Perguntas e respostas - cromatografia

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MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS
CROMATOGRAFIA GASOSA – CG.
Exercício 01: Quais são as diferenças entre a cromatografia gás-líquido e gás-sólido?
Na cromatografia gás-sólido a fase estacionária é um sólido e ocorre processo de adsorção. Na cromatografia gás-líquido a fase estacionária é um líquido imobilizado em um suporte sólido e ocorre processo de partição.
Exercício 02: Descreva as diferenças físicas entre colunas capilares e empacotadas. Quais são as vantagens e desvantagens de cada uma? Apresentar em forma de tabela.
	Colunas capilares	
	Colunas empacotadas
	Fase estacionária reveste a superfície interna da cavidade da coluna.
	Fase estacionária é empacotada na cavidade da coluna, tem uma fase estacionária cheia.
	São usadas principalmente colunas capilares em cromatografia gasosa.
	São usadas principalmente colunas empacotadas em extrações líquido-líquido.
	Requer apenas uma pequena quantidade da amostra.
	Requer uma grande quantidade da amostra.
	Menos pressão dentro da coluna.
	Altas pressões dentro da coluna.
	São mais longas.
	São curtas.
	Diâmetro das colunas capilares é de cerca de 1 mm.
	Diâmetro das colunas de enchimento pode ser de vários milímetros.
	A eficiência das colunas capilares é alta.
	A eficiência das colunas empacotadas é baixa.
	Colunas capilares dão uma resolução mais alta.
	Colunas empacotadas dão comparativamente uma má resolução
	Colunas capilares são mais caras.
	Colunas empacotadas são menos caras.
	Colunas capilares são melhores para a separação de amostras polares, já que seu tubo é de vidro.
	Colunas empacotadas são melhores para a separação de amostras não polares, já que seu tubo é de aço inoxidável.
	Colunas capilares são frágeis, pois o tubo é feito de vidro.
	Como o tubo das colunas empacotadas é feito de metal, elas são robustas.
Concluindo, coluna empacotada contém uma fase estacionária totalmente compactada. Por outro lado, as colunas capilares têm uma superfície interna revestida com a fase estacionária. As colunas capilares oferecem uma resolução melhor e um resultado eficiente, embora sejam caras. Portanto, a principal diferença entre a coluna empacotada e a coluna capilar é o tipo de empacotamento da fase estacionária.
Exercício 03: Descreva o princípio no qual cada um dos seguintes detectores para CG são baseados e para quais tipos de analito são sensíveis: (a) condutividade térmica, (b) ionização em chama e (c) captura de elétrons.
a) Condutividade térmica: A cromatografia em fase gasosa com Detector de Condutividade Térmica, ou GC-TCD, é uma técnica de análise usada para analisar gases inorgânicos (Argônio, Nitrogênio, Hidrogênio, Dióxido de Carbono, etc.) e pequenas moléculas de hidrocarbonetos.
Funcionamento:
▪ O Detector TCD possui uma câmara interna, dividida em dois canais de fluxo, onde um é o canal de referência e o outro o canal analítico.
▪ O sistema é balanceado com um fluxo de gás de arraste puro através de ambos os canais de fluxo, onde filamentos aquecidos perdem calor de maneira constante devido à passagem do gás de arraste pelas celas.
▪ Essa perda de calor gera um sinal constante que é registrado na forma de LINHA DE BASE.
▪ Quando as moléculas injetadas passam pelo canal de amostra, a condutividade térmica do meio é modificada e a temperatura do filamento se altera.
▪ As diferenças de condutividade térmica formam são registradas como PICOS CROMATOGRÁFICOS.
Algumas características interessantes do Detector TCD:
▪ Separação e quantificação de compostos que não geram sinal em outros detectores
▪ Por ser um detector não-destrutivo, pode ser usado em GC preparativa ou detecção em “tandem”.
▪ Não é compatível com gases oxidantes.
b) Ionização em chama: A cromatografia em fase gasosa com Detector por Ionização de Chama, ou GC-FID, é uma técnica de análise muito comum e amplamente utilizada no setor petroquímico, farmacêutico e de gás natural. 
Funcionamento:
▪ O FID é composto por uma chama de hidrogênio/ar, e um prato coletor.
▪ Quando compostos orgânicos são introduzidos na chama através da coluna, espécies carregadas eletricamente são formadas.
▪ Essas espécies são coletadas em um eletrodo e produzem um aumento na corrente elétrica proporcional à quantidade de carbono que passou pela chama.
▪ O resultado dessa corrente é amplificado por um eletrômetro e transformado pelo software em pico cromatográfico.
Algumas características interessantes do Detector FID:
▪ Responde ao número de átomos de carbono que entram no detector por unidade de tempo e por isso é sensível à massa e não a concentração da mesma.
▪ Oferece uma leitura rápida, precisa e contínua da concentração total de hidrocarbonetos para níveis tão baixos quanto ppb.
▪ É um detector específico para compostos orgânicos, ou seja, compostos que não apresentem carbono em sua estrutura não são detectados.
▪ O FID não detecta: CO, CO2, formaldeído e ácido fórmico.
c) Captura de elétrons: A cromatografia em fase gasosa com Detector por Captura de Elétrons, ou GC-ECD, é uma técnica de análise que responde muito bem a halogenetos orgânicos, aldeídos conjugados, nitrilas, nitratos e compostos organometálicos. É praticamente insensível a hidrocarbonetos, álcoois e cetonas. A sensibilidade seletiva a haletos faz com que este detector seja particularmente útil na análise de pesticidas clorados.
Funcionamento:
▪ Quando o gás de arraste (N2) passa pelo detector, este é ionizado por partículas beta emitidas por fontes de 3H ou 63Ni. Os elétrons produzidos neste processo são coletados em um ânodo, gerando uma corrente que é amplificada por um eletrômetro.
▪ A corrente amplificada é registrada na forma de LINHA DE BASE.
▪ Moléculas eluindo da coluna, capazes de capturar elétrons, diminuem esta corrente, gerando um sinal proporcional à sua concentração.
▪ O resultado desta alteração no sinal elétrico é transformado pelo software em PICOS CROMATOGRÁFICOS.
Algumas características interessantes do Detector ECD:
▪ Geralmente, emprega nitrogênio com alto grau de pureza como fase móvel, pois traços de água ou oxigênio afetam a sua sensibilidade e linearidade.
▪ Dependendo do analito, um Detector ECD pode ser 10-1.000 vezes mais sensível que um detector FID.
▪ O Detector ECD permiti detectar compostos halogenados, como pesticidas e CFC’s, mesmo em níveis de ppt.
Exercício 04: A figura abaixo ilustra como os tempos de retenção de substâncias polares e apolares variam de acordo a polaridade da FE. Quando a FE é apolar, os 10 compostos são eluídos praticamente de acordo com a ordem crescente de seus pontos de ebulição sendo o principal fator responsável pela retenção nesta coluna é volatilidade das espécies. Quando a FE é polar, as espécies mais polares são retidas fortemente. 
O índice de retenção do Kovats (I) relaciona o tempo de retenção de um soluto aos tempos de retenção de alcanos lineares. Então, para um alcano linear, o valor de I será 100 vezes o número de átomos de carbono do composto. Por exemplo, octano C8 o valor de I será 800, heptano C7 I será de 700. Observando na Tabela abaixo, o índice de 657 para o benzeno em poli(dimetilsiloxano) indica que nessa FE apolar o benzeno será eluído entre o hexano C6 índice 600 e o heptano C7 índice 700.
Com base nessas informações, faça a previsão da ordem de eluição do hexano, heptano, octano, benzeno, butanol e 2-pentanona se a coluna empregada for:
a) Poli(dimetilsiloxano); dimetilsiloxano é uma fase estacionária apolar, portanto reterá melhor as substâncias de menor polaridade. Desta forma a ordem de eluição nesta coluna seria: butanol, 2-pentanona, hexano, benzeno, heptano e octano.
b) poli(etilenoglicol): Etilenoglicol é uma fase estacionária polar, portanto reterá melhor as substâncias de MAIOR polaridade. Desta forma a ordem de eluição nesta coluna seria: octano, heptano, benzeno, hexano, 2-pentanona e butanol.
Exercício 05: Explique a Cromatografia Gasosa Isotérmica e a Cromatografia Gasosa com Programação de Temperatura. 
A temperatura da coluna permanece constante durante a análise, já nacromatografia gasosa com programação de temperatura a variação pode ser linear ou não, melhora a separação, maior simetria nos picos, melhor detectabilidade e diminui o tempo de análise. Utiliza-se temperaturas menores para solutos mais voláteis e temperaturas maiores para solutos menos voláteis.
Exercício 06: Considerando que em um cromatograma o tr (CH4) é 0,5 min, o tr do octano é 14,3 min, o tr da amostra desconhecida é 15,7 min e o tr do nonano é igual a 18,5 min, encontre o índice de retenção (I) da amostra.
Exercício 07: Responda as seguintes questões:
(a) Que tipos de solutos são normalmente separados com uma coluna capilar coberta com poli(dimetilsiloxano)? 
Como semelhante dissolve semelhante, o poli(dimetilsiloxano) é um componente apolar, logo, separa melhor solutos apolares também. A separação acontece em função da diferença nas volatilidades dos compostos analisados.
(b) Que tipos de solutos são normalmente separados com uma coluna capilar coberta com poli(etilenoglicol)? 
Como o poli(etilenoglicol) é polar, separa melhor solutos polares. 
(c) Que tipos de solutos são normalmente separados com uma coluna capilar com camada porosa?
A coluna capilar com camada porosa tem a parede do capilar recoberta apenas com uma camada de adsorvente, que é a própria FE. Pode ser usada para separar solutos orgânicos ou inorgânicos. São colunas ideais para separar compostos voláteis e gasosos e são uma excelente substituição para as colunas empacotadas.
Exercício 08: Responda as seguintes perguntas:
(a) Quando você usaria, na cromatografia a gás, a injeção com divisão de fluxo, a injeção sem divisão de fluxo ou a injeção direta na coluna? 
A injeção com divisão de fluxo, Injeta-se apenas 0,1 a 10% da amostra na coluna. É largamente empregada em métodos de rotina. 
A injeção sem divisão de fluxo é ideal para análises quantitativas e análises de traços.
A injeção direta na coluna é ideal para análises de espécies termicamente instáveis
(Acima dos PE). A solução não passa através do injetor aquecido.
(b) Explique como funcionam o aprisionamento do solvente ou o aprisionamento a frio 
Na injeção sem divisão de fluxo. Dilui-se a amostra em um solvente com baixo PE e injeta a uma temperatura 40 °C abaixo deste ponto. Após condensação do solvente, a temperatura da coluna é aumentada e inicia-se a separação.