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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA INTEGRADO AO ENSINO MÉDIO DAQ - DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA RELATÓRIO DE EXPERIMENTOS DA Iª UNIDADE EDUARDA ALVES CHAGAS - nº 13 ESDRAS SANTOS DA SILVA - nº 15 MARIANA DOS SANTOS SILVA - nº 21 TURMA: 8841 / G2-B SALVADOR, BA AGOSTO DE 2018 2 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA Ministério da Educação Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA INTEGRADO AO ENSINO MÉDIO DAQ - DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA RELATÓRIO DE EXPERIMENTOS DA Iª UNIDADE Relatório dos experimentos referentes às Técnicas Cromatográficas realizados no IFBA - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia nos meses de Junho e Julho, para fins de avaliação, como parte integrante do currículo do Curso Técnico em Química Integrado ao Ensino Médio. EDUARDA ALVES CHAGAS - nº 13 ESDRAS SANTOS DA SILVA - nº 15 MARIANA DOS SANTOS SILVA - nº 21 TURMA: 8841 / G2-B Professora Orientadora: Dra. Rosângela Novaes de Jesus. SALVADOR, BA AGOSTO DE 2018 3 RESUMO Este relatório apresenta tanto os resultados quantos as discussões relacionados ao estudo da técnica da Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). Os experimentos realizados tinham como objetivo compreender a aplicabilidade e a função de cada procedimento relativo a CLAE, analisar os diferentes métodos, seus resultados, os fatores que interferem diretamente nisto. Desta maneira foi observado o efeito da variação de fluxo e do comprimento de onda de detecção na análise de uma amostra de naftaleno, posteriormente, foi observado o efeito do tipo de fase móvel e o tipo de eluição em análises utilizando cromatografia líquida de alta eficiência e foi construída uma curva de calibração. 4 SUMÁRIO Páginas 1. OBJETIVOS……...…………………....………………………………………………...06 1.1 Objetivo Geral………..……………………………………………….……….06 1.2 Objetivos Específicos…….………………………………………………….06 1.2.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solventes…………..…………………....06 1.2.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE…….…....06 1.2.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE…..…………………………………....……….06 1.2.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE….………………………………………………...…….06 2. INTRODUÇÃO…………………………………………...……………………………...07 3. MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS……………………..…...……………...10 3.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solventes…………….....…………………....10 3.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE……….………….........10 3.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE………..……………………....…………....……….11 3.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE……….……………………………....………………………......…….11 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL……………………………………….………...13 4.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solventes……………………...…..………....13 4.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE…………..……..….13 4.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE………..…………………………………....……….14 5 4.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE………………………………….……………………………......…….14 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO……………………...……………………….……….16 5.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solventes………………………...………......16 5.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE…..…………..………...17 5.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE………..………………....………………....……….24 5.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE……………………….………………………………………......…….29 6. CONCLUSÃO…………………………………………………………………………....32 7. REFERÊNCIAS………………………………………………………………………….33 6 1. OBJETIVOS 1.1 Objetivo Geral Realizar operações com o Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência (CLAE), observando os efeitos que as variações (no fluxo, comprimento de onda, tipo de fase móvel e tipo de eluição) provocam no resultado final. 1.2 Objetivos Específicos 1.2.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solvente. ❖ Identificar os módulos e acessórios de um cromatógrafo líquido; ❖ Realizar operações de filtração e desgaseificação do solvente. 1.2.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE. ❖ Observar o efeito da variação de fluxo e de comprimento de onda de detecção na análise de amostra de naftaleno por CLAE. 1.2.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE. ❖ Observar o efeito da variação do tipo de fase móvel e do tipo de eluição na análise de Hidrazonas por CLAE. 1.2.4 Prática 05: Construção de curva de calibração do naftaleno, com 4 pontos, por CLAE. 7 ❖ Construir uma curva de calibração do naftaleno, com 04 pontos, por CLAE e determinar a concentração do naftaleno em uma amostra desconhecida. 2. INTRODUÇÃO A Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) é um método de separação de compostos amplamente utilizado na bioquímica e análise química, sendo este um tipo versátil de cromatografia de eluição. Surgiu a partir da Cromatografia Líquida Clássica (CLC), onde se utilizava colunas de vidro à pressão atmosférica, como fluxo de fase móvel devido à ação da gravidade, desenvolvendo-se até chegar à tecnologia atual -colunas metálicas e altas pressões da fase móvel obtidas por bombas-. Nasce a busca e necessidade de tornar a técnica mais rápida, o que é possível por sua grande vazão, e de alta resolução, decorrente do pequeno tamanho de partículas da fase estacionária. Figura 01: Esquema simplificado de CLAE. Fonte: Lucas Marianno. O que eluato da coluna é submetido a uma certa faixa de comprimento de onda. Tendo, os materiais, diferentes espectros de absorção, ou seja, absorvendo cada um de forma melhor a cada comprimento. Sendo assim, a relação é de que quanto mais analito saindo da coluna, maior a absorção da radiação emitida e, consequentemente, a indicação do detector de maior concentração da substância passando por sua cela. Nesse sentido, é possível visualizar melhor os resultados obtidos a partir dos cromatogramas gerados, como o da figura abaixo. Figura 02: Cromatograma genérico. 8Fonte: Associação Brasileira de Química. Nesses gráficos, quanto maior for o pico, maior a concentração do componente na amostra. Outra característica é a diferença entre as larguras das bandas, que quanto maior significa grande dispersão do composto, podendo até ocorrer sobreposição de bandas em caso de duas ou mais bandas largas. Esse espalhamento decorre dos caminhos diferenciados que o analito toma através da fase estacionária. Isso, é resultado de uma FE não homogênea - com regiões de maior e menor empacotamento - ou da utilização de um fluxo de fase móvel ineficiente, dificultando o arraste das partículas e, consequentemente, dispersando-as. Em CLAE, o conjunto de informações da corrida constituem o método. A mudança numa das grandezas (vazão, comprimento de onda etc.) resulta em dado diferenciado. Dessa forma, a variação do fluxo do solvente, a aplicação de diferentes comprimentos de onda, a mudança do solvente da fase móvel e seu eluente, modificam (para mais ou para menos) o tempo de retenção e a eficiência dos componentes. Existem diversos detectores capaz de medir a absorbância de determinado comprimento de onda num material. A relação disso com a emissão do comprimento pode ser quantizada através da equação de Beer-Lambert. Equação 01: Lei de Beer-Lambert. Os estudos de Beer também trouxeram compreensão à existência de outro conceito, a de transmitância, ou a de não absorbância, que pode ser expressa na equação abaixo. Equação 02: Beer-Lambert. Em suma, através do CLAE pode-se quantificar a concentração de determinado componente em uma amostra partir da curva de calibração, que 9 relaciona concentração e a área do pico. Nessa, feita a partir de soluções padrão do mesmo componente, pode-se encontrar a equação da reta e, consequentemente, a concentração do analito. A separação de componentes na CLAE pode ser realizadas por mecanismos distintos, a escolha deste se baseia nas características físicas e químicas que os componentes da amostra apresentam, desta forma os mecanismos utilizados na CLAE : ● Adsorção: Quando o mecanismo de separação se baseia na competição das moléculas da amostra e da fase móvel pelos sítios da fase estacionária ● Partição: Este mecanismo se baseia nas diferentes solubilidades do analitos na fase estacionária e na fase móvel. ● Troca iônica: A fase estacionária é ligada com grupos iônicos, onde o contra-íon pode ser substituído pelo analito, causando a sua retenção. ● Bioafinidade: Este mecanismo ocorre através de reações bioquímicas específicas. ● Exclusão: Ocorre por meio de um mecanismo mais físico, se baseia no tamanho das partículas, geralmente as menores são retidas pela fase estacionária e as maiores são arrastadas pela fase móvel. Na escolha do método a ser utilizado na cromatografia deve-se levar em consideração a solubilidade do analito em água e em solventes orgânicos, a polaridade deste e a sua massa molar. Já na escolha da fase móvel deve-se procurar as seguintes características no solvente: ser inerte, solubilizar o analito, ser isenta de impurezas que possam contaminar a amostra, não deve interagir com a fase estacionária. 10 3. MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS 3.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solvente. Tabela 01: Demonstração do cromatógrafo líquido, banho de ultrassom e sistema de filtração de solvente. Material Quantidade Capacidade Cromatógrafo Líquido (composto por bomba quaternária, compartimento de colunas com aquecimento, detector) 01 - Banho de Ultrassom 01 - Sistema de Filtração de Solvente 01 - Software 01 - Vaso de Descarte 01 2 L 3.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE. Tabela 02: Equipamentos utilizados na Prática 02. Equipamento Quantidade Capacidade Cromatógrafo Líquido (aparelhagem completa) 01 - Tabela 03: Reagentes utilizados na Prática 02. Reagente Quantidade Concentração Metanol 20 mL Grau HPLC Solução de Naftaleno em Hexano 9 µL 0,01 mol/L Água - Ultra-Pura 11 3.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE. Tabela 04: Materiais utilizados na Prática 03. Material Quantidade Capacidade Cromatógrafo Líquido (aparelhagem completa) 01 - Tabela 05: Reagentes utilizados na Prática 03. Reagente Quantidade Concentração Acetonitrila - Pura e na proporção 6:4 ACN:H₂O Água - Ultra-Pura Solução de Hidrazonas em Etanol ≅ 10 mL - 3.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE. Tabela 06: Materiais utilizados na Prática 05. Material Quantidade Capacidade Cromatógrafo Líquido (aparelhagem completa) 01 - Béquer 01 25 mL Pipeta de Pasteur 04 3 mL Balão Volumétrico 04 5 mL Micropipetador 01 1000 µL Tabela 07: Reagentes Utilizados na Prática 05. Reagente Quantidade Concentração Solução de Naftaleno em 0,150 mL 0,0012 mol/L 12 Hexano Solução de Naftaleno em hexano 0,200 mL 0,0016 mol/L Solução de Naftaleno em Hexano 0,250 mL 0,0020 mol/L Solução de Naftaleno em Hexano 0,300 mL 0,0024 mol/L Água ≅ 20 mL Ultra-Pura 13 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solvente. 1. Primeiramente localizou-se os acessórios do equipamento e realizou-se o mapeamento dos controles que envolvem o cromatógrafo da AGILENT: pressão, fluxo, comprimento de onda entre outros; 2. Configurou-se o sistema de software para uma possível análise qualitativa ou quantitativa e criou-se um método; 3. Verificou-se as tubulações e retirou-se bolhas de ar; 4. Ligou-se o banho de ultrassom e realizou-se o procedimento para desgaseificação do solvente. 4.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE (Equipamento de CLAE da Agilent). 1. A fase móvel foi desgaseificada e colocou-se os recipientes nos respectivos lugares com os tubos de conexão e filtros; 2. Ligou-se o computador e os módulos e checou-se a comunicação entre estes; 3. Removeu-se as bolhas de ar entre as válvulas de purga, para isso purgou-se as linhas com fluxo elevado de fase móvel; 4. Fechou-se a válvula de purga; 5. Aguardou-se a estabilização do sistema; 6. Construiu-se um método de análise; 7. Ligou-se a lâmpada UV; 8. Realizou-se as três análises da amostra de naftaleno 0,01 mol/L em hexano nas condições mostradas na Tabela 08 abaixo, registou-se os respectivos tempos de retenção e larguras de bandas do pico do naftaleno. Tabela 08: Resultados referentes à Prática 02. Corrida Fase Móvel Fluxo (mL/mi n) Compri mento de onda de detecçã Volume de amostra injetado (µL) Tempo de retenção (minutos) Largura de banda (minutos) 14 o (nm) 1 MeOH 1 260 3 3,292 0,0564 2 MeOH 1 600 3 4,026 0,0498 3 MeOH 0,5 260 3 6,559 0,0961 4.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE. 1. A fase móvel foi desgaseificada e colocou-se os recipientes nos respectivos lugares com os tubos de conexão e filtros; 2. Removeu-seas bolhas de ar entre a válvula de purga através da purga; 3. Ligou-se o computador e os módulos e checou-se a comunicação entre estes; 4. Fechou-se a válvula de purga; 5. Construiu-se um método de análise; 6. Aguardou-se a estabilização do sistema nas condições do método; 7. Realizou-se as três análises da amostra nas condições especificadas na Tabela 09 abaixo e aguardou-se a estabilização do sistema entre as análises. Tabela 09: Especificações das análises da Prática 03. Análise Fluxo (mL/min) Tempo (min) % ACN % ACN:H₂O 6:4 Comprime nto de onda de detecção (nm) 01 1 1 0 10 100 100 0 0 350 350 02 1 1 0 10 0 0 100 100 350 350 03 1 1 1 0 2 10 10 50 50 90 50 50 350 350 350 4.4 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE. 1.Preparo das soluções para a curva de calibração: 15 a) Preparou-se 04 soluções, em balões volumétricos de 05 mL, tomando alíquotas da solução-estoque conforme a Tabela 10 abaixo. Tabela 10: Preparo de soluções referente à Prática 05. Solução desejada Concentração desejada (mol/L) Volume necessário para balão volumétrico de 5 mL 01 0,0012 0,150 02 0,0016 0,200 03 0,0020 0,250 04 0,0024 0,300 2. Criou-se o método de análise no CLAE; 3. Injetou-se as 04 soluções preparadas, em duplicata, e obteve-se a médio da área do pico de cada solução; 4. Injetou-se a amostra de concentração desconhecida e calculou-se sua concentração. 16 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 Prática 01: Demonstração do Cromatógrafo Líquido, Banho de Ultrassom e Sistema de Filtração de Solventes. A cromatografia, como já foi dito, é um método físico-químico de separação dos componentes de uma mistura, realizada através da distribuição desses componentes em duas fases, uma das quais permanece estacionária, enquanto a outra se move através dela. No caso da cromatografia líquida de alta eficiência, a fase móvel é líquida e a fase estacionária, que é acondicionada em colunas, pode ser sólida ou líquida. No laboratório de Análise Instrumental tem-se dois equipamentos de cromatografia líquida de alta eficiência (High Performance Liquid Chromatography – HPLC): ● HPLC marca Agilent, modelo 1200 Infinity, com injetor automático e detector de arranjo de diodos (DAD). ● Cromatógrafo líquido de alta eficiência 01 Varian Modelo Polaris, com detector UV-Vis. O detector DAD é capaz de detectar vários comprimentos de onda simultaneamente. Já o detector UV-Vis é capaz de variar o comprimento de onda de detecção, mas apenas uma leitura é feita a cada tempo. Os detectores de absorbância, sob condições ótimas, e para compostos que absorvem intensamente na faixa observada, podem detectar amostras na ordem de 10-10 g. O detector RID acompanha continuamente a diferença no índice de refração entre o efluente que sai da coluna, contendo os componentes da amostra, e a fase móvel pura. A sua resposta é universal, desde que o índice de refração da fase móvel seja diferente do índice de refração da substância analisada, mas sua detectabilidade é moderada, da ordem de 10-6 g. (UFRGS, 2018) Já o Cromatógrafo VARIAN, com do tipo UV-Vis, cujo detector é um dos mais utilizados em HPLC, pois apresentam o mais baixo custo, aceitam o uso de gradiente e geralmente não são afetados por pequenas mudanças de fluxo e 17 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 lâmpada, também chamada de fonte luminosa, pode ser de tungstênio, deutério, mercúrio, zinco, cádmio, xenônio ou outros, que será aplicada de acordo com a configuração do detector e comprimento de onda desejado. As configurações mais comuns dos detectores de UV-vis são: Detector de comprimento de onda fixo, detector de comprimento de onda variável e detector de rede de diodos (diode array). Este último permite determinar os espectros das substâncias presentes da amostra no eluente com diferentes comprimentos de onda durante a análise cromatográfica. A detecção por UV-vis é geralmente aplicada em compostos cujas moléculas possuam algumas características para a absorção na região de UV-vis. 5.2 Prática 02: Efeito da Variação de Fluxo e de Comprimento de Onda de Detecção na Análise de Amostra de Naftaleno por CLAE. A segunda prática efetuada em laboratório destinou-se a analisar as consequências da variação de fluxo – vazão da fase móvel – e do comprimento de onda na detecção de naftaleno em uma solução de hexano. Na primeira etapa do processo, a desgaseificação foi realizada a fim de se eliminar a presença de gases dissolvidos, como o O2 e o N2, os quais se encontram em maior quantidade na atmosfera. As ondas emitidas pelo degaseificador, com frequência acima de 20.000 Hz, transporta energia para a fase móvel dentro do recipiente. A agitação molecular gerada por toda a extensão do líquido permite que os gases solubilizados sejam liberados. Caso continuassem presentes, as bolhas formadas pelo ar afetariam a reprodutibilidade do fluxo, assim como a estabilidade da linha de base ao se inserirem no detector. Um ruído da linha de base do espectro seria ocasionado caso o comprimento de onda utilizado fosse condizente com o que algum desses gases absorve. 18 Após a realização de três análises da amostra de naftaleno 0,001 mol/L através da Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) utilizando um Cromatógrafo Líquido da marca Agilent, com detector por arranjo de diodos (UV-Visível), tendo como fase estacionária a sílica ligada ao octadecil e como fase móvel o Metanol, obteve-se três cromatogramas apresentados nas figuras a seguir: Figura 03: Cromatógrafo referente à 1ª corrida da Prática 02. Figura 04: Cromatógrafo referente à 1ª corrida da Prática 02. 19 Figura 05: Cromatógrafo da 3ª corrida, 2ª prática. 20 Estas análises foram realizadas efetuando-se algumas alterações nos dados do método de análise para fins de comparação entre os resultados obtidos e para estudo dos efeitos de alguns aspectos sobre os mesmos. Variou-se então, o valor do fluxo (em mL/min) e o valor do comprimento de onda de detecção (em nm), mas mantendo-se sempre o volume de amostra injetado constante, o que corroborou em diferentes resultados para o tempo de retenção e para a largura de banda, conforme pode ser observado na Tabela 08 (p. 13). Inicialmente, mantendo-se o fluxo em 1 mL/min, alterou-se o valor do comprimento de onda de detecção aumentando-o para 600 nm após a primeira corrida, em que a análise foi feita utilizando comprimento de onda de 260 nm. Essa 21 mudança acarretou em uma variação mínima no tempo de retenção (que passou de 3,292 a 4,026 min) e na largura de banda (que foi de 0,0564 a 0,0498 min), cujos valores finais de ambas as variações podem ser desconsiderados vistoque o naftaleno não é detectado no comprimento de onda de 600 nm. O naftaleno é um hidrocarboneto aromático composto por dois anéis benzênicos unidos, conforme demonstrado na figura abaixo (CARDOSO, 2016). Figura 06: Estrutura do naftaleno. A presença de pares de elétrons em conjugação nos anéis está intimamente ligada com a absorção. Classificado como um cromóforo, o naftaleno apresenta em toda sua estrutura insaturações de ligações covalentes que permitem que a banda de absorção apareça na região do visível e UV4. Esta propriedade torna possível a reprodutibilidade da análise, desde que seja utilizado o comprimento de onda que possibilita a máxima absorção da onda pelo composto. O detector utilizado no experimento caracterizava-se por medir a resposta analítica através da propriedade das substâncias presentes na amostra em absorver ondas no campo do visível e do UV. A medida de leitura, em unidades de absorbância – a qual mede, basicamente, a depreciação da luz incidente – é então relacionada com o tempo. Neste contexto, se o analito absorve determinado comprimento de onda de acordo com sua estrutura, há a formação de um pico no gráfico que indica a saída do analito da coluna e sua absorção. Se não há formação deste indicativo gráfico, conclui-se que o comprimento de onda utilizado não permite 22 a máxima leitura de absorbância, tornando o detector não sensível à detecção do composto em questão. Desta maneira, observando-se os resultados gráficos das corridas cromatográficas, é possível observar que a corrida cujo comprimento de onda utilizado foi de 600 nm não obteve nenhum sinal analítico sensivelmente observável. Figura 07: Gráfico do espectro de UV-Visível teórico do naftaleno. Analisando-se o gráfico do espectro de UV-Visível teórico do naftaleno acima, registram-se os comprimentos de onda onde há altas taxas de absorção: 221 nm, 275 nm, e 375 nm. Influi-se, então, que a variação do comprimento de onda altera significativamente a sensibilidade da técnica, gerando alterações que determinam, entre outros fatores, o surgimento de um pico. Quanto ao fluxo, pôde ser observado uma relação inversamente proporcional entre o seu valor e o tempo de retenção, bem como a largura de banda. No experimento, diminuiu-se o fluxo de vazão da fase móvel pela metade, de 1 mL/min 23 na 1ª corrida, para 0,5 mL/min na 3ª corrida, fazendo com com que o tempo de retenção e a largura de banda praticamente dobrassem, indo, respectivamente, de 3,292 min a 4,559 min e de 0,0564 min a 0,0961 min. Sobre a diferença do alargamento da banda entre a corrida 1 (0,05964 min) e a corrida 3 (0,0961 min) como consequência da variação do fluxo, é importante salientar que a teoria cinética da cromatografia descreve as variáveis que afetam a largura de uma banda baseada em mecanismos de caminhos aleatórios, explicando assim a migração de moléculas através da coluna cromatográfica. O cromatograma típico possui um formato gaussiano e isto pode ser atribuído à combinação aditiva dos movimentos aleatórios de milhares de partículas de um soluto ou área de camada cromatográfica (NASCIMENTO, 2015). As partículas de um mesmo soluto se movimentam de maneira diferente, devido ao fato que uma única molécula do soluto durante sua eluição, sofre milhares de transferências de fases entre a fase estacionária e a fase móvel (BACCAN, 2010). Assim, algumas partículas, de forma individual, caminham rapidamente sob inclusão acidental na fase móvel durante a maior parte do tempo, enquanto outras, pelo contrário, acabam por ser retardadas já que são incorporadas na fase estacionária por um tempo mais longo que a média. A consequência destes processos aleatórios individuais é uma distribuição simétrica em torno do valor médio, o que representa o comportamento mais comum da partícula. Estes processos aleatórios dão origem a largura da banda. Segundo Van Deemter, alguns fatores contribuem para o alargamento de um pico dentro de uma coluna cromatográfica, como por exemplo: diferentes caminhos percorridos pelo soluto dentro da coluna em função de irregularidades no empacotamento, difusão molecular do soluto na fase móvel e resistência à transferência de massa. Como o movimento da molécula só pode ocorrer quando esta se encontra na fase móvel, a largura de uma zona aumenta à medida que ela se desloca através da coluna, por que é concedido mais tempo para ocorrer a migração (UFJF, 2016). 24 Dessa forma, com a diminuição do fluxo da fase móvel, o resultado é que com uma vazão reduzida haverá mais tempo para ocorrer as transferências do soluto entre a fase móvel e a fase estacionária, portanto, há um alargamento da banda na saída da coluna e um aumento do tempo de retenção. É por este motivo que com a diminuição do fluxo de vazão da fase móvel de 1mL/min para sua metade, houve um aumento, aproximadamente o dobro, da largura da banda, evidenciando-se uma relação inversamente proporcional entre o fluxo da fase móvel e a largura de banda. Com relação aos tempos de retenção da corrida 01, com vazão de 1 mL/min, e da corrida 03, com vazão de 0,5 mL/min, estes mostraram valores aproximadamente dobrados (3,292 e 6,559 min), também evidenciando-se uma relação inversamente proporcional entre o fluxo da fase móvel e o tempo de retenção. Esse diferencial, como já foi dito, é consequência dos diversos caminhos que as moléculas da amostras podem ter através da coluna, e caracteriza um fenômeno conhecido como difusão longitudinal: ocorre a dispersão à medida que a amostra perpassa o recheio da coluna, aumentando a largura da faixa. Se o fluxo for muito elevado, a difusão tende a ser zero. Entretanto, se o fluxo é muito lento, a difusão é relativamente alta. 5.3 Prática 03: Efeito do Tipo de Fase Móvel e do Tipo de Eluição na Análise de Hidrazonas por CLAE. Com o intuito de verificar o efeito da fase móvel e do tipo de eluição na análise de hidrazonas foi realizado três análises cromatográficas. Sendo que os dados coletados dos cromatogramas constam na Tabela 11. Anteriormente a cada análise, as fases móveis foram desgaseificadas e filtradas, como já relatado, para evitar contaminações e problemas na corrida. Tabela 11: Resultados e Observações referentes à Prática 03. Análise Tempo de retenção (min) Largura da banda (min) 25 1 2.438 0.0887 2.585 0.0776 2.690 0.0413 2.780 0.0524 2 4.035 0.0710 4.804 0.0774 5.673 0.0982 7.276 0.1353 3 3.615 0.0607 4.055 0.0665 4.439 0.0672 4.952 0.0624 Figura 08: Análise de hidrazonas, fase móvel ACN. Analisando-se os cromatogramas 3 corridas realizadas é possível perceber que, estes são distintos apesar de se tratar da mesma amostra. Na primeira corrida, não houve uma separação efetiva dos compostos, ocorrendo uma sobreposição entre bandas/picos indicando a ocorrência de coeluição, sendo que, em um cromatograma, o ideal é que picos sejam definidos, com bandas não muito largas, onde seja perceptível o seu início e fim. Isto levando em consideraçãoque as condições de corrida, temperatura, volume de amostra injetado, fase estacionária foram as mesmas, contudo, foi utilizado uma mistura de solventes de diferentes polaridades, variando-se a porcentagem destes na mistura, aumentando assim a 26 força cromatográfica da fase móvel nas corridas, o que favoreceu diferentes resultados tanto para o tempo de retenção das hidrazonas quanto para a largura de banda destas. A resolução baixa no cromatograma pode ser explicado pela polaridade das hidrazonas, em relação a fase móvel utilizada. Posto que deve-se levar em consideração que as hidrazonas analisadas possuem polaridades diferentes, já que estas foram formadas a partir de aldeídos distintos, o formaldeído, a acetaldeído, e acroleína e o propaldeído, uma vez que a fase móvel era composta apenas pela acetonitrila. Segundo (CHANG) a acetonitrila é um composto que possui uma alta constante dielétrica, é um solvente polar aprótico miscível em água e as moléculas não interagem fortemente entre si, ao contrário da água, que forma uma rede de pontes de hidrogênio, ainda segundo CHANG na acetonitrila pura, vide figura (), cada molécula de ACN interage com as duas moléculas mais próximas com interação dipolo-dipolo. Assim a baixa resolução, e deformidade nos picos pode ser explicada pela pouca afinidade das hidrazonas com a fase móvel, afirmada pelo curto tempo de retenção dos mesmos picos, vide tabela 11. Figura : Fórmula estrutural da ACN. Abaixo tem-se as fórmulas estruturais dos aldeídos dos quais as hidrazonas analisadas são derivadas e o esquema da reação de derivatização dos aldeídos com a 2,4-DNPH: Figura 09: Fórmula estrutural do acetaldeído Figura : Fórmula Estrutural da acroleína Figura 11: Fórmula Estrutural do propaldeído. Figura 10: Fórmula Estrutural do formaldeído. 27 Figura : Reação de um aldeído com a 2, 4-dinitrofenilhidrazina Visto as estruturas destas, pode-se concluir que a que tem uma maior polaridade é a que foi derivada do X , apesar de todas as moléculas possuírem como ligação mais polar da molécula é o C = O, pois a diferença de eletronegatividade entre os dois grupos é maior em comparação com as outras presentes na molécula, assim o átomo de oxigênio por ser o átomo mais eletronegativo, ele provoca o efeito indutivo aumentando a densidade eletrônica em torno de si, já que a presença radicais alquila "empurram" os elétrons das ligações em direção oposta a eles, consequentemente aumenta-se a densidade eletrônica em uma região da molécula, considerando os grupos introduzidos durante a derivatização, estes têm o mesmo efeito em todas as moléculas,pode estabilizar a molécula por ressonância, ou seja, o que afeta diretamente a polaridade é o efeito indutivo dos radicais nas moléculas dos aldeídos. A ordem de polaridade do mais polar para o de menor polaridade seria respectivamente: propaldeido> acroleína> acetaldeído> formaldeído. Na segunda análise o modo de eluição também foi isocrático, sendo a fase móvel composta por 60% de ACN e 40% de água. Nesta corrida o tempo percorrido como um todo foi o mais longo, os picos estavam mais separados, só que a largura das bandas foram maiores, o que não é ideal numa análise por CLAE, pois os picos alargados implicam diretamente sobre a resolução cromatográfica, uma vez que a 28 capacidade de picos da separação torna-se comprometida, isto não foi observado no 2 cromatograma, mas seria um possível fonte de erro. Figura 14: Análise de hidrazonas, fase móvel ACN: H2O 6:4, modo de eluição isocrático. Já na 3 corrida foi utilizado o modo de eluição gradiente, durante os 2 min iniciais a corrida foi realizada com 10% de ACN e 90% de ACN:H2O 6:4 neste período não foi emitido nenhum sinal no detector como consta no na figura X o cromatograma. Quando se passou os dois minutos a composição da fase móvel foi alterada para 50% ACN e 50% ACN:H2O 6:4, foi a partir desta mudança que picos começam a se formar no cromatograma. Quando comparado este com os outros 2 cromatogramas, observa-se que o 3 houve uma rápida eluição acompanhando de uma boa resolução. Nesta análise os tempos de retenção foram maiores quando comparado com a primeira corrida, quanto a segunda deve-se observar cada hidrazona separadamente, já que a uma variação entre as proximidades dos picos, pode-se inferir isto a polaridade de cada hidrazona. Figura 15: Análise de hidrazonas, fase móvel ACN: H2O , modo de eluição. gradiente 5.4 29 Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 04 pontos por CLAE. Tabela 12: Resultados e Observações referentes à Prática 05. Padrões Área do Pico do Naftaleno Área média 01 (0,0012 mol/L) 3,224 3,225 02 (0,0016 mol/L) 3,225 3,225 03 (0,0020 mol/L) 3,226 3,226 04 (0,0024 mol/L) 3,227 3,228 Amostra Desconhecida 2,230 3,231 A construção da curva de calibração se dá numa relação entre a quantidade do analito e o sinal observado. Ao construí-la com concentrações de soluções previamente conhecidas, através da equação da reta obtida poderá ser calculado a concentração da amostra desconhecida. A análise quantitativa na CLAE é baseada na formação dos picos do cromatograma, as bandas cromatográficas, que têm suas áreas relacionadas diretamente com a concentração do analito (naftaleno). Isso quer dizer que quanto mais concentrado for um composto, mais ele será detectado, ou seja, maior será seu pico. Assim, faz-se uma relação gráfica linear entre a concentração (x) e a área do pico (y). A proposta deste experimento foi a construção da curva de calibração do naftaleno com 4 pontos de concentração pré-estabelecidos por CLAE e a estimação 30 da concentração de uma amostra desconhecida a partir da equação da curva de calibração obtida. Nessa análise cromatográfica foi utilizado: Fase estacionária: Sílica. Fase móvel: Metanol. Analito: Naftaleno dissolvido em Hexano. Então, foram preparados 4 soluções de concentrações conhecidas, através da diluição de uma de 0,04 mol/L. Em cada solução, a análise foi realizada em duplicatas (devido ao tempo disponível não foi possível realizar as triplicatas que assegurariam mais confiabilidade ao resultado). Os resultados referentes aos picos dessa prática encontram-se na Tabela 12, enquanto algumas especificações aplicadas no software situam-se na tabela abaixo. Tabela 13: Especificações dadas à corrida cromatográfica Fluxo (mL/min) 1 Comprimento de onda (nm) 260 Volume injetado (µL) 10 A partir dos resultados construiu-se um gráfico de dispersão, adicionando uma regressão linear para conhecimento da equação e da correlação entre eles. Tendo como X = concentração do naftaleno e Y = área do pico, o resultado foi: 31 Utilizando-se a equação t = 1853,3X + 27,698 a média para a altura do pico para a amostra X, pode-se calcular a concentração desta amostra, conforme expresso em : 5208,96582 = 1853,3X + 27,698; X=5181,26782/1853,3 = 2,79 mol/L Dessa forma, a concentração em mol/L da amostra x é 2,79 mol/L. Já o R2 é o coeficiente de relação linear, ou seja, o que indica quanto o eixo Y se relaciona com o eixo X. O valor obtido foi um valor próximo do ideal, 0,9972, o que significa que os dados possuem uma relação ótima entre si (99,72%). 32 6. CONCLUSÃO Com a realização dos experimentos, seguido de posterior confecção deste relatório técnico-científico, foi possível conhecer o funcionamento prático e teórico da aparelhagem completa do Cromatógrafo Líquido de Alta Eficiência, baseando-se na identificação funcional de cada parte de seu sistema, como os módulos de bomba, a coluna analítica e o detector. Os cuidados relacionados à utilização de cada uma destas partes, foram também, de suma importância, pois aprendeu-se acerca de fatores importantes como conservação da coluna e sobre se obter uma reprodutibilidade de resultados. Mais especificamente, na prática 02, com base em análises de perfis cromatográficos, pôde-se avaliar a influência da variação de fluxo e de comprimento de onda em análises de amostra de naftaleno, observando-se e discutindo-se as diferenças dos tempos de retenção e de largura de banda em cada método utilizado no experimento. O cromatograma obtido experimentalmente permite também discorrer acerca da pureza do naftaleno. Não foi notório nenhum pico além do que indicava a presença do naftaleno, o que permite afirmar que o reagente se encontrava com um baixo índice de impureza. Pode-se concluir por meio dos dados coletados e das análises realizadas, que a escolha da fase móvel é de suma importância para que se obtenha bons resultados nos cromatogramas, e vinculado ao tipo de eluição utilizado, pode-se otimizar o processo e obter boas respostas no sistema de cromatografia líquida de alta eficiência, como foi observado na combinação da fase móvel na 3 corrida que foi do tipo gradiente; otimizando então, os dados e o processo. Prática 05: Construção de Curva de Calibração do Naftaleno, com 05 pontos por CLAE Em resumo, pôde-se concluir que a cromatografia líquida de alta eficiência é uma técnica bastante versátil e prática, com necessidade, no entanto, de um 33 conhecimento prévio de utilização. Os resultados obtidos são tanto qualitativos quanto quantitativos, o que a viabiliza na investigação de amostras desconhecidas e na quantificação de determinados compostos. 34 7. REFERÊNCIAS ● UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do SUl. Cromatógrafo de DAD. Disponível em: <https://www.enq.ufrgs.br/labs/central-analitica/cromatografo-liquido-de-alta-ef iciencia-ii>. Acesso em 04 de Agosto de 2018, às 10:37 horas. ● CARDOSO, Mayara. Infoescola. Naftaleno. Disponível em: <https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/naftalina/>. Acesso em 04 de Agosto de 2018, às 11:00 horas. ● NASCIMENTO. Cromatografia Líquida: Aspectos Teóricos e Práticos. Disponível em: <https://pt.scribd.com/document/310433927/Livro-Cromatografia-Gasosa-Asp ectos-Teoricos-e-Praticos-2>. Acesso em 04 de Agosto de 2018, às 11:29 horas. ● BACCAN (pdf). Univerdade Federal de Juíz de Fora. Cromatografia Líquida. Disponível em: <http://www.ufjf.br/baccan/files/2010/10/Aula-7-Cromatografia-gasosa_02-02- 15.pdf>. Acesso em 04 de Agosto de 2018, às 11:50 horas. ● UFJF - Universidade Federal de Juíz de Fora. Introdução a Métodos Cromatográficos. Disponível em: <http://www.ufjf.br/quimica/files/2016/08/Introdução-a-cromatografia-Marcone- 2016.pdf>. Acesso em 04 de Agosto de 2018, às 12:36 horas. ● GUIMARÃES, D. G.; GONÇALVES, A. A; ROLIM, L. A. ARAÚJO, C. R. M. Investigação do Potencial Biológico de Hidrazonas Obtidas Sinteticamente na Última Década (2006-2016): Uma Revisão Sistemática. Revisão Virtual Química, 2017. ● COLLINS, C. H., BRAGA, G .L., BONATO, P.S. Fundamentos de Cromatografia. 2ª edição, São Paulo: Unicamp. ● ESTUDO DE SISTEMAS MICELARES DE ÁGUA/ACETONITRILA. Disponível em < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46132/tde-25092014-155309/pub lico/Chang_Yihwa_Mestrado.pdf>. Acesso em 03 de agosto de 2018.
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