Relatório 3 - Determinação dos íons Co2+ e Cu2+ por cromatografia líquida de troca iônica

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Universidade de São Paulo – USP. 
Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto – FFCLRP. 
Licenciatura em Química, Turma XVII. 
 
 
 
 
Separação dos íons Co2+ e Cu2+ 
por cromatografia líquida de troca 
iônica. 
 
Métodos Instrumentais 
 
 
 
 
Professora: Dra. Maria Eugenia Queiroz Nassur. 
 
Autores (as): Gabriela Reis Souza - Nº USP 11355657, Marco Aurélio Teodoro da 
Silva – Nº USP 11216043 e Nicoly de Oliveira Braga Nº USP 11297336. 
 
 
06/05/2021 
 
 
 
 
 
 
Relatório referente ao vídeo experimental gravado e disponibilizado em 29 de abril de 2021, 
onde realizou-se procedimento experimental da separação de íons por cromatografia líquida de 
troca iônica e análise espectrofotométrica das frações eluidas. 
1 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 2 
2. OBJETIVO ............................................................................................................... 2 
3. MATERIAIS UTILIZADOS ...................................................................................... 3 
4. SUBSTÂNCIAS UTILIZADAS ................................................................................ 3 
5. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ........................................................................... 3 
6. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................................................... 4 
6.1 PREPARO DA COLUNAS CROMATOGRÁFICAS ......................................... 4 
6.2 APLICAÇÃO E ELUIÇÃO DA AMOSTRA ........................................................ 5 
6.3 ANÁLISE ESPECTROFOTOMÉTRICA ............................................................ 6 
7. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 6 
7.1 SEPARAÇÃO DA AMOSTRA ............................................................................ 6 
7.2 ANÁLISE ESPECTROFOTOMÉTRICA ............................................................ 7 
8. QUESTÕES........................................................................................................... 12 
9. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 14 
10. REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
1. INTRODUÇÃO 
A cromatografia tornou-se um método essencial para a classificação de 
compostos químicos de acordo com suas características básicas comuns. Ela é 
dividida em várias partes de acordo com suas técnicas (planar ou por coluna), 
sua fase móvel (líquida, gasosa ou fluído supercrítico) e sua fase estacionária 
(líquido, sólido ou fase ligada). 
A cromatografia de troca iônica se classifica nas técnicas por coluna, a qual 
possui como intuito a determinação de íons em matrizes líquidas. É um processo 
que separa íons e moléculas polares com base em sua afinidade com a resina 
da coluna trocadora de íons. Os dois tipos de cromatografia iônica são troca 
aniônica (resinas carregadas positivamente) e troca catiônica (resinas 
carregadas negativamente). [1] 
Inicialmente, a coluna é preparada com uma solução tampão. Os íons da 
solução tampão de carga contrária à resina se ligam a ela. Após inserir a amostra 
que contém os íons de interesse, os íons da solução tampão ligados à resina 
eluem para fora da coluna, pois sua carga é inferior aos íons da amostra e os 
íons da amostra se ligam à resina. A solução tampão é aplicada novamente na 
coluna, fazendo com que os íons da amostra deixem a resina, reajam com o sal 
dessa solução (formando um complexo) e se desloquem na coluna para posterior 
análise. [2] 
Já a espectrofotometria é um método utilizado para medir o quanto uma 
substância química absorve a luz, medindo a intensidade quando um feixe de 
luz passa através da solução da amostra. 
O princípio básico é que cada composto absorve ou transmite luz em uma 
certa amplitude de comprimento de onda. Assim, a medida também pode ser 
usada para medir a quantidade de uma substância química conhecida. [3] 
2. OBJETIVO 
Separação de íons por cromatográfica liquida de troca iônica e identificação 
dos cátions por análise espectrofotométrica. 
 
3 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
- Béquer 50mL (2 unidades); 
- Bureta 10mL (2 unidades); 
- Cubeta de vidro (2 unidades); 
- Equipo câmara graduada (2 unidades); 
- Garra dupla para bureta (2 unidades); 
- Pipeta de Pasteur (2 unidades); 
- Tubo de ensaio 3mL (30 unidades). 
4. SUBSTÂNCIAS UTILIZADAS 
- Água deionizada; 
- Resina troca iônica Dowex 50WX4-200 (polímero orgânico poliestireno 
divilbenzeno com grupo sulfônico quimicamente ligado); 
- Solução sulfato de cobre tetra hidratado (CuSO4.4H2O) [0,05mol/L] e cloreto 
de cobalto hexa hidratado (CoCl2.6H2O) [0,1mol/L]; 
- Solução tampão citrato 1 - Citrato de sódio/ácido cítrico (Na3C6H5O7/ 
C6H8O7) [0,2mol/L] pH = 5,5; 
- Solução tampão citrato 2 - Citrato de sódio/ácido cítrico (Na3C6H5O7/ 
C6H8O7) [0,2mol/L] pH = 3,5. 
5. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS 
- Espectrofotômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
6. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
6.1 PREPARO DA COLUNAS CROMATOGRÁFICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pesar 10g de resina 
(Dowex 50WX4-200). 
Lavar com 100mL de H2O 
(deionizada) por 2min. 
Processo de limpeza 
da resina. 
Repetir processo de 
limpeza mais 2 vezes. 
Adicionar 50mL da solução 
tampão citrato 1 e reservar. 
Preparo da coluna 
cromatográfica 1. 
Adicionar uma porção pequena 
de lã de vidro em uma bureta 
de 10mL. 
Percorrer solução tampão 
citrato 1 para fixação da lã no 
fundo da bureta. 
Adicionar na bureta 10mL 
da solução tampão citrato 1. 
Adicionar à bureta a solução 
com resina. 
Observações: adicione a solução lentamente, homogeneizando antes de 
inserir na coluna. Ajuste a vazão para 1mL/min (aproximadamente 
20gotas/min). Nunca deixe a coluna secar. 
Repetir todos os procedimentos descritos a 
cima (em outra bureta) utilizando como FM a 
solução tampão citrato 2. 
Preparo da coluna 
cromatográfica 2. 
5 
 
6.2 APLICAÇÃO E ELUIÇÃO DA AMOSTRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Corrida 
cromatográfica 1. 
Adicionar a coluna 
cromatográfica 1: 
0,5mL da solução de CuSO4.4H2O 
[0,05mol/L] + CoCl2.6H2O [0,1mol/L]. 
Verificar o nível de FM (solução tampão 
citrato 1), deve estar acima da resina 
(±2mm). 
Eluir os analitos com solução 
tampão citrato 1. 
Coletar frações de 2mL dos 
analitos. 
Observações: Nunca deixe a 
coluna secar. 
Corrida cromatográfica 2. 
Repetir todos os procedimentos descritos a cima utilizando a coluna 
cromatográfica 2 e FM a solução tampão citrato 2. 
6 
 
6.3 ANÁLISE ESPECTROFOTOMÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
7.1 SEPARAÇÃO DA AMOSTRA 
De modo geral, a cromatografia em coluna é integrada por um tubo de vidro, 
na vertical, onde a parte superior é aberta e a inferior é auxiliada por uma 
torneira, na qual, irá facilitar o manuseio da vazão da fase móvel. A coluna 
poderá ter várias dimensões, isso vai depender da quantidade do material a ser 
analisado. Caso for uma quantidade pequena, a bureta pode ser utilizada como 
coluna. Os diversos componentes devem ser desprendidos por intermédio da 
interação diferenciada com o eluente e a fase estacionária. [4] 
Especificamente na cromatografia de troca iônica a separação é realizada 
através da adsorção reversível dos íons constituintes da amostra por um grupo 
iônico presente na fase estacionária. A adsorção cresce à medida em que a 
carga dos íons cresce, ou seja, quanto maior a carga do íon, mais tempo o 
mesmoficará adsorvido na FE. Para íons de mesma carga, a adsorção cresce à 
medida que o raio iônico hidratado diminui. 
Neste experimento foi realizada a separação dos íons Cu2+ e Co2+ por 
cromatografia de troca iônica, cuja fase estacionaria é constituída de um 
polímero orgânico com SO3- e foram testadas duas fases móvel, sendo a 
No espectrofotômetro: 
Realizar as leituras das frações eluidas em 
510nm (CO2+) e em 680nm (Cu2+). 
Utilizar FM correspondente 
como branco. 
7 
 
primeira um tampão citrato com pH 5,5 e a segunda também um tampão citrato, 
porém com pH 3,5. 
Ao aplicarmos a amostra os íons de cobre e cobalto ficam ligados ao grupo 
sulfônico, ocupando o lugar do cátion, tal fenômeno ocorre devido a carga dos 
íons metálicos serem maiores que a carga do cátion, neste caso, o sódio (Na+). 
Para eluirmos e separamos os analitos, utilizou-se uma fase móvel 
complexante, onde o citrato se liga quimicamente aos íons metálicos e os 
carrega através da coluna. 
Para ambas as fases móvel, o cobre elui primeiro que o cobalto. Isso pois, 
seu raio atômico quando hidratado é maior do que o do cobalto e quanto menor 
o raio iônico hidratado maior é sua afinidade pelo grupo iônico da coluna, mais 
tempo o mesmo permanece retido. 
7.2 ANÁLISE ESPECTROFOTOMÉTRICA 
Após a coleta das frações da amostra realizou-se análise utilizando 
espectrofotômetro, cuja função é medir a quantidade de luz (energia radiante) 
absorvida pela alíquota analisada. Realizou-se leituras para todas as frações de 
ambas FM, os comprimentos de ondas utilizados para medições foram 680 
(correspondente ao íon Cu2+) e 510nm (correspondente ao íon Co2+). Os 
resultados obtidos estão demonstrados na tabela a seguir: 
 
Tabela 1: Leituras de absorbância (Abs) das frações eluidas com as 
diferentes soluções tampão citrato pH 3,5 e 5,5. 
Fração 
Tampão Citrato pH 3,5 Tampão Citrato pH 5,5 
λ = 680nm λ = 510nm λ = 680nm λ = 510nm 
1 0 0,008 0 0,005 
2 0,003 0,001 0 0,005 
3 0,039 0,008 0,775 0,002 
4 0,426 0,009 0,063 0,165 
5 0,031 0,011 0,032 0,064 
6 0,032 0,002 0,02 0,014 
7 0,01 0,011 0,01 0,005 
8 0,004 0,033 0,006 0,004 
9 0 0,058 0,002 0 
10 0 0,065 0 0,005 
11 0 0,058 0 0,015 
12 0 0,033 0 0 
13 0 0,011 0 0 
8 
 
 
Com base nas leituras espectrofotométricas, construiu-se cromatogramas 
para cada solução tampão. O gráfico foi montado Abs versus números de 
frações, como demonstrado a seguir. 
 
Gráfico 1: Cromatograma da eluição Cu2+ e Co2+ em solução tampão citrato 
pH 3,5. 
 
 
Gráfico 2: Cromatograma da eluição Cu2+ e Co2+ em solução tampão citrato 
pH 5,5. 
 
9 
 
Como comentado na seção 7.1 deste relatório, o íon do cobre elui primeiro, 
logo em ambos os gráficos o primeiro pico (Tr1/Wb1) corresponde ao íon Cu2+ e 
o segundo pico (Tr2/Wb2) corresponde ao Co2+. 
A partir dos cromatogramas foi possível determinar os tempos de retenção 
(Tr) e a largura da banda (Wb), as medições foram realizadas com uma régua e 
os resultados encontram-se na tabela a seguir: 
 
Tabela 2: Medições dos tempos de retenção e largura das bandas para os 
gráficos 1 e 2. 
Solução tampão citrato pH 3,5 Solução tampão citrato pH 5,5 
λ = 680nm λ = 510nm λ = 680nm λ = 510nm 
Tr1 
(cm) 
Wb1 
(cm) 
Tr2 
(cm) 
Wb2 
(cm) 
 
Tr1 
(cm) 
Wb1 
(cm) 
Tr2 
(cm) 
Wb2 
(cm) 
4,3 2,0 10,3 5,0 3,0 1,7 4,0 2,5 
 
A partir destes dados pode-se calcular o número de pratos teóricos e a 
resolução cromatográfica, dados analíticos correspondes a eficiência da coluna. 
Para calcular o número de pratos teóricos utilizou-se a seguinte equação: 
𝑁 = 16(
𝑇𝑟
𝑊
)2 
 
E para a resolução: 
𝑅𝑠 =
2(𝑇𝑟2 − 𝑇𝑟1)
𝑊1 + 𝑊2
 
 
Pode-se observar que o número de pratos teórico é um dado analítico 
pertinente a cada pico cromatográfico, já a resolução é pertinente, neste caso, a 
todo o cromatograma, visto que se utiliza os parâmetros de ambos os picos para 
determinar seu valor. Os resultados estão expressos na tabela 3. 
 
 
 
 
 
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Tabela 3: Número de pratos teóricos e resolução cromatográfica os gráficos 
1 e 2. 
Solução tampão citrato pH 3,5 Solução tampão citrato pH 5,5 
Número de Pratos teóricos Número de Pratos teóricos 
λ = 680nm λ = 510nm λ = 680nm λ = 510nm 
74,0 67,9 49,8 41,0 
Resolução Resolução 
1,7 0,5 
 
O número de pratos teóricos corresponde ao equilíbrio entre FE e a FM, 
quanto maior o N, maior a eficiência da análise e consequentemente maior e 
melhor a separação. Quanto a resolução cromatográfica, resultados acima de 
1,6 garantem uma boa separação na linha de base e consequentemente garante 
um resultado quantitativo mais preciso, ou seja, maior a eficiência. 
Dito isso, a fase móvel mais adequada para a separação dos íons é a solução 
tampão citrato pH 3,5, possui o número de pratos maior e uma maior resolução 
o que garante uma separação adequada dos analitos e consequentemente um 
resultado analítico mais preciso. Isso pode ser observado inclusive nos próprios 
cromatogramas, nota-se que no gráfico 1 há uma separação adequada dos 
compostos enquanto no gráfico 2 há sobreposição. 
Para determinar qual FM é mais forte, ou seja, qual elui mais rapidamente os 
íons é preciso calcular as concentrações molares de citrato de sódio e ácido 
cítrico em ambas soluções tampão. 
Dada a equação da solução: 
C6H8O7 → C6H5O73- + 3H+ 
 
Solução tampão citrato pH 3,5: 
[A-] = [HA] = 0,2mol/L e o pKa1 = 3,12 
Calculou-se o Ka: 
𝑝𝐾𝑎 = − log 𝐾𝑎 
𝑘𝑎 = 10−3,12 = 7,58 ∙ 10−4 
Como pH = pKa ± 1 
𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
 
11 
 
3,5 = 3,12 + log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
 
log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
= 3,5 − 3,12 = 0,38 
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
= 2,40 
[𝐴−] = 2,40 ∙ [𝐻𝐴] 
Logo: 
2,40 ∙ [𝐻𝐴] + [𝐻𝐴] = 0,2 
[𝐻𝐴] =
0,2
3,4
= 5,88 ∙ 10−2𝑚𝑜𝑙/𝐿 
Além da concentração de ácido, pode-se calcular a concentração do citrato: 
[𝐴−] + 5,88 ∙ 10−2 = 0,2 
[𝐴−] = 0,14𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
Solução tampão citrato pH 5,5: 
[A-] = [HA] = 0,2mol/L e o pKa2 = 4,77 
Calculou-se o Ka: 
𝑝𝐾𝑎 = − log 𝐾𝑎 
𝑘𝑎 = 10−4,77 = 1,70 ∙ 10−5 
Como pH = pKa ± 1 
𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
 
5,5 = 4,77 + log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
 
log
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
= 5,5 − 4,77 = 0,73 
[𝐴−]
[𝐻𝐴]
= 5,37 
[𝐴−] = 5,37 ∙ [𝐻𝐴] 
Logo: 
5,37 ∙ [𝐻𝐴] + [𝐻𝐴] = 0,2 
12 
 
[𝐻𝐴] =
0,2
6,37
= 3,14 ∙ 10−2𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
Além da concentração de ácido, pode-se calcular a concentração do citrato: 
[𝐴−] + 3,14 ∙ 10−2 = 0,2 
[𝐴−] = 0,17𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
Além das concentrações, devemos observar os cromatogramas ilustrados 
anteriormente, pode-se observar que na corrida cromatografia utilizando a 
solução tampão de citrato 1 (pH 5,5) houve uma sobreposição dos picos, ou seja, 
não foram separados adequadamente, eluiram juntos. Os cálculos de 
concentrações demonstram que em pH 5,5 a concentração de ácido é menor do 
que em pH 3,5. Em pH 5,5 há uma menor interação com a FE, portanto, os 
analitos são arrastados, o que faz com que a eluição seja mais rápida, ou seja, 
a força cromatográfica em 5,5 é maior. 
8. QUESTÕES 
Questão 1 
Um exemplo clássico da aplicação da cromatográfica líquida por troca iônica 
é a separação do níquel, manganês, cobalto, cobre, ferro e zinco utilizando-se 
uma coluna de troca aniônica. A eluição foi realizada com HCl em concentrações, 
que variaram de 12,0 a 0,005 mol/L. A figura abaixo ilustra essa separação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
Figura 1: Separação de metais de transição (Mn e Zn) a concentrações 
variáveis de HCl. 
 
A coluna utilizada foi a Dowex 1,26 x 0,29cm operada a uma vazão de 
30mL/h. Concentrações de HCl: 1= 12mol/L, 2= 6mol/L, 3= 4mol/L, 4= 2,5mol/L, 
5= 0,5mol/L e 6= 0,005mol/L. 
Explique a ordem de eluição dos cátions. 
Metais em transição tendem a formar complexos aniônicos com cloreto 
proveniente do ácido clorídrico (HCl), pode-se controlar o processo de 
complexação, visto que o processo depende da concentração de HCl. Cada íon 
metálicoterá suas propriedades específicas o que faz com que haja 
naturalmente uma diferença de afinidade na ligação com o trocador iônico. Neste 
caso a eluição acontece gradativamente, iniciando-se com a maior concentração 
de ácido. O primeiro analito eluido é Ni2+, este se complexa na presença de 
ligante polidentados, como o cloreto (Cl-) é monodentado não há tendencia em 
formar complexos, sendo eluido de forma mais rápida. A ordem de eluição está 
relacionada a concentração mínima de HCl disponível para formar e manter 
complexos estáveis e adsorvido na FE, neste caso o 1º analito, como comentado 
anteriormente é o níquel com concentração de ácido 12mol/L, 2º é o manganês 
(Mn2+) [HCl] equivalente à 6 mol/L em seguida o cobalto (Co2+) [HCl] = 4 mol/L, 
o cobre (Cu2+) [HCl] = 2,5 mol/L, o ferro III (Fe3+) [HCl] = 0,5 mol/L e por fim Zinco 
(Zn2+) [HCl] = 0,005 mol/L. [5] 
14 
 
9. CONCLUSÃO 
Diante do processo experimental, é concluso que a técnica analítica de 
cromatografia de troca iônica é eficaz na separação dos íons quando aplicada 
uma FM adequada. Por meio da prática adquirimos conhecimento teórico/prático 
da técnica de cromatografia por troca iônica, aprendemos o processo de criação 
e interpretação de um cromatograma, além de efetuação e interpretação de 
dados analíticos fornecidos pelo cromatograma. 
10. REFERÊNCIAS 
[1] ALVES, Marcos. “Cromatografia de Íons” - Metrohm Pensalab. Disponível 
em 
http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/1060198/LOQ4001/Apresentacao
%20Teorica%2020102014.pdf Acesso em 04 de maio de 2021 às 10h00. 
 
[2] NASSUR, Maria E. Q. – Aula “Cromatografia Líquida por Troca Iônica”. 
Disponível em 
<https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/6117805/mod_resource/content/1/Tro
ca%20I%C3%B4nia%20Maria%20Eug%C3%AAnia.pdf>. Acesso em 4 de maio 
de 2021 às 10h00. 
 
[3] DIAS, Silvio P.; VAGHETTI, Júlio P.; LIMA, Éder C.; BRASIL, Jorge L. 
“Química Analítica: Teoria e Prática Essenciais”. Bookman, 2016. 
 
[4] DEGANI, Ana Luiza G.; CASS, Quezia B.; VIEIRA, Paulo C. - 
“Cromatografia um breve ensaio”. Disponível em < 
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc07/atual.pdf>. Acesso dia 04 de maio de 
2021 às 08h56. 
 
[5] SKOOG, D. A.; WESTE, D. M.; HOLLER, F. J.; CROUCH, S. R. 
“Fundamentos de Química Analítica”. 8ed. São Paulo: Thomson Learning, 2006. 
 
 
 
http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/1060198/LOQ4001/Apresentacao%20Teorica%2020102014.pdf
http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/1060198/LOQ4001/Apresentacao%20Teorica%2020102014.pdf
https://edisciplinas.usp.br/course/view.php?id=88193#section-1
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/6117805/mod_resource/content/1/Troca%20I%C3%B4nia%20Maria%20Eug%C3%AAnia.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/6117805/mod_resource/content/1/Troca%20I%C3%B4nia%20Maria%20Eug%C3%AAnia.pdf
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc07/atual.pdf