Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás CURSO DE CROMATOGRAFIA A GÁS AYRTON ARGENTON Prof. Ayrton Argenton: Químico formado pela USP. Pesquisador Sênior pela REPUSA – Petrobrás, Chefe do Centro de Pesquisa da Oxiteno, Chefe de Pesquisas e Laboratório da CGS Instrumentação Ltda. Ministrou treinamentos técnicos para centenas de empresas brasileiras. Mais de 20 anos de experiência e especialização em treinamento de Cromatografia a Líquido e a Gás em Inds. Químicas, Farmacêuticas, Alimentícias, Destilarias e Usinas de Açúcar e Álcool e Empresas relacionadas. Atualmente aplica Treinamentos e Consultoria pelo CEP CURSOS – Centro de Educação Profissional – www.cepcursos.com Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Nas indústrias químicas, farmacêuticas, alimentos, cosméticos, refinarias de petróleo, petroquímicas, laboratórios de análises clínicas e ambiental, forense entre outras, frequentemente é necessário separar, isolar, purificar, identificar e quantificar os componentes de misturas muitas vezes bastante complexas. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SEPARAÇÃO • Operação pela qual uma mistura é dividida em pelo menos duas frações com diferentes composições. • É obtida por meios físicos embora reações químicas podem ser envolvidas no processo. • Os métodos físico - químicos de separação são baseados na utilização de alguma propriedade física das substâncias a serem separadas. Exemplos: TIPO DE SEPARAÇÃO PROPRIEDADE FÍSICA Destilação fracionada Diferença de ponto de ebulição (diferença na pressão de vapor) Extração com solvente Diferença na constante de distribuição (partição) dos componentes em dois solventes imiscíveis entre si. Cromatografia Diferença de afinidade das substâncias por um material ativo ou adsorvente(FE) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás VISÃO GERAL DE CROMATOGRAFIA O objetivo da cromatografia é separar individualmente os diversos constituintes de uma mistura de substâncias seja para identificação, quantificação ou obtenção da substância pura para os mais diversos fins. Tal separação se dá através da migração da amostra através de uma fase estacionária por intermédio de um fluido (fase móvel). Após a introdução da amostra no sistema cromatográfico, os componentes da amostra se distribuem entre as duas fases e viajam mais lentamente que a fase móvel devido ao efeito retardante da fase estacionária. O equilíbrio de distribuição dos componentes entre as duas fases determina a velocidade com a qual cada componente migra através do sistema. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA Conselho Regional de TEMPO Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO SINAL CROMATOGRAMA TEMPO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás CROMATOGRAFIA A GÁS Amostra gasosa ou liquida volatilizada é introduzida na corrente do gás de arraste que a leva sobre a FE numa coluna. Os constituintes se distribuem entre FE e FM, movendo-se a porção que está na fase vapor com o gás de arraste. Podem ser separados e saem da coluna em tempos diferentes característicos da coluna e das condições experimentais (vazão da FM, T). Ao sair da coluna, os constituintes, separados, passam por um dispositivo onde são detectados, emitindo um sinal elétrico que é registrado, constituindo o que se denomina cromatograma. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás IMPORTÂNCIA DA CROMATOGRAFIA • Velocidade - Cromatografos convencionais Cromatografos com sistema para Fast CG Módulo para EZ Flash acoplado a CG convencional • Poder de resolução – Capacidade de separar adequadamente os constituintes da amostra. • Manuseio de pequenas quantidades de amostra (10-9 – 10-15g) • Simplicidade da técnica Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás EXEMPLOS DE CROMATOGRAMAS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás EXEMPLOS DE CROMATOGRAMAS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS CROMAT OGRAFIA PLANAR EM COLUNA TÉCNICA FASE MÓVEL FASE ESTACIONÁRIA LÍQUIDO LÍQUIDO SÓLIDO FLUIDO SUPERCRÍT ICO GÁS FASE LIGADA LÍQUIDO SÓLIDO FASE LIGADA SÓLIDO FASE LIGADA LÍQUIDO LÍQUIDO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal SÓLIDO FASE LIGADA Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMPARATIVO HPLC / CG Fator CG HPLC Requisitos da amostra •amostra ou derivado volátil •estável termicamente na temperatura de trabalho •amostra solúvel na fase móvel Tipo de Amostra •gases, líquidos e sólidos •baixo peso molecular •líquidos e sólidos •iônicos ou covalentes •baixo e alto peso molecular Tempo de análise relativo •em geral mais rápidas que HPLC •em geral mais lentas que CG Pratos teóricos por coluna (Eficiência da coluna) •até 300000 •até 30000 Capacidade preparativa •pobre •boa Sensibilidade •10-12 g (DIC / DCE) •10-9 g (UV) •10-15 g (coulométrico) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA Em função da fase estacionária utilizada em cromatografia a gás os seguintes Mecanismos são os responsáveis pelas interações entre analito e fase estacionária: • Adsorção • Partição Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA ADSORÇÃO A fase estacionária é um sólido contendo grupos (sítios ativos) que podem adsorver certas substâncias. Ex. Peneira Molecular, Polímeros Porosos, Colunas PLOT Na adsorção tem-se o seguinte equilíbrio:[na FE] adsorvido Kads = [desorvido na FM] Compostos com diferentes constantes de adsorção são separados. FM FE Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA PARTIÇÃO A fase estacionária é um líquido depositado ou quimicamente ligado a um suporte sólido ou depositado ou quimicamente ligado à de um tubo capilar de silica fundida(CG) As moléculas dos componentes a serem separados se distribuem entre a fase estacionária ligada e a fase móvel líquida(HPLC) ou fase móvel gasosa(CG) de acordo com sua afinidade relativa: Kpart = [dissolvido na FE] [dissolvido na FM] Compostos com diferentes constantes de partição são separados. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA PARTIÇÃO FM FE A FM carrega as moléculas nela dissolvidas. Para reestabelecer o equilíbrio, moléculas na FE passam para a FM e são arrastadas. Tem-se um equilíbrio dinâmico em cada segmento da coluna. Como a FM está em contínuo movimento, esta acaba retirando todas as moléculas da coluna. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS Uma série de parâmetros cromatográficos são importantes para serem utilizados na identificação dos compostos separados, avaliar o desempenho cromatográfico e auxiliar na optimização do processo de separação. Os parâmetros cromatográficos a serem discutidos são: • Tempo de retenção • Fator de retenção • Fator de separação • Número de pratos • Resolução Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS TEMPO DE RETENÇÃO Por definição chamamos de TEMPO DE RETENÇÃO, tr, de uma substância ao tempo decorrido desde o instante em que a amostra foi introduzida até o instante do máximo do pico. (onde to é o tempo de retenção de um composto não retido na fase estacionária) Na análise cromatográfica, mantido constantes a vazão da fase móvel e a temperatura da coluna, o tempo de retenção de cada componente é constante, desde que a FE não sofra modificação. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS A partir da figura acima, definimos os seguintes parâmetros cromatográficos de acordo com as equações abaixo: Parâmetro Cromatográfico Definição Fator de retenção k Fator de separação = Número de pratos Resolução N Rs = = t’r / to t’r2 / t’r1 = 16 ( tr / Wb )2 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS FATOR DE RETENÇÃO (ou FATOR CAPACIDADE) k = t’r / to t’r= tr-to Onde: t’r é o tempo de retenção corrigido to é o tempo de retenção de um composto não retido Relação entre o tempo de permanência de cada substância na fase estacionária e o tempo de permanência na fase móvel. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS FATOR DE SEPARAÇÃO = k2 / k1 = t’r2 / t’r1 Relação entre os fatores de retenção de dois picos adjacentes. Por definição é sempre um número maior que a unidade. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS NÚMERO DE PRATOS DA COLUNA N = 16 ( tr / Wb )2 Número indicativo da performance da coluna. É a medida da largura do pico em relação ao seu tempo de retenção. É o parâmetro que mais precisamente define a qualidade de um sistema cromatográfico. Outra medida da eficiência da coluna é dada pela altura do prato, H (altura equivalente a um L prato teórico. H= onde L = comprimento da coluna N N = número de pratos Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS RESOLUÇÃO Rs = 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2) Fornece uma medida quantitativa da habilidade da coluna em separar duas substâncias. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS RESOLUÇÃO Rs = 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2) Fornece uma medida quantitativa da habilidade da coluna em separar duas substâncias. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás EFICIÊNCIA DA COLUNA A introdução da amostra na coluna leva menos de 1 segundo. Como o equilíbrio entre FE e FM é muito rápido, a largura dos picos também deveria ser aproximadamente 1 segundo. Entretanto, isso não ocorre devido a processos de transporte de massa que altera a velocidade das moléculas de um mesmo composto dentro da coluna. Estatisticamente algumas moléculas viajam mais rapidamente e outras mais lentamente que a média das moléculas, atingindo o detector em tempos diferentes. Consequentemente, o pico registrado é alargado. Um tratamento teórico do comportamento das moléculas na coluna foi desenvolvido por Van Deemter. H = A + (B/u) + (C*u) A Equação de Van Deemter mostra a relação da “Altura Equivalente de Um Prato Teórico” - HETP ou simplesmente H, com a velocidade linear da fase móvel, u. Segundo Van Deemter, alguns fatores contribuem para o alargamento de um pico dentro de uma coluna cromatográfica: • Caminhos preferenciais = difusão de Eddy = parâmetro A • Difusão longitudinal = parâmetro B • Resitência a transferência de massa = parâmetro C Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás EFICIÊNCIA DA COLUNA Caminhos preferenciais, termo A da Equação de Van Deemter. Refere-se aos diferentes caminhos percorridos pelo soluto dentro da coluna em função de irregularidades no empacotamento e na forma das partículas da fase estacionária. Este termo também é conhecido como Difusão de Eddy. • Difusão longitudinal, termo B da Equação de Van Deemter. Refere-se à difusão molecular do soluto na fase móvel. Quanto maior a difusão maior o alargamento da banda do pico, logo, menos eficiente a coluna. • Resistência à transferência de massa, termo C da Equação de Van Deemter. É sem dúvida o termo que mais exerce influência no alargamento dos picos e refere-se à movimentação da amostra entre as fases móvel e estacionária. Como já descrito anteriormente, há um equilíbrio na transferência do soluto da fase móvel para a fase estacionária. Neste processo, as moléculas que estão mais próximas à fase estacionária interagem mais rapidamente. Como a fase móvel mantém seu movimento, as moléculas de soluto mais distantes da fase estacionária são arrastadas pela fase móvel por um pequeno período de tempo, pequeno, porém suficiente para alargar o pico. Esta contribuição para o alargamento do pico é diretamente proporcional ao tempo de retenção e isso ajuda a explicar a razão de os últimos picos do cromatograma serem mais largos que os iniciais. Com o aumento da velocidade linear da fase móvel aumenta-se o alargamento do pico. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SCAN FIG 2.14 – PAG. 9 - Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás INSTRUMENTAÇÃO CROMATÓGRAFO A GÁS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás CROMATÓGRAFO CIOLA - 2 - CROMATÓGRAFOS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE MÓVEL – GÁS DE ARRASTE •Escolha do gás de arraste •Influência na eficiência da coluna, tempo de análise e sensibilidade do detector. •Disponibilidade, custo e segurança de operação •Helio, nitrogênio, hidrogênio, argônio •Natureza do gás de arraste – equação de Van Deemter •Difusão do soluto na fase gasosa. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE MOVEL – GÁS DE ARRASTE • • • A escolha da fase movel – gás de arraste – depende do tipo de detector que está sendo usado e do tipo de coluna, empacotada ou capilar. No caso de análises com colunas capilares, normalmente necessita-se um gas auxiliar (make up) para o detector, para obter sensibilidade otimizada. Coluna capilar – d.I.<0.32mm - HIDROGENIO - IDEAL Hélio – aceitável Nitrogênio – menos aceitável coluna megabore- d.I. 0.53mm – NITROGÊNIO – IDEAL HÉLIO – PODE SER USADO Hidrogênio – não recomendado Coluna empacotada: normalmente nitrogenio ou helio, mas no caso de detector de condutividade termica, hidrogenio ou helio são os mais recomendados. Pureza dos gases: ideal é 99.9995% ou melhor, principalmente para detector de captura de eletrons. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás INJETOR E SISTEMAS DE INTRODUÇÃO DE AMOSTRA - A injeção deve ser feita de modo que se obtenha uma “banda” única e estreita para se ter picos ideais. - Falhas na injeção podem causar assimetria dos picos - Quantidade de amostra não deve ultrapassar a capacidade da coluna, determinada pela quantidade de FE. - Quantidade injetada influi na eficiência da coluna - quanto menor, maior é a eficiência. - Quando se tem picos assimétricos, o volume injetado afeta o tR - Amostras líquidas são em geral vaporizadas no injetor(vaporizador) e arrastadas pela FM para a coluna. - Temp. vaporizador 20 – 30 ºC > PE do composto menos volátil da amostra. - Vaporização instantânea - flash vaporization injection - Injeção a frio direto na coluna - Cool on column injection AMOSTRA LIQUIDA Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás VÁLVULAS DE AMOSTRAÇÃO PARA GASES Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal INJETOR CAPILAR Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás INJETOR CAPILAR CONFIGURAÇÃO COM SPLIT ESQUEMA DE INJETOR – ANÁLISE COM SPLIT(DIVISOR DE FLUXO) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás INJETOR CAPILAR CONFIGURAÇÃO SPLITLESS ESQUEMA DE INJETOR – ANÁLISE SPLITLESS (SEM DIVISOR) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás OUTRAS TÉCNICAS DE INJEÇÃO • • • • • • • Análise de compostos voláteis em baixas concentrações em matrizes sólidas ou líquidas ou no ar atmosférico são em geral efetuadas por técnicas específicas: Head space – purge e trap – desorção Head space(espaço confinante) Componentes em amostras altamente diluidas e tão voláteis que exibem alta pressão de vapor sôbre a matriz da amostra sólida ou líquida pode ser seletivamente introduzidas numa coluna cg por transferência de vapor da amostra coletada do head space(espaço vazio sôbre a amostra) de um vial(frasco) fechado contendo a amostra aquecida . Purge e trap A amostra colocada num tubo é borbulhada para arrastar os voláteis para um adsorvente(tenax, carvão ativo…). Os componentes adsorvidos são liberados por aquecimento rápido e arrastados pelo gás de arraste são introduzidos no cromatógrafo. Desorção um dispositivo colocado numa pessoa, succiona o ar de um ambiente para um adsorvente específico, por um tempo definido, levado ao laboratório e desorvido térmicamente ou extraido com um solvente e injetado no cromatógrafo. Outro procedimento é a adsorção dos vapores do ar ambiental para um “botton”, e no laboratório extraído com solvente e injetado no cromatógrafo. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA/FORNO DA COLUNA A coluna é a essência do sistema cromatográfico, pois é nela que ocorrerá a separação dos componentes da amostra. Fase estacionária (suporte sólido e fase líquida) Tubo (material, comprimento e diâmetro) Colunas empacotadas e capilares Parâmetro Empacotada Capilar Diâmetro interno (mm) 1–4 0.1 – 0.75 Comprimento (m) 1–5 5 - 100 Pratos teórico por metro 2400 3000 Espessura do filme líquido (micra) 5 – 10 0.1 – 5 Granulometria das partículas (mesh) 80 – 100 - Vazão média (ml/min) 20 – 60 1 – 10 Volume de amostra líquida (l) 0.2 – 5 0.001 – 0.5 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás TIPOS DE COLUNA Colunas Empacotadas (Packed Columns) Vidro, aço inox – 1 a 3m – d.i. 1 a 4 mm CGS e CGL Escolha da FE - similar dissolve similar Colunas Capilares D.I. 0.1 - 0,75 mm – 5 a 100 m Sílica fundida, vidro, aço inox. Coluna tubular aberta com parede revestida (WCOT) Coluna com suporte recoberto (SCOT) Coluna com FE imobilizada ou quimicamente ligada às paredes do tubo –wall bond open tubular (WBOT) Coluna capilar(megabore) com camada porosa(PLOT) Colunas Capilares – aumento do numero de pratos teóricos e diminuição do alargamento das “bandas” portanto melhor resolução. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FORNO DAS COLUNAS Controlador de temperatura – variação 0,1ºC Analises isotérmicas •Amostras com PE elevado não eluem •Primeiros picos: agudos, pouco resolvidos •Posteriores: baixos, largos, muito resolvidos Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FORNO DAS COLUNAS Analises com Programação de Temperatura •Determinação das condições de analise, inclusive isotérmicas •Tempo de analise reduzido •Limite de detecção e precisão da medida do pico são melhorados •Velocidade de injeção não precisa ser tão rápida •Transformações químicas dos componentes instáveis são minimizadas Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 O Conceitos de cromatografia a gás DETECTORES • Compostos analisados numa coluna CGL/CGS são monitorados pelo detector • Sinal de saída é proporcional à quantidade do composto analisado que está eluindo e é registrado como um traço contínuo (cromatograma). • Área de pico – medida manual ou eletronicamente Desempenho dos detectores • Resposta – magnitude do sinal elétrico/massa do composto • Sensibilidade – Limite de Detecção – S = 2 ou 3 x N (N = ruido) • Limite de Determinação – 10 x N • Linearidade do detector . Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás TIPOS DE DETECTORES Detector Sensibilidade para compostos indicados no caso de detectores seletivos Faixa Linear Sinal gerado é proporcional linearmente com a conc. DCT(TCD) 10-7 g mL-1 103 – 104 DIC(FID) 10-12 g (C)s-1 107 DCE(ECD) 10-16 moles mL-1 (lindano) 103 – 104 DTI (DNP) 10-14 g(N) s-1 (azobenzeno) 10-15 g(P) s-1 (tributilfosfato) 103 – 105 DFC(FPD) 10-10 g(S) s-1 (tiofeno) 10-12 g(P) s-1 (tributilfosfato) 103 105 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA • Principio: corpo aquecido perde calor com velocidade que depende da condutividade térmica do(s) gás(es) que o envolvem. • Detector: 4 filamentos de W aquecidos pela passagem de corrente elétrica e colocados na corrente do gás de arraste, num arranjo de Ponte Wheatstone e suportados num bloco metálico. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DCT - CIRCUITO ESQUEMÁTICO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SCAN TABELA 6.2 PAG.41 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DCT- INFLUÊNCIA DA CORRENTE K = CONSTANTE DO DETECTOR R = RESISTÊNCIA DOS FILAMENTOS I = CORRENTE DE ALIMENTAÇÃO Tb, Tf TEMPERATURAS DO BLOCO E DO FILAMENTO CONDUTIVIDADES TÉRMICAS DO GÁS DE ARRASTE E SUBSTÂNCIA 1 g s 2 Tf Tb Re sposta K . R . I Fg g Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE IONIZAÇÃO DE CHAMA - DIC – FID • Gás de Arraste: corrente 10-14 amp; com composto orgânico, queima, gera radicais livres → alguns são ionizados → 10-12 a 10-6 A → amplificada → cromatograma Princípio: condutividade elétrica num gás é proporcional à quantidade de partículas carregadas presentes. H2 + O2 (ar) + gás de arraste: queima num bico (jet). Ionização na chama é obtida aplicando um potencial > 200V. Não responde (ou apresenta reposta muito baixa) a: nitrogênio, óxidos de nitrogênio, monóxido e dióxido de carbono, sulfeto de carbono, gás sulfídrico, dióxido de enxofre e água, tetracloreto de carbono. Isso é útil para uso como solvente – H2O, CS2, CCl4. Alta sensibilidade: 10-12 g/seg – análise de traços Estável – Alta faixa de linearidade 10-6 a 10-7 Moléculas com O e halogênio diminuem a sensibilidade Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE IONIZACÃO DE CHAMA • • • • A estrutura química, tipo de grupo func ional. Geometria e esqueleto de carbono e pm influem na sensibilidade de geração de sinal. A resposta é reduzida para compostos polares que contém heteroátomos como grupos funcionais. Átomos de carbono ligados a heteroátomos são ionizados com muito menos probabilidade ou não são ionizados e não contribuem para a intensidade do sinal do detector. Para análise quantitativa é importante que o fator de resposta seja determinado Outros fatores que influem na resposta: fluxo dos gases de queima – h2 e ar, e gás de arraste; geometria do sistema de eletrodo do detector, voltagem entre os eletrodos. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE CAPTURA DE ELÉTRONS Princípio: elétrons gerados por ionização do gás por uma fonte radioativa (Ni63 ou tritio) são capturados por alguns tipos de compostos, diminuindo a corrente que é registrada. Raios β emitidos pela fonte ioniza o N2 gerando elétrons: β + N2 → N2* + eˉ É gerada uma corrente constante registrada como linha de base. Compostos eletronegativos captam elétrons diminuindo a corrente. A queda de corrente é proporcional à quantidade do composto eletro-aceptor que passa pelo detector. Gás Arraste: Nitrogênio ou Argônio a 5%CH4 - 30-40ml/min. no detector. Sensibilidade – Seletividade do DCE Muito sensível: 10-12 a 10-14 g de substâncias com afinidade por elétrons Halogenados, nitrilas, organometalicos → agrotóxicos. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE CAPTURA DE ELÉTRONS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE NITROGÊNIO E FÓSFORO (DNP-NPD) DETECTOR DE IONIZAÇÃO TERMOIÔNICO (DIT - TID) DETECTOR DE IONIZAÇÃO DE CHAMA ALCALINA • Principio: fonte alcalina (pastilha de cerâmica com sal de Cs ou Rb) polarizada e coletor semelhante ao DIC. Interação dos vapores do metal alcalino com os compostos orgânicos de N ou P → íons negativos • Sensibilidade: N ~10-13 g/seg e P ~10-14 g/seg.; desprezível para orgânicos contendo C, H e O. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR FOTOMÉTRICO DE CHAMA (DFC-FPD) • Princípio: compostos são queimados em chama de O2 e H2 Compostos orgânicos de S e P ou outros elementos emitem luz de diversos comprimentos de onda. S e P emitem grande intensidade na região de 394 e 526 nm respectivamente → altamente sensível para S e P. A luz emitida é detectada usando fotomultiplicadora e com filtro apropriado, detecta-se só os elementos de interesse. • Fluxo de gás de arraste + auxiliar: pelo menos 20ml/min. • Fluxo de H2: 200 – 210ml/min. AR: 120 – 160ml/min Sensibilidade:P → HPO* → luz a 526nm → 4x10-14 g/s S → S2* → luz a 394nm → 2x10-13 g/s Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR FOTOMÉTRICO DE CHAMA (DFC-FPD) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTORES FID - FPD DETECTORES - CIOLA 65 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE FOTOIONIZAÇÃO (DFI – PID) • Princípio compostos são ionizados numa câmara contendo lâmpada ultra-violeta. • R+h → R* + e• Sensibilidade:similar a DIC, porém aumenta para compostos que absorvem na região ultra-violeta, como p.ex. aromáticos. • Responde à concentração; portanto a resposta diminui com aumento da vazão de gás de arraste + auxiliar. Normalmente gás de arraste a 20ml/min e auxiliar só com arraste menor que 10ml/min. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE FOTOIONIZAÇÃO (DFI – PID) Utilizando lâmpadas de diferentes energias: 9,5; 10,2 ou 11,7 e V, as respostas dos primeiros membros de uma série homóloga se alteram. Assim os compostos com baixa S em DIC tem alta S em DFC: ex. dicloroetano, formaldeido. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás GÁS DE ARRASTE E GÁS AUXILIAR DETECTOR ARRASTE AUXILIAR ALTERNATIVA FID HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO NPD HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO ECD HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 ARGÔNIO/CH4 ARGÔNIO/CH4 NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 TCD HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO MESMO DO GÁS DE ARRASTE FPD HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO PID HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 NITROGÊNIO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE ESPECTROMETRIA DE MASSA • • • • • • • • • • • • • CG/MS O espectrômetro de massa baseia-se na ionização do analito efluente da coluna por meio de uma fonte de energia -70ev ou outro valor ajustável, num sistema a alto vácuo. O analito perde 1 eletron resultando numa molécula carregada positivamente, considerada como ion molecular. Devido a instabilidade dessa molécula, ela se fragmenta em várias partículas menores, características de sua estrutura. Essas partículas são detectadas, constituindo o espectro de massa. A técnica de ionização utilizada é a de impacto de elétrons (ie). Os sistemas cg/ms possuem bibliotecas com espectros de massas de vários compostos. O espectro de massa de um determinado pico é comparado com os da biblioteca. Através da similaridade dos espectros, o sistema indica a provável estrutura do composto com um certo nível de probabilidade. Bibliotecas nist/epa/nih : ~75.000 espectros Wiley: ~229.000 espectros Pflegar/maurer/weber drogas e metabolitos: ~1400 espectros Pesticidas: ~205 espectros Pirólise: ~100 especros de polímeros Flavors & fragancias: ~1200 espectros Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE ESPECTRÔMETRO DE MASSA (CG/MS) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTOR DE ESPECTRÔMETRO DE MASSA (CG/MS) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás DETECTORES - CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES • Quando 1 analito separado na coluna,chega no detector, é gerado um sinal cujo valor é muito pequeno. • Para possibilitar a detecção do pico, é necessário ampliar esse sinal, que é obido através de um sistema eletrônico – amplificador – que amplifica o sinal permitindo detectar o pico. • Os amplificadores possuem um sinal máximo de saída, em geral 1v, podendo variar, de acordo com configuração do fabricante. • A amplificação pode ser ajustada. A sensibilidade máxima do detector é obtida com a maior amplificação. Cada fabricante de CG possui um sistema de atenuação do amplificador (range do amplificador). • • Consideremos que o range selecionado dá a maior amplificação – sinal máximo 1v por exemplo. • Ao injetar uma amostra, se um determinado analito gerar um sinal maior que 1v, a área calculada não é real, pois não se conhece o valor de sinal que foi gerado. Diz-se que o pico “estoura”. No software, observa-se um traço reto na escala de 1v. • Se for preciso quantificar esse composto, é necessário que o pico de um sinal dentro da escala (no caso < 1v, o que é conseguido injetando menos amostra ou alterando o range para um valor menor. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás AQUISIÇÃO DE DADOS Atualmente utilizam-se softwares que permitem: • Registrar e processar os dados do cromatograma; • Efetuar as curvas de calibração; • Controlar o sistema cromatográfico; • Reprocessar os cromatogramas por ajuste dos parâmetros de integração otimizados (width – threshold – tangente – vale, etc.); • Selecionar a frequência de amostragem (x hz)) de modo a se ter pelo menos 20 a 30 medidas por pico; • Realizar os cálculos para verificar o “system suitability test” Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO DA COLUNA / FASES ESTACIONÁRIAS A coluna é o coração do sistema cromatográfico e determina a eficiência e seletividade que pode ser alcançada na separação. Colunas Empacotadas • CGL – CGS • Tubo da Coluna • Inerte – estável termicamente – flexível • Vidro, aço inox, cobre teflon • Vidro – lavado com acido, e DMCS – tolueno – metanol – seca, com a finalidade de eliminar grupos SiOH do vidro que são adsorventes. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO DA COLUNA / FASES ESTACIONÁRIAS Colunas Capilares – Open Tubular Columns • A fase liquida é revestida como um filme sobre a parede da coluna, portanto não contem suporte – wall coated open tubular (WCOT), ou é ligada quimicamente ao tubo de silica fundida • Vantagem: baixa contra pressão devido a suporte na coluna empacotadas ->-> mais longas para mesma queda de pressão. • Estreitas – para minimizar efeitos de transferência de massa na fase gasosa • TUBO: aço inox → vidro → silica fundida • Sílica fundida: poucas impurezas, resistentes, flexíveis. • Fases liquidas quimicamente ligadas à superfície, aumentaram a estabilidade das colunas, com diminuição do “sangramento” e arraste da FE por solventes das amostras, e superfície do tubo desativada. Podem ser lavadas para remover impurezas retidas. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO DA COLUNA EM CGS Seleção da Coluna em CGS FE: sólido poroso acondicionado num tubo. Separação: adsorção seletiva dos componentes da amostra nas partículas do sólido – peneiras moleculares, carvão – sílica gel – alumina – polímeros porosos. Peneiras moleculares 5A e 13X. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás POLÍMEROS POROSOS – PORAPAK – CHROMOSORB 100 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO DA COLUNA EM CGL (PARTIÇÃO) A separação é conseguida graças a diferença dos coeficientes de partição entre FE e FM dos constituintes da amostra analisada. COLUNAS EMPACOTADAS E CAPILARES COLUNAS EMPACOTADAS SUPORTE Função Características: Área especifica • Estrutura porosa adequada – • Tamanho de partícula uniforme: 80-100, 100-120 mesh • Inércia • Resistência mecânica elevada Principais suportes utilizados em GGL Diatomitas – Chromosorb – Johns-Manville e outros Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás scan equivalencia de suportes – tabela 5.4 pag.27 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO DA COLUNA EM CGL (PARTIÇÃO) FASE LÍQUIDA FL – componente mais importante da CGL – interações dos constituintes da amostra com a FL que permitirá obter separação. Características: • Efetuar separação desejada • Não ser volátil na temperatura de operação • Estável termicamente em ampla faixa de T • Inércia química • Capacidade de dissolver os componentes da amostra • Fácil disponibilidade e baixo custo Força de Interação FL – Compostos: A solubilidade diferencial dos componentes da amostra é que governa a separação. Ela depende das forças coesivas de Van der Waals entre o soluto e a fase estacionária . Determinam a volatilidade relativa dos solutos, dos coeficientes da partição. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNAS CAPILARES – OPEN TUBULAR COLUMNS A fase líquida é revestida como um filme sôbre a parede da coluna, portanto não contém suporte – wall coated open tubular(WCOT). Vantagem: baixa contra pressão devido a não ter suporte como nas colunas empacotadas, e portanto pode-se ter colunas mais compridas e em consequência maior eficiência. São estreitas – para minimizar efeitos de transferência de massa na fase gasosa. Tubo: aço – vidro - sílica fundida. Fases líquidas quimicamente ligadas à superfície (bonded phase), aumentam a estabilidade das colunas, com diminuição do “sangramento” e arraste da FE por solventes das amostras. Superfície do tubo de sílica fundida desativada. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASES LÍQUIDAS EM CGL • Muitas das fase estacionarias liquidas são praticamente o mesmo material, produzido por diferentes fabricantes ou fornecedores, com nome ou código diferente. • Podem ser agrupadas em um número limitado de tipos com propriedades e estruturas similares → numero limitado de fases usadas para colunas capilares e empacotadas. • Classificação genérica: polares, não polares e fases especiais. Fases Não Polares: não contem grupos que formem pontes de hidrogênio ou interação dipolo permanente - dipolo permanente. • Eluição de acordo com PE ou volatilidade relativa, nas condições de análise. Fases Polares: contém grupos funcionais polares, tais como halogênio, hidroxila, nitrila, carbonila ou Ester. Os compostos contendo grupos polares interagirão mais fortemente que os não polares Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASES ESTACIONÁRIAS • • • • • A grande maioria das FE de colunas capilares são constituidas de polisiloxanes (siliconas) com diferentes grupos ligados à sua estrutura que lhes proporcionam as diferentes características de interação com os componentes analisados. Além das polisiloxanes, são utilizadas também ,como fases estacionárias em colunas capilares, polímeros com grupos poliéteres (glicóis) e poliéteres modificados (glicóis modificados), e algumas outras com estruturas especiais para análise de compostos com isomeria óptica, são as fases quirais. As polisiloxanes são constituidas basicamente de grupos metila, fenila, ciano-propil, trifluoropropil, ligados ao esqueleto da silicona. A grande maioria das fases estacionárias atualmente utilizadas são quimicamente ligadas à superfície do tubo de silica fundida, o que lhe proporciona maior estabilidade térmica e a solventes, o que permitem que sejam lavadas para remoção de impurezas . Cada fabricante de colunas capilares atribui um código específico para suas colunas, as quais possuem características similares. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLI(DIMETILSILOXANE) • • Metilsilicona não polar. Fase ligada Quimicamente compatível com água e outros solventes. Pode ser lavada. • • Faixa de temperatura: -60c a 320c NÚMERO DE MCREYNOLDS: x’- y’- z’- u’- s’ = 4 – 58 – 43 – 56 – 38 Aplicações típicas: hidrocarbonetos, gasolina, solventes, alcóois, fame, ac.Graxos,alimentos, flavorizantes, fragâncias. Fases comerciais similares: ciola 1, db1, hp1, at1, fi53, cpsil5cb, optima1, ov1, ov101, zb1, 007-1, rtx1, bp1, spb1. Fase equivalente a cg-usp – g1 • • • Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE ESTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRAXOS EM COLUNA NÃO POLAR - METILSILOXANE Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE SOLVENTES DE EMBALAGENS COLUNA TIPO POLIDIMETILSILOXANE Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLI(5%DIFENIL- 95%DIMETILSILOXANE) • • • • • • • Não polar – fase ligada. Quimicamente compatível com agua e outros solventes. Pode ser lavada. Faixa de temperatura: -60c a 320c NÚMERO DE MCREYNOLDS: x’- y’- z’u’- s’ = 19 – 74 – 64 – 93 - 62 Aplicações típicas: hidrocarbonetos, gasolina, solventes, pesticidas, alimentos, fame, fenois, alcaloides aromáticos, drogas de abuso, flavorizantes, fragâncias. Fases comerciais similares: ciola 5, db5, hp5, at5, fi54, cpsil8cb, optima5, ov5, zb5, 007-5, rtx5, bp5, spb5.. Fase equivalente a cg-usp – g27 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE PESTICIDAS ORGANOCLORADOS EM COLUNA 5%FENIL-95%METILISILOXANE Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLI(14%CIANOPROPILFENIL-86%DIMETILSILOXANE) • • • • • • Polaridade intermediária. Fase ligada. Grupo ciano torna a fase mais susceptível a danificação por oxigênio e umidade do que outras fases de silicona. Pode ser lavada. Faixa de temperatura: subambiente a 280c NÚMERO DE MCREYNOLDS: x’- y’- z’- u’s’ = 67 – 170 – 153 – 228 - 171 Aplicações típicas: pesticidas, semivoláteis, esteroides, ac.ORGÂNICOS, ALCOOIS, pahs, pcbs, AROCLOR, TRANQUILIZANTS. Fases comerciais similares: ciola1701, db1701, hp1701, fn210, cpsil19cb, optima1701, ov1701, 007-1701, rtx1701, bp10, spb1701. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLI(6%CIANOPROPILFENIL-94%DIMETILSILOXANE) • • • • • • Fase polaridade média. Fase ligada. Fase desenvolvida para análises de compostos organo-voláteis, halogenados, não halogenados e aromáticos pela técnica de purge & trap como contaminantes em ar, água potável, e efluentes e solos. Fase indicada para atender os vários requisitos dos métodos epa 502.2, 524.2, 601, 602, 624, 5041, 8010, 8020, 8260. Pode ser lavada.. Faixa de temperatura: subambiente a 250c. Fases comerciais similares: db624, hpvoc, hp624, at624,rtxvoláteis, spb624, cpsil13cb, vocol Fase equivalente a cg-usp – g43 A coluna tipo 624 é adequada para análise de impurezas em alcool etílico Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ALCOOL – ANÁLISE EM COLUNA TIPO 624 POLI(6%CIANOPROPILFENIL-94%DIMETILSILOXANE) Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COLUNA DESENVOLVIDA PARA ANÁLISE DE HALOGENADOS, NÃO HALOGENADOS E AROMÁTICOS VOLÁTEIS POR PURGE E TRAP Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE ORGANOVOLÁTEIS Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLI-70%CIANOPROPILSILOXANE/SILFENILENO • • • • • • Polar. Fase ligada. Fase estacionária desenvolvida pela sge com grupo aromático silfenileno incorporado no esqueleto da siloxane, que permite operar a 260c isotermicamente e até 290c por programação de temperatura. Faixa de temperatura: 50 a 260c Aplicação típica: anaálise de fame cis-trans. Obs: a sge desenvolveu também fase com 90% ao invés de 70%cianopropilsiloxane/silfenileno, utilizada também para fame cis-trans, com retenção um pouco diferente. Fase comercial: bpx70 e bpx90. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE ESTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRAXOS COLUNA POLI-70%CIANOPROPILSILOXANE/SILFENILENO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLIETILENOGLICOL(CARBOWAX 20M) • Fase polar. Fase lquimicamente compatível com água e outros solventes, porém solven e metanol e água devem ser vaporizados no injetor antes de alcançar a Coluna, portanto evite usar com injeção oncolumn. Pode ser lavada. • Faixa de temperatura: 35 a 280c • NÚMERO DE MCREYNOLDS: x’- y’- z’u’- s’- : 305 – 551 – 360 – 562 – 484 • Aplicações típicas: alcóois, aromáticos(btex), glicois, fame, ac.Graxos, fenois, flavorizantes, fragâncias. • Fases comerciais similares: ciola-wax, ]dbwax, hp-wax, hp-innowax, at-wax, cp-wax52cb, permabond -cw20m, carbowax 20m, zb-wax, 007-cw, stabilwax, bp20, supelcowax 10, rtxwax, pe-wax. • Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE SOLVENTES COMPARATIVO DE COLUNA POLAR E NÃO POLAR Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE FRAGÂNCIAS EM COLUNA POLIETILENOGLICOL Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASE ESTACIONÁRIA POLIETILENOGLICOL MODIFICADO COM ÁCIDO NITROTEREFTÁLICO • • • • • • • Fase polar. Fase ligada. Quimicamente compatível com água e outros solventes. Porém solventes como água e metanol devem ser vaporizados no injetor antes de alcançar a coluna, portanto evite uso com injeção on-column. Pode ser lavada. Faixa de temperatura: 60 a 200c NÚMERO DE REYNOLDS: x’- y’- z’- u’- z’- : 311572 – 374 – 572 – 520 Aplicações típicas: alcoois, glicois, solventes, fames, ácidos graxos livres(ideal). Fases comerciais similares: ciola ffap, db-ffap, hp-ffap, at-1000, cp-wax-58cb, peeermabond ffap, ov351, 007-ffap, stabilwax-da, bp21, nukol Fase cg-usp – g25. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE ÁCIDOS GRAXOS LIVRES EM COLUNA DE POLIETILENOGLICOL MODIFICADO COM ÁCIDO NITROTEREFTÁLICO Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás OUTRAS FASES ESTACIONÁRIAS COM ESTRUTURA DE SILOXANE • • • • • • • Além das fases estacionarias mencionadas nos slides anteriores, várias outras são disponíveis. Destaca-se as fases com estruturas similares às citadas, porém com a designação fe-ms, produzidas com tratamento térmico especial para serem utilizadas em cg-ms. Para aumentar a estabilidade incorpora-se o grupo fenila entre átomos de silicio. Fases comerciais base metilsilicona similares: ciola1-ms, hp1-ms, db1-ms, cpsil-5cb-ms, optima-1-ms, mdm-1 FASES COMERCIAIS BASE 5%FENIL95%METILSILICONA: CIOLA5-MS, HP5-MS, cpsil8cb-ms, OPTIMA 5-MS, MDM-5 Outras fases baseadas em polimetilsiloxane foram desenvolvidas especialmente para análises de larga faixa de ebulição de hidrocarbonetos e usada para pna,pona e piona. A literatura fornece dados de índice de retenção de kovats de mais de 400 analitos, o que permite identifica-los. Exemplos de fases comerciais similares: tr50.2PONA, db-petro100, cpsil-pona, rtx1-pona, BP1-PONA. Petrocol dh50.2. Outras fases base metilsilicona: petrocol dh150, petrocol dh, petrocol-dh-octil(esta permite separação na linha de base entre benzeno/1metilciclopenteno e tolueno/2,3,3 trimetilpentano. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE GASOLINA EM COLUNA PETROCOL DH Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASES ESTACIONÁRIAS COLUNAS PLOT Colunas plot refere-se às colunas com fase estacionária sólida porosa, dentro de tubo de sílica fundida com diâmetro interno de 0.53mm( widebore). Plot (porous layer open tubular) – camada porosa em tubo aberto. As colunas plot foram desenvolvidas para substituir colunas empacotadas com fases estacionárias sólidas, com o objetivo de proporcionar maior número de pratos da coluna e consequentemente melhor resolução dos analitos. Por serem tubos abertos pode-se preparar colunas com maior comprimento: 15, 30. 50m SÃO OS MAIS UTILIZADOS. Exemplo de colunas plot: 1 - peneira molecular 5a para análise de gases: h2, o2, n2, ch4, co FASES COMERCIAIS SIMILARES: G5 molesieve, molesieve 5A, PLT5A, rt-msieve13x, molsieve5aplot, hp-plot-molesieve, cp-molesieve 5A, mt-sieve5a, mxt-msieve 5A. 2 – alumina – separa hidrocarbonetos leves: c1-c4 saturados e insaturados(exemplo glp) além de c5c10. Fases comerciais similares: gs-alumina, rt-alumina plot, alumina plot, al2o3/kcl,al2o3/na2so4. 3 – alumina/kcl e alumina/na2so4 – polaridade menor que alumina. Fases comerciais similares: gs-alumina/kcl, cp-alumina/kcl, hp_plot al2o3, rt-alumina, valcoplot al2o3/kcl, valcoplot al2o3/na2so4. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE HIDROCARBONETOS C1-C5 EM COLUNA PLOT Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás FASES ESTACIONÁRIAS COLUNAS PLOT • • • Outros tipos de colunas plot utilizam polímeros porosos derivados de estireno-divinilbenzeno e outros compostos , usadas como alternativa das colunas empacotadas tipo porapks E hayeseps. Exemplo de colunas plot de polímeros porosos: Base divinilbenzeno: GS-Q, PoraPLOT Q, PoraPLOT Q_HT, Rt-QPLOT, SupelQ PLOT, HP-Q PLOT. A empresa Vici produz várias colunas plot baseadas nos polímeros porosos hayesep, com diferentes estruturas e diversas aplicações; Valco PLOT HAYESEP A: BASE DIVINILBENZENO/ETILENOGLICOLDIMETRACRILATO. ValcoPLOT HAYESEP B: BASE DIVINILBENZENO/POLIETILENODIIMINA ValcoPLOT HAYESEP C: BASE DIVINILBENZENO/ACRILONITRILA ValcoPLOT HAYESEP D: BASE DIVINILBENZENO DE ALTA PUREZA ValcoPLOT HAYESEP N: BASE DIVINILBENZENO/ETILENOGLICOLMETACRILATO ValcoPLOT HAYESEP P: BASE DIVINILBENZENO/ESTIRENO ValcoPLOT HAYESEP Q: BASE DIVINILBENZENO ValcoPLOT HAYESEP R: BASE DIVINILBENZENO/N-VINIL-2 PIROLIDINONA ValcoPLOT HAYESEP S: BASE DIVINILBENZENO/4-VINIL-PIRIDINA APLICAÇ/ÒES E CROMATOGRAMAS: www.vvici.com/columns/vp.php Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE DE HIDROCARBONETOS C1-C5 EM COLUNA PLOT Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás CONDICIONAMENTO DAS COLUNAS • • • • • Cada fase estacionária tem uma temperatura máxima de operação, acima da qual a sua pressão de vapor é suficientemente elevada para o gás de arraste carregá-la (sangramento), alterando portanto as características da coluna. Não operar a coluna acima dessa temperatura. Uma coluna nova pode ter oligômeros e/ou solvente residual e portanto é necessário condicioná-la para evitar deslocamento da linha de base. Para efetuar o condicionamento é recomendado instalar a coluna no injetor e não instalar no detector: AJUSTAR FLUXO DE GÁS DE ARRASTE (N2 OU he). Mantendo-o por cerca de 15 minutos a temperatura ambiente, para eliminar ar da coluna. Ajustar a temperatura do forno a ~50c e aumentar a temperatura gradativamente( ~10c/min) até ~20c abaixo da temperatura máxima e mante-la no mínimo 8 horas, no caso de uso de detector de captura de eletrons é necessário maior tempo de condicionamento. Resfriar o forno,e conectar a coluna no detector. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás RECOMENDAÇÕES OPERACIONAIS • Procedimento para iniciar operação do cromatógrafo: • Primeiramente alinhar os gases para o cromatografo e ajustar os fluxos de trabalho. • Manter o forno à temperatura ambiente por ~15 minutos e só então aquecer, para evitar que oxigênio do ar danifique a coluna. • Para desligar o cromatografo, reduzir a temperatura do forno próximo da ambiente e só então fechar os gases e desligar o cromatógrafo • Na retirada de uma coluna do forno( sempre a temperatura próxima da ambiente), certificar-se que as válvulas de h2 estejam fechadas. • Na instalação da coluna, certificar-se que não há vazamento nas conexões do injetor e do detector. • Quando necessário, recondicionar a coluna conforme o procedimento do condicionamento ou lavar (quando permitido) com solvente conveniente.. . Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUALITATIVA A análise qualitativa em CROMATOGRAFIA tem por objetivo a identificação dos analitos de interesse. Existem dois casos a serem considerados para análise qualitativa: • Análise Qualitativa em controle de qualidade • Análise Qualitativa em identificações não rotineiras Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUALITATIVA Análise Qualitativa em Controle de qualidade É normalmente efetuada através da comparação do tempo de retenção ou retenção relativa dos analitos de interesse com esses parâmetros de padrões. Tais análises são realizadas com metodologias já estabelecidas. É fundamental o controle e monitoramento das condições analíticas para evitar conclusões errôneas. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUALITATIVA Análise Qualitativa em identificações não rotineiras Quando o objetivo é identificar compostos de presença possível em uma amostra, ou caracterização de contaminantes em uma amostra, o analista depara-se com uma situação complexa. Um rastreamento da amostra é muito útil, para auxiliar a identificação de compostos em análise não rotineira. É necessário obter-se condições de detecção específica de cada componente. Isso pode ocorrer de duas maneiras: 1.) com a separação dos compostos na coluna para técnicas de detecção não seletivas 2.) através de uma condição de detecção exclusiva para o componente em questão mesmo que outros componentes eluam com mesmo tempo de retenção – detecção seletiva. Usando detectores que respondem especificamente a determinados compostos, tais como: ECD, PID, NPD, PFD. Para esse tipo de análise,frequentemente é necessário o uso de diferentes tipos de detectores; o detector de espectrometria de massa acoplado ao cromatografo é muito recomendado, pois pode definir a estrutura do composto e portanto identificá-lo. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUALITATIVA IDENTIFICAÇÃO ATRAVÉS DO ÍNDICE DE RETENÇÃO DE KOVATS O Índice de Retenção de Kovats é um parametro muito recomendado para identificar compostos num cromatograma. A determinação do IR é feita injetando-se padrões de vários compostos, juntamente com normais parafinas e determinando os valores pela equação: IR = 100n + 100 x (log tr i – log tr n/log tr n+1 – log tr n), para condições isotérmicas e IR = 100n + 100 x (tri – trn/trn+1 – trn) , por programação de temperatura Onde n é o número de C da parafina que elui antes do composto e n+1 é o número de C da parafina que elui após o composto. Existem muitos dados de ir publicados na literatura, para diferentes compostos: hidrocarbonetos (+ de 400), solventes, fragâncias, etc. Injetando-se a amostra junto com n-parafinas, determina-se os índices de retenção dos compostos da amostra que comparados com dados da literatura é possível identifica-los. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Duas metodologias: Métodos por normalização Métodos absolutos MÉTODOS POR NORMALIZAÇÃO Assume-se que todos os componentes da amostra eluem da coluna e são detectáveis Existem dois procedimentos: • Normalização de área (% em área) • Normalização utilizando-se a área corrigida Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Métodos por normalização Normalização de área (% em área) %i Ai x100 Ai Ai = área do composto i Ai = somatória das áreas de todos componentes Considera-se que todos os componente apresentam resposta proporcional à sua concentração e que mesma concentração de diferentes compostos resulte em áreas iguais (o que dificilmente ocorre). Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Métodos por normalização Normalização com área corrigida Ai xFi %i x100 Ai xFi onde Fi= Ci/Ai do componente i na mistura padrão Ai = área do composto i Fi = fator de resposta do componente i AiFi = somatória das áreas de todos componentes multiplicadas pelos respectivos fatores de resposta É necessário conhecer todos os componentes da amostra para determinação dos fatores de resposta de cada componente Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Métodos absolutos Utiliza-se métodos absolutos quando: • O objetivo da análise é quantificar um ou alguns dos componentes da amostra. • Ao utilizar detectores específicos ou seletivos que detectam somente os componentes de interesse • Existência de compostos na amostra que não são eluídos nas condições de análise ou não são detectados e que não haja interesse de quantificá-los. • Quantificação de componentes em baixa concentração. • Existem dois procedimentos: •Padronização externa •Padronização interna Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Métodos absolutos - Padronização externa 1. Determina-se a curva de calibração de cada componente através da análise de misturas padrões injetando-se um determinado volume. 2. Posteriormente, injeta-se o mesmo volume da amostra e obtem-se a concentração do analito através da curva de calibração. Ai Ci Nesta técnica, se o volume injetado não for exatamente o mesmo ou se houver alteração de algum parâmetro que afete a resposta do componente no detector, como por exemplo, variação da intensidade de luz do UV-VIS ou alteração na FM, as áreas dos picos poderão ser maiores ou menores daquelas obtidas na calibração e consequentemente os resultados serão incorretos. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás ANÁLISE QUANTITATIVA Métodos absolutos - Padronização interna Para minimizar os problemas da padronização externa, a amostra e a mistura padrão são modificadas pela adição de um composto considerado como padrão interno. O padrão interno deve ter as seguintes características: 1. Não estar presente na amostra original, ser estável e não reativa. 2. Pico separado dos componentes da amostra 3. Eluir próximo dos componentes de interesse 4. Detecção semelhante dos picos de interesse 5. Concentração que produza área similar aos picos analisados 6. Pureza elevada ou conhecida (possíveis impurezas não devem eluir com os picos de interesse). Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Métodos absolutos - Padronização interna 1. Determina-se a curva de calibração de cada componente através da análise de misturas padrões contendo o padrão interno. Nessa curva de calibração utiliza-se a relação entre área do componente i e área do padrão interno em função das relações de suas concentrações. 2. Posteriormente, injeta-se a amostra contendo padrão interno (preferencialmente na mesma concentração utilizada na calibração) e obtem-se a concentração do analito através da curva de calibração. Ai / Api Ci / Cpi Se o volume de amostra injetado for diferente do utilizado na calibração, ou se algum parâmetro analítico for alterado resultando em áreas diferentes daquelas esperadas nas condições de calibração, a relação de área entre analito e padrão interno não será afetada. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMO ESCOLHER UMA COLUNA CAPILAR • • • • • A seleção da coluna é baseada em cinco fatores principais: tipo de amostra, tipo de fase estacionária, diâmetro da coluna(id), espessura do filme de fase estacionária(df) (os quais estão interelacionados), e comprimento da coluna(L). AMOSTRA E FASE ESTACIONÁRIA A fase estacionária é um filme polimérico cobrindo a parede interna da coluna capilar. Diferenças nas propriedades químicas e físicas dos compostos orgânicos injetados e suas interações com a fase estacionária, são a base para o processo de separação. Interações entre os componentes da amostra e a fase estacionária variam em função das propriedades dos compostos analisados. Quando a ENERGIA DE INTERAÇÃO ANALITO-FASE difere significadamente para dois compostos, um é retido mais tempo que o outro. Mudando as características químicas da fase polimérica, altera suas propriedades físicas. Dois compostos que não são separados(co-eluem) numa fase estacionária particular podem ser separadas em outra fase de polaridade diferente, se a diferença de interação analito-fase for significativa.Esta é a razão da disponibilidade de uma variedade de fases de colunas capilares – cada fase fornece uma combinação de interações específicas para cada classe de analitos. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMO ESCOLHER UMA COLUNA CAPILAR TIPO DE FASE • POLARIDADE DA FASE – A escolha da fase estacionária é normalmente o item mais importante na seleção de uma coluna. A caracteristica mais importante é a polaridade da fase, pois ela dita a seletividade, ou seja a habilidade da coluna separar os componentes da amostra.A seleção da fase é baseada no princípio químico geral que SIMILAR DISSOLVE SIMILAR. Uma coluna não polar é melhor para analises de compostos não polares. Colunas polares separam mais efetivamente compostos polares. • MOLÉCULAS NÃO POLARES – Geralmente compostas só de átomos de carbono e hidrogênio, com simples ligações carbono-carbono, tais como os hidrocarbonetos parafínicos. Estes são bem separados por colunas capilares não polares. As interações entre compostos não polares e fase não polar é do tipo dispersiva, na qual a ordem de eluição é baseada nos pontos de ebulição. • MOLÉCULAS POLARES – Compostas principalmente de átomos de carbono e hidrogênio, contendo um ou mais átomos de bromo, cloro, fluor, nitrogênio, oxigênio, fosforo ou enxofre. Compostos polares tipicamente analisados por coluna capilar incluem: alcoois, aminas, ácidos carboxílicos, diois, esteres, eteres, cetonas, bifenil policlorados(PCBs) e tiois. • MOLÉCULAS POLARIZÁVEIS – Compostas de carbono e hidrogênio, contendo uma ou mais dupla ou tripla ligação, tais como olefinas e hidrocarbonetos aromáticos. • Compostos polares e polarizáveis são geralmente separados em coluna de polaridade intermediária e polar. Além das interações dispersivas entre as moléculas polares e fases polares incluem interações dipolo e ácido-base. As separações são determinadas pelas diferenças dos efeitos globais destas interações. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMO ESCOLHER UMA COLUNA CAPILAR DIÂMETRO INTERNO DA COLUNA – ID • Os diâmetros internos das colunas capilares comerciais disponíveis permitem balancear dois fatores: eficiência(N) e capacidade da amostra(quantidade de qualquer componente ser aplicado na coluna sem causar sobrecarga na coluna e portanto pico assimétrico. • Colunas com ID 0.20, 0.25 e 0.32mm permitem maior resolução (maior eficiência), enquanto as “wide bore” (mega-bore) 0.53 e 0.75mm, maior capacidade de amostra. A natureza dos componentes da amostra e da FE afetam a capacidade da amostra: fases não polares tem maior capacidade de amostra para analitos não polares; fases polares tem maior capacidade de amostra para analitos polares. • Outro fator a considerar é o tipo de detector, assim por exemplo detector de espectrometria de massa(CG/MS) não aceita os fluxos de gás de arraste elevado de colunas mais largas que 0.20 e 0.25mm. • Para compostos que eluem muito próximos(ex.. Isomeros), usar colunas de ID 0.20 ou 0.25mm que dão maior resolução. Estas colunas requerem equipamento com dispositivo de splitting e controlador de fluxo que controla confiavelmente o fluxo de gás de arraste a baixas vazões.Para amostra em concentração elevada ou com larga faixa de concentração colunas com 0.53 e 0.75mm são melhores. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMO ESCOLHER UMA COLUNA CAPILAR ESPESSURA DO FILME DA FASE ESTACIONÁRIA - df • Quanto maior df, maior é a largura do pico – reduz a eficiência da coluna – devido a maior dificuldade de transferência de massa(Equação de Van Deemter – H) e aumenta os tempos de retenção dos analitos e reduz a interação com a parede do tubo. • Aumentando df, aumenta a capacidade máxima da amostra e a temperatura na qual um componente eluirá da coluna. Aumento da espessura do filme reduz a temperatura máxima limite da coluna devido ao maior “sangramento”da FE. • Em geral colunas com filme fino – thin film -(0.10 a 0.25µm) são usados para análises com pontos de ebulição elevados. Os compostos eluem a temperaturas menores e com tempos de retenção mais curtos. • Filmes mais grossos - thicker films-(1 a 5µm) são mais adequados para analitos com baixo ponto de ebulição(ex. Organo-voláteis e gases) Colunas com filmes espessos aumentam a retenção de compostos altamente voláteis, eliminando portanto a necessidade de criogenia no forno das colunas. Além disso possuem maior capacidade de amostra, reduzindo sobrecarga – overloading – (picos que alargam e dão caudas frontais para componentes em concentração elevada. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás COMO ESCOLHER UMA COLUNA CAPILAR COMPRIMENTO DA COLUNA – L • COLUNA MAIOR OFERECE MAIOR RESOLUÇÃO QUE COLUNA MENOR. • Porém há um limite prático para aumentar o comprimento da coluna: em análises isotérmicas, numa coluna de 60m a resolução aumenta 40% em relação a uma coluna de 30m – a resolução (R) aumenta de acôrdo com a raiz quadrada de L, mas dobra o tempo de análise e aumenta a pressão requerida para mover a amostra através da coluna. Uma coluna de 60m custa mais do que uma de 30m. • Em geral coluna de 30m dá o melhor balanço entre resolução e tempo de análise. • Usar coluna de15m para análises de “screening” ou para amostras simples cujos componentes são de natureza química diferente. • Usar coluna de 60m quando as amostras são complexas ou voláteis com componentes eluindo muito próximos, ou quando usar programação de temperatura para minimizar o aumento do tempo de análise. • Para analisar essas amostras difíceis, uma coluna de 30m com espessura de filme grosso em geral é tão útil quanto uma de 60m. • Em certos casos especiais é necessário colunas de 100 – 150m, por exemplo componentes de petróleo e esteres metílicos de ácidos graxos. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO INICIAL DE COLUNA CAPILAR Referências: Supelco – The Reporter Vol. 18.2 e 18.5 A forma mais simples para selecionar coluna capilar inclui: consultar colegas cromatografistas, pesquisar a literatura de aplicações e/ou os Serviços Técnicos de fornecedores de colunas. O passo mais importante para o desenvolvimento de um novo método é conhecer o máximo possível da amostra, tais como: • Origem da amostra • Componentes e matriz da amostra • Número de compostos esperados • Ponto de Ebulição dos compostos • Faixa de ebulição da amostra • Grupos funcionais nos compostos • Concentração esperada dos compostos • Estabilidade térmica e química dos compostos Considerar se que todos os compostos devem ser identificados e quantificados, o que determinará a necessidade de separação total ou parcial de todos os compostos e se será necessário usar CG/MS e também o tempo de análise. Essas informações orientarão como selecionar a coluna. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO INICIAL DE COLUNA CAPILAR • • • • • • • • • Recomenda-se como primeiro passo, injetar a amostra numa coluna não polar, como polimetilsiloxane(DB1 ou similar) ou Poli 5%fenil – 95%metilsiloxane(DB5 ou similar) Utilizar coluna com 30m x 0.25mm x 0.25µm. Colunas de 0.25mm oferecem bom compromisso entre capacidade de amostra, eficiência de separação e tempo de análise. Condições iniciais dos testes: Gás de arraste: Helio – velocidade linear – 25cm/seg – Pressão constante Tcol: 50C – 10Cmin – até 300C – manter 10 min. Split: 100:1 - Vol.inj: 1µL Tdet(FID): 340C Avalie se os resultados são aceitáveis: atingiram os objetivos? – separaram o número de compostos esperados? – Os picos são simétricos? – O tempo de análise é aceitável? Se os resultados não forem satisfatórios, dependendo da irregularidade observada: reinstalar a coluna, ajustar condições analiticas diferentes, selecionar coluna com FE de diferente polaridade, injetar menos material. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás SELEÇÃO INICIAL DE COLUNA CAPILAR Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás TROUBLESHOOTING PROBLEMAS CROMATOGRÁFICOS E SOLUÇÕES • A tarefa real para corrigir um problema com o sistema cromatográfico é identificar a causa, sem gastar tempo. • Manuais dos equipamentos e informações de fornecedores de colunas e acessórios de cg, oferecem procedimentos sistemáticos para avaliar a causa do problema e sugestões de como soluciona-lo.(Ex. Bulletin 853b da supelco,catálogo da j& w Scientific, e outros) Problemas mais comuns: picos fantasmas, ruido excessivo da linha de base,instabilidade da linha de bases, picos com cauda, picos divididos(split), deslocamento dos tempos de retenção, mudança da forma do pico, perda de resolução. • • As fontes de roblemas em cg são devidas às 5 fontes seguintes: o operador, a amostra, a coluna, os sistemas elétricos do instrumento e o sistema de fluxo de gases do sistema. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás TROUBLESHOOTING Áreas e itens a serem checados: • • • • • • • • 1- Gases – pressões, velocidade linear, fluxo(no detector, split e purga do septo). 2- Temperaturas – coluna, injetor, detector, linhas de transferência. 3- Parâmetros do sistema – tempo de ativação da purga, atenuação e range do detctor, range de massa injetada,etc. 4- Linhas dos gases e traps – limpeza, vazamentos, expiração dos traps. 5- Consumíveis do injetor – septos, liners, o’rings, anilhas. 6- Integridade da amostra – concentração, degradação, solvente, estocagem. 7- Seringas – técnica de manuseio, vazamentos, limpeza, agulhas com rebarbas. 8 – Sistema de dados – ajustes e conexões. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás TROUBLESHOOTING • Picos fantasmas: contaminação do sistema é o mais provável – se os picos são de largura similar aos dos componentes da amostra(retenção similar), os contaminantes estão sendo introduzidos ao mesmo tempo que a amostra. Podem estar presentes no injetor, ou na própria amostra, devido a impurezas no solvente, vials, tampas e seringas. Injetando branco do solvente e amostra pode ajudar a encontrar as possíveis fontes dos contaminantes. • Se os picos fantasmas são mais largos do que os da amostra, deveriam estar na coluna antes de efetuar a injeção. Aumente a temperatura da programação ou o tempo para eliminar esses componentes e minimizar ou eliminar o problema. Alternativamente utilize a técnica de backflush. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás REFERÊNCIAS PARA CONSULTA Fundamentos da Cromatografia a Gás – REMOLO CIOLA-, ed. Edgard Blucher - Bulletin 792, Packed Column - Troubleshooting guide, http://www.sigmaaldrich.com/Brands/Supelco_Home/Technical_Library/Literature.html Bulletin 853B, Capillary GC - Troubleshooting guide, http://www.sigmaaldrich.com/Brands/Supelco_Home/Technical_Library/Literature.html Bulletin 879, CG and HPLC Phases and packings for US Pharmacopoeia methods, http://www.sigmaaldrich.com/Brands/Supelco_Home/Technical_Library/Literature.html THE REPORTER – 18,2, 18.5, 18.11 E 19.9 – SITE DA SUPELCO – Pharmaceutical Technology, ed. Brasileira, vol. 2, número 3, junho 1998, Validação de métodos cromatográficos, pág. 12 PERIÓDICOS: Journal of Chromatography – Journal of chromatographic Science – Chromatographia etc. Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Fontes de internet Fornecedores de equipamentos – colunas e acessórios de CG e HPLC www.chem.agilent.com www.alltech.web www.dionex.com www.esind.com www.gls.co.jp www.hamiltoncompany.com www.macherey-nagel.com www.mac-mod.com www.merck.de www.microlc.com www.microsolvtech.com/ www.phenomenex.com www.instruments.perkinelmer.com www.polymerlabs.com www.restekcorp.com/h www.sigmaaldrich.com/Brands/Supelco www.thermo.com www.tosoh.com/ www.varianinc.com www.vydac.com/ www.waters.com www.zirchrom.com/ Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal Minicursos CRQ-IV - 2010 Conceitos de cromatografia a gás Agradecimentos CEP CURSOS - Centro de Educação Profissional O Centro de Educação Profissional (CEP) é uma Empresa voltada para a Educação Continuada e Profissionalizante através de: Cursos de Extensão Presenciais; Cursos a Distância (EAD); Cursos In-Company;Programas Especiais e Especializações; Assessoria e Consultoria Customizada; Dentro das diversas áreas que o CEP atua, destacam-se: Instrumentação e Desenvolvimento Analítico, Controle de Qualidade, Garantia da Qualidade, Assuntos Regulatórios, Pesquisa e Desenvolvimento, Microbiologia e Habilidades Gerenciais. Informações: www.cepcursos.com / [email protected] Professor Ayrton: [email protected] Av. Ibirapuera 2907, Ed. Comercial State, Conj. 1709, Moema - SP - SP - TEL/ FAX: 11 50539755 Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal