aula_cromatografia 1

Prévia do material em texto

PRINCÍPIOS DE QUIMICA ANALÍTICA 
CROMATOGRAFIA 
Profa. Valéria Regina Bellotto 
CROMATOGRAFIA 
Introdução 
 Descrição geral da cromatografia 
Classificação dos métodos cromatográficos 
Eluição em coluna cromatográfica 
Cromatogramas 
 Resolução do cromatograma 
 Variáveis - taxa de migração e alargamento da banda 
Eficiência das colunas 
Instrumentação e aplicações da cromatografia 
 Cromatografia Gasosa (CG) 
 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) 
Cromatografia - Histórico 
• Michael Tswett (1903): Separação de misturas de 
pigmentos vegetais em colunas recheadas com 
adsorventes sólidos e solventes variados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
éter de 
petróleo 
CaCO3 
mistura de 
pigmentos 
pigmentos 
separados 
Cromatografia = kroma [cor] + graph [escrever] (grego) 
Cromatografia - Princípios 
Cromatografia 
Introdução 
Descrição geral da cromatografia 
A cromatografia engloba um diversificado e importante grupo de métodos 
que permitem separar, identificar e quantificar componentes de uma 
mistura complexa. 
Em todas as separações cromatográficas tem-se: 
FASE MÓVEL 
 
FASE ESTACIONÁRIA (líquido ou sólido) 
Gás, líquido ou fluido supercrítico 
(solvente que percorre a coluna) 
Imobilizada em coluna ou 
sobre superfície plana 
Cromatografia 
Classificação dos métodos cromatográficos 
Dois tipos de classificação: 
1. baseada no meio físico de contato entre as fases móvel 
e estacionária; 
2. baseada nos tipos das fases móveis e estacionárias 
empregadas e no tipo de equilíbrio envolvido na 
transferência de solutos entre as fases ( classificação 
mais fundamental) 
Cromatografia 
1. Classificação segundo o meio físico de 
contato entre as fases 
CROMATOGRAFIA EM COLUNA 
CROMATOGRAFIA PLANAR 
(cromat. de camada delgada, cromat. em papel 
e eletrocromatografia) 
Cromatografia - Princípios 
• Cromatografia em coluna – separação de diferentes 
substâncias pelo tempo de retenção (velocidade de 
interação) com a fase estacionária 
Cromatografia em coluna 
DETECTOR 
COLUNA 
RECHEA
DA 
S
IN
A
L
 
TEMPO 
Amostra Fase móvel 
Cromatografia planar 
• Cromatografia em papel; 
• Cromatografia em Camada 
Delgada (CCD) ou cromatografia 
em camada fina: 
▫ separação em placa; 
▫ usa-se lâmina de vidro ou de 
plástico revestida por uma fina 
camada de material adsorvente 
(óxido de alumínio, sílica-gel, 
carvão ativado, óxido de magnésio, 
carbonato de cálcio, amido, 
sacarose) 
Cromatografia planar 
dR1 
dR2 
dR3 
linha de partida 
 da fase móvel 
linha de chegada 
da fase móvel 
dm 
profundidade da fase móvel 
Cromatografia 
2. Classificação segundo o tipos de fase 
móvel e estacionária e tipo de equilíbrio 
(mecanismo de separação) 
3 categorias gerais: 
CROMATOGRAFIA LÍQUIDA; 
CROMATOGRAFIA GASOSA E 
CROMATOGRAFIA SUPERCRÍTICA 
Baseadas na natureza da fase móvel 
Mecanismos de separação 
 
• Físicos: adsorção e partição 
 
• Mecânicos: exclusão molecular 
 
• Químicos: troca iônica e afinidade 
Cromatografia 
Tabela 1. Segundo os tipos de fase móvel e estacionária e tipo de equibíbrio 
Pode ser realizada tanto em 
coluna como em superfície plana 
Fonte: SKOOG et al, 2006 
Cromatografia 
Eluição em coluna cromatográfica 
A eluição é um processo no qual os solutos são lavados através da fase 
estacionária pelo movimento da fase móvel (chamada de eluente). 
Conceitos e terminologia 
Eluente é um solvente empregado para transportar os componentes de 
uma mistura através de uma fase estacionária. 
A fase móvel que deixa a coluna é chamada de eluato. 
Fonte: SKOOG et al, 2006 
Eluição em coluna cromatográfica 
Definições 
• Cromatograma: resposta do detector como uma 
função do tempo (ou do volume de eluição) em 
uma separação cromatográfica. 
 
Cromatograma gasoso 
Cromatografia 
Cromatogramas 
Posição do pico no eixo do tempo: usadas para identificar os 
componentes da amostra 
Áreas sob os picos: fornecem uma medida quantitativa de uma 
função da concentração de cada um dos componentes da amostra 
Definições 
• Tempo e volume de retenção 
tR 
tM 
Tempo 
Si
n
al
 
tR: tempo de retenção do analito, 
distância percorrida pela substância 
desde o instante da injeção da amostra 
até o máximo do pico (observado pelo 
detector). 
tM: tempo morto ou tempo de retenção 
da fase móvel. Componente que não 
interage com a fase estacionária. 
VR’ = VR - VM 
tR’ = tR - tM 
tR 
tM 
Tempo 
S
in
a
l 
tR’ 
tR’ = Tempo de Retenção Ajustado 
(tempo médio que as moléculas do 
analito passam sorvidas na FE) 
Definições 
• Tempo e volume de retenção ajustados 
Tempo de Retenção Ajustado, tR‘ - 
Parâmetro diretamente mensurável de retenção de 
um analito. 
Definições 
• Fator de retenção, k: parâmetro experimental 
empregado para comparação das velocidades de 
migração de solutos em colunas. 
tR 
tM 
Tempo 
S
in
a
l tR’ 
𝑘𝐴 =
𝑡𝑅 − 𝑡𝑀
𝑡𝑀
=
𝑡𝑅′
𝑡𝑀
 
• kA 1 significa que o soluto emerge da coluna em um tempo próximo daquele de 
retenção da FM 
• kA > 20-30 – tempo de eluição muito longos 
• Ideal: 1 < kA < 5. 
(tR)B 
tempo 
(tR)A 
S
in
a
l 
A B C injeção 
Definições 
• Fator de seletividade: razão entre as constantes 
de distribuição do soluto mais retido (B) e a do 
menos retido (A). 
▫ Fornece uma medida de quão bem a coluna vai 
separá-los. 
𝛼 =
𝐾𝐵
𝐾𝐴
=
𝑘′𝐵
𝑘′𝐴
=
𝑡𝑅′ 𝐵
𝑡𝑅′ 𝐴
 
  sempre maior que a unidade 
Definições 
• A distribuição de um analito entre a fase estacionária e a 
fase móvel: 
 
• No equilíbrio os analitos se aproximam de um equilíbrio 
local, que ocorre no centro de seus picos 
cromatográficos. 
 
 
 
▫ Substância que apresenta forte interação com a fase estacionária, 
terá grande KD – grande tempo de retenção. 
 
𝐾𝐷 =
𝑎𝐴 𝐸
𝑎𝐴 𝑀
=
𝐶𝐸
𝐶𝑀
 
𝐴𝑚ó𝑣𝑒𝑙 ↔ 𝐴𝑒𝑠𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛á𝑟𝑖𝑎 
Eficiência de separação 
• Separação de duas ou mais substâncias por 
cromatografia exige diferenças significativas em seus 
tempos de retenção. 
 
• Dois fatores contribuem para que os compostos sejam 
bem separados pela cromatografia: 
▫ Resolução dos picos (distância entre os picos): 
quanto mais afastados, melhor a separação 
 
▫ Alargamento dos picos (largura dos picos): quanto 
mais largos os picos, pior a separação. 
Cromatografia 
Cromatogramas 
Resolução de um cromatograma 
Depende da eficiência da coluna como dispositivo 
de separação 
Parâmetros importantes: 
Velocidade de separação das bandas e 
Alargamento das bandas 
Resolução de picos 
• Medida quantitativa da sua habilidade em separar os 
analitos A e B. 
𝑅𝑠 =
∆𝑡𝑅
𝑊 𝑏
=
∆𝑍
𝑊𝐴
2 +
𝑊𝐵
2
=
2∆𝑍
𝑊𝐴 +𝑊𝐵
=
2 𝑡𝑅 𝐵 − 𝑡𝑅 𝐴
𝑊𝐴 +𝑊𝐵
 
Medidas de largura de banda: 
• Largura w na linha de base entre as tangentes traçadas 
• Largura w1/2 medida na altura igual à metade da altura de 
pico 
Resolução de picos 
• O soluto que se move através da coluna tende a se 
dispersar de acordo com uma distribuição gaussiana, 
com desvio padrão  
𝑅𝑠 =
∆𝑡𝑅
𝑤 
=
0,589∆𝑡𝑟
𝑤1/2
 
Pico gaussiano: 
w1/2 = 2,35 
w = 4 
Resolução para dois picos adjacentes 
Resolução de picos 
• Retenção Relativa  = tR2´ / tR1´, onde onde tR2´> tR1´ quanto 
maior  maior a separação entre dois componentes 
• Para a análise quantitativa, é altamente desejável uma Rs > 1,5. 
Alargamento de banda 
•A banda relacionada a um analito aumenta à medida 
que se desloca através de uma coluna 
cromatográfica 
▫ Ideal: banda infinitamente estreita no início emerge 
com uma forma gaussiana na saída 
 
 
 
 
 
 
▫ Três mecanismos de alargamento: caminhos 
múltiplos, tempo de equilíbrio e difusão longitudinal. 
Eficiência da separação 
• Resultado do processo de separação (distribuição entre 
as FE e FM) é um espalhamento simétrico de velocidades 
ao redor de um valor médio – distribuição normal - 
curva gaussiana. 
• Variância por unidade de comprimento da coluna é 
empregada como medida de eficiência 
𝜎2 = 2𝐷𝑡 = 2𝐷
𝐿
𝑢𝑥
=
2𝐷
𝑢𝑥
𝐿 = 𝐻𝐿 
Altura do prato  H 
𝐻 = 𝜎2 𝐿 
Altura do prato é uma constante de 
proporcionalidade entre a variância da 
banda e a distância que ela percorreu. 
Eficiência da separação 
• Altura de prato é aproximadamente , o 
comprimento da coluna necessário para que o 
soluto atinja um equilíbrio entre a fase móvel e a 
estacionária. 
▫ Quanto menor a altura de prato, menor a largura 
da banda 
▫ A eficiência de separação de uma coluna aumenta 
com a diminuição da altura de prato 
▫ Solutos diferentes passando através da mesma 
coluna possuem alturas de pratos diferentes, pois 
tem coeficientes de difusão diferentes 
▫ 0,1 a 1mm para CG e 10 m para CLAE. 
Eficiência da coluna 
• Dois termos são empregados para medidas quantitativas 
da eficiência da coluna: 
▫ Altura de prato H 
▫ Número de pratos teóricos N 
 
Os dois parâmetros estão relacionados pela equação: 
 
𝑁 =
𝐿
𝐻
 
 
Onde L = comprimento do recheio da coluna 
 
Eficiência aumenta à medida que o número de pratos se 
torna maior conforme a altura de pratos se torna menor. 
Cromatografia 
Formas de aumentar a 
eficiência de uma coluna -
controle de variáveis que: 
- aumentam a velocidade de 
separação das bandas e 
 - diminuem a velocidade de 
alargamento das bandas 
Cromatografia 
•Na cromatografia gasosa 
kA 
Pode ser modificado alterando-se a 
temperatura e o recheio da coluna 
(a) Isotérmico a 45ºC 
(b) Isotérmico a 145ºC 
(c) Programado de 30ºC a 180ºC 
Cromatografia 
•Na cromatografia líquida 
kA 
Pode ser manipulado por 
meio da variação da 
composição das fases móvel 
e estacionária 
Cromatografia 
Bibliografia 
SKOOG, D.A; LEARY, J.J. Principles of Instrumental Analysis. 4 th 
edition. Fort Worth:Saunders College Publishing,1992. 
SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.. Fundamentals of 
Analytical Chemistry. 7 th Edition. Fort Worth:Saunders College 
Publishing., 1996. 
SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R.. 
Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8ª edição norte-
americana. São Paulo:Thomson Learning., 2006.