
O desempenho, ou eficiência, da coluna está relacionado com dois termos:
 número de pratos teóricos (N);
 altura do prato (H).
Onde: L = comprimento da coluna em cm
O desempenho da coluna aumenta com o aumento do número de pratos e a diminuição da altura destes.
Cromatografia
Pratos Teóricos – Desempenho da Coluna
 Considera que a coluna é constituída em camadas estreitas e contínuas (“pratos”), onde ocorre o equilíbrio do soluto entre FE e FM;
 O movimento do soluto através da coluna = transferência da FM em equilíbrio entre pratos subsequentes.
Cromatografia
Pratos Teóricos – Desempenho da Coluna