ANÁLISE INSTRUMENTAL CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

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1 ANÁLISE INSTRUMENTAL CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 2 o SEMESTRE 2018 Prof. Dr. Antônio Aarão Serra Profa. Dra. Jayne Carlos de Souza Barboza 1

2 TLC/CP PLANAR CROMATOGRAFIA PLANAR (CUSTO BAIXO) 2

3 TLC/CP- PLANAR Cromatografia em Papel (CP) ou (CC) Cromatografia em Camada Fina (CCF) ou (TLC) 3

4 CROMATOGRAFIA GERAL - CLC A. Cromatografia Planar A.1.Cromatografia em Papel (CP) A.2.Cromatografia em Camada Fina (CCF). B.Cromatografia em Coluna B.1.Cromatografia à Gás B.2.Cromatografia Líquida B.2.1.Cromatografia Líquida Clássica (CLC)(em Vidro a Pressão Ambiental) B.2.2.Cromatografia Líquida de Alta Pressão e Alta Eficiência (CLAE ou HPLC) 4

5 TLC/CP - PLANAR - GERAL PRINCIPAIS TIPOS DE CROMATOGRAFIA 5

6 TLC/CP - PLANAR PLANO DE AULA: INTRODUÇÃO APLICAÇÃO DETALHAMENTO FORÇAS QUE ATUAM NA CLC E CP MECANISMO DE SEPARAÇÃO APARELHAGEM DETECÇÃO VANTAGENS DESVANTAGENS PLACA PREPARATIVA 6

7 TLC/CP - PLANAR - INTRODUÇÃO OBJETIVO: O objetivo da Cromatografia Planar é empregar um método de baixo custo para: Separar os componentes de uma mistura; Purificar um composto; Isolar um composto; Auxiliar na identificação de um composto. 7

8 TLC/CP - PLANAR - INTRODUÇÃO A forma física do sistema de cromatografia define a técnica geral: Cromatografia planar: Fase Estacionária (FE) disposta sobre superfície plana: Thin Layer Chromatography (TLC) - em português conhecida como, Cromatografia de Camada Delgada (CCD) ou Cromatográfia em Camada Fina (CCF) Cromatografia em Papel (CP): Fase Estacionárioa é a próprio papel (celulose). 8

9 TLC/CP - PLANAR - APLICAÇÃO APLICAÇÃO: Agricultura (Pecuária, Veterinária) Alimentícia Cosméticos (Higiene, Perfumes) Farmacêutica (Farmacos) Medicina (Hospitais e Clinicas) Meio Ambiente (Resíduos, Águas) Petroquímica (Derivados) Embalagens Mineração Produtos Naturais (fragâncias, essências, princípios ativos) Química (matéria-prima, catalisadores, aditivos) Entre outros 9

10 TLC/CP - PLANAR - DETALHAMENTO Fase Estacionária: Sílica Gel (SG), Alumina, etc... Placa de alumínio/sg(outros) ou Placa de vidro/sg (outros) Capilar de vidro (1mm de diâmetro) ou pipeta com ponta fina. Papel para cromatografia (Papel especial) Fase Móvel: Solventes: Hexano, acetato de etila, metanol, etanol, entre outros. Quais misturas podem ser separadas por cromatografia planar? Qualquer composto que poder ser arrastado por solvente, por capilaridade. 10

11 TLC/CP - PLANAR - DETALHAMENTO CROMATOGRAFIA PLANAR (TLC = CCD = CCF) TLC (FE = Sílica gel, alumina, etc..) TLC (FM = Vários solventes) Cromatografia Papel (CP) - FE = Papel. Cromatografia Papel (CP) - FM = Vários solventes. 11

12 TLC/CP - PLANAR FORÇAS QUE ATUAM CLC E CP: A diferença na magnitude dessas forças que determina a resolução e portanto a separação dos solutos individuais. As forças elementares que agem sobre as moléculas são de cinco tipos: 1) Forças de dispersão de London ou forças de Van der Waals; 2) Interações de dipolo induzido; 3) Ligações de hidrogênio; 4) Interações dielétricas; 5) Interações eletrostáticas e coulombianas. OBS.: Capilaridade 12

13 TLC/CP PLANAR Mecanismo de separação A separação cromatografica é realizada a partir de interações diferenciadas entre os analitos componentes da mistura, fase estacionária e fase móvel FE AMOSTRA FM C R O M A T O G R Á F I A 13

14 TLC/CP - PLANAR APARELHAGEM APRELHAGEM : (Cromatografia Planar) Cuba de vidro = [20cm (altura) X 20cm (largura) X espessura 3mm] Cuba de vidro = [10cm (altura) X 5cm (largura) X espessura 3mm] Capilar de vidro = (1mm de diâmetro) ou pipeta com ponta fina. FE = Placa de sílica ou alumina ou celulose depositada sobre vidro ou alumínio. FE = Papel celulose para cromatografia FM = Solventes Papel de Filtro (Saturação) 14

15 TLC/CP PLANAR APARELHAGEM Escolha do Solvente: Métodos dos anéis concêntricos para testar solventes 15

16 TLC/CP PLANAR - APARELHAGEM CÂMARA DE DESENVOLVIMENTO: 16

17 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM CROMATOGRAFIA PLANAR 17

18 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM CÁLCULO DO Rf 18

19 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia em papel - CP A mais simples de todas. Pode-se até fazer em casa! Fase estacionária líquida suportada na celulose. Fase móvel Separação A cromatografia em papel (CP) é uma técnica t de partição, utiliza dois líquidos l (líquido quido-líquido) quido) sendo um fixado em um suporte sólido (papel de filtro). Um bom exemplo é a separação da tinta verde. Com o processo de cromatografia é possível verificar que a cor verde é uma mistura de tintura azul e amarela. 19

20 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia em papel - CP A mais simples de todas. Pode-se até fazer em casa! Desenvolvida por Consden, Gordon e Martin em 1944, é bem simples e utiliza pequena quantidade de amostra. Aplica-se na separação e identificação de compostos polares hidrossolúveis. 20

21 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia de Camada Delgada - CCD Teve início em 1938 com os trabalhos de Izailov e Shraiber,, mas começou ou a ser largamente utilizada na dédacadaca de O processo de separação está fundamentado, principalmente, no fenômeno de adsorção. Entretanto com fases estacionárias tratadas pode ocorrer também m por partição ou troca iônica. 21

22 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia de Camada Delgada - CCD Termos e parâmetros técnicost R = f S S mancha solvente a b c s Rf a = a s b Rf b = s c Rf c = s 22

23 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia de Camada Delgada - CCD FASES ESTACIONÁRIAS Sílica (SiO 2 ) Alumina (Al 2 O 3 ) Ativação de 30 a 60 min de 105 a 110 o C Celulose Poliamida Ativação de 10 min a 105 o C 23

24 TLC/CP - PLANAR - APARELHAGEM Cromatografia de Camada Delgada - CCD ANÁLISE QUALITATIVA - Comparação com valores de R f tabelados - Comparação com padrão eluído em conjunto - Extração e aplicação de métodos instrumentais 24

25 TLC/CP - PLANAR - DETECÇÃO Revelador (Detecção): Revelação: É uma maneira de tornar as manchas visíveis (pode ser líquido, gás e luz). Placas com indicador de fluorescência: Lâmpada de Ultravioleta. Revelação com destruição das amostras: (aquecimento ~110º C) Solução especial de Ácido Molibidico Solução especial de Nitrato de Prata Solução especial de Ninidrina Solução especial de 2,4-dinitrofenilhidrazina Solução especial de ácido sulfúrico. Entre outra centenas 25

26 TLC/CP - PLANAR - VANTAGENS VANTAGENS DA CCD: Fácil execução; Maior rapidez; Menor trajeto da fase móvel ; Boa resolução; Manchas em geral menos difusas; Baixo custo; Versatilidade. 26

27 TLC/CP - PLANAR - DESVANTAGENS DESVANTAGENS DO CCD Difícil reprodutibilidade: é muito difícil a confecção de duas placas idênticas, com a mesma quantidade de amostra, etc; Difícil determinação exata do Rf. 27

28 TLC/CP - PLANAR - DETALHAMENTO PLACAS PREPARATIVAS DE SÍLICA GEL Compostos visíveis no UV, após a separação, raspamos parte da a placa em bequer, extraimos e evaporamos o solvente e analisamos por IV, AE, RMN, Massa, CG e HPLC cada frasco. Caso não tenha separado, fazemos uma nova placa e o processo todo é repetido, até obter o composto puro e identificado. 28

29 TLC/CP - PLANAR FIM 29

30 CROMATOGRAFIA - COLUNA CROMATOGRAFIA LÍQUIDA CLÁSSICA (CLC) OU CROAMTOGRAFIA COLUNA CLÁSSICA (CCC) (BAIXO CUSTO) 30

31 CROMATOGRAFIA GERAL - CLC A. Cromatografia Planar A.1.Cromatografia em Papel (CP) A.2.Cromatografia em Camada Fina (CCF). B.Cromatografia em Coluna B.1.Cromatografia à Gás B.2.Cromatografia Líquida B.2.1.Cromatografia Líquida Clássica (CLC)(em Vidro a Pressão Ambiental) B.2.2.Cromatografia Líquida de Alta Pressão e Alta Eficiência (CLAE ou HPLC) 31

32 CLC - COLUNA PRINCIPAIS TIPOS DE CROMATOGRAFIA 32

33 PLANO DE AULA: INTRODUÇÃO CLC COLUNA Forças que atuam na CLC Mecanismos de separação Aparelhagem Separação Isolar e Analisar 33

34 CLC COLUNA - INTRODUÇÃO Quais misturas podem ser separadas por cromatografia em coluna de vidro (CLC) a pressão atmosférica? Qualquer composto que poder ser arrastado por solvente por gravidade. 34

35 CLC COLUNA - INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO: Cromatografia Líquida Clássica (CLC): fase estacionária (FE) colocada em tubo de vidro cilíndrico. De acordo com a quantidade de amostra determina-se o diâmetro e altura da coluna: Preparativa (Maior diâmetro) Analítica (Diâmetro médio) Micro (Diâmetro pequeno) 35

36 CG COLUNA - APLICAÇÃO APLICAÇÃO: Agricultura (Pecuária, Veterinária) Alimentícia Cosméticos (Higiene, Perfumes) Farmacêutica (Farmacos) Medicina (Hospitais e Clinicas) Meio Ambiente (Resíduos, Águas) Petroquímica (Derivados) Embalagens Mineração Produtos Naturais (fragâncias, essências, princípios ativos) Química (matéria-prima, catalisadores, aditivos) Entre outros 36

37 CLC COLUNA - DETALHAMENTO A Cromatografia Líquida Clássica (CLC): Coluna de vidro a pressão atmosférica, fluxo de Fase Móvel (FM) devido a gravidade. Coluna flash: Além da gravidade é auxiliado por um fluxo de nitrogênio ou ar. FM = Líquida (qualquer solvente ou misturas deles) Ex. Acetato de etila, diclorometano, hexano, metanol,etc... A FE PODE SER: Sílica Gel, Alumina, etc... 37

38 CLC COLUNA - DETALHAMENTO FORÇAS QUE ATUAM CLC: A diferença na magnitude dessas forças que determina a resolução e portanto a separação dos solutos individuais. As forças elementares que agem sobre as moléculas são de cinco tipos: 1) Forças de dispersão de London ou forças de Van der Waals; 2) Interações de dipolo induzido; 3) Ligações de hidrogênio; 4) Interações dielétricas; 5) Interações eletrostáticas e coulombianas. OBS.: Gravidade 38

39 CLC COLUNA - DETALHAMENTO Mecanismo de separação A separação cromatográfica é realizada a partir de interações diferenciadas entre os analitos componentes da mistura, fase estacionária e fase móvel FE AMOSTRA FM C R O M A T O G R Á F I A 39

40 CLC COLUNA - DETALHAMENTO CROMATOGRAFIA LÍQUIDA CLÁSSICA (CLC) Na Cromatografia Líquida Clássica (CLC) o recheio da coluna é utilizado geralmente uma só vez, porque parte da amostra usualmente se adsorve de forma irreversível. O enchimento da coluna deve ser repetido para cada separação. A vazão de eluente na CLC é promovida pela ação da gravidade e as frações individuais da amostra são coletadas manualmente ou através de um coletor de frações. As separações requerem, geralmente, várias horas e a detecção e a quantificação das frações são realizadas por análise manual. 40

41 CLC COLUNA APARELHAGEM APARELHAGEM : Coluna de vidro de vários diâmetros e vários tamanhos depende da quantidade de amostra e qual a finalidade. Algodão ou vidro sinterizado adaptado a coluna. PROPORÇÃO FE/ AMOSTRA Ex.: Geralmente utiliza-se: 1g da amostra /80g de sílica gel para purificações difíceis. 41

42 CLC COLUNA APARELHAGEM APARELHAGEM COLUNA: Com vários diâmetros e tamanhos. 42

43 CLC COLUNA APARELHAGEM Fase Estaciomária: Silica, alumina, etc... Ex.: Geralmente utiliza-se: 1g da amostra para 80g de sílica gel para purificações difíceis. Fase Móvel: Solventes ou mistura destes 43

44 CLC COLUNA - SEPARAÇÃO CROMATOGRAFIA EM COLUNA Composto vermelho tem a maior afinidade pela FM. Composto azul tem a maior afinidade pela FE. 44

45 CLC COLUNA - SEPARAÇÃO SÉRIE ELUOTRÓPICA - pentano - éter de petróleo - ciclohexano - benzeno - clorofórmio - éter etílico aumento da polaridade - acetato de etila - acetona - propanol - etanol - metanol - água 45

46 CLC COLUNA SEPARAÇÃO - ANÁLISE ISOLAR/ANÁLISE: Após a separação (Diversos Frascos) evaporamos o solvente e analisamos por IV, AE, RMN, Massa, CG e HPLC cada frasco. Caso não tenha separado, fazemos uma nova coluna e o processo todo é repetido, até obter o composto puro e identificado. 46

47 CROMATOGRAFIA - CLC FIM 47

48 BIBLIOGRÁFIA CROMATOGRAFIA HARRIS, D. C.. Análise Química Quantitativa, Sétima Edição, ltc (Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda), Rio de Janeiro, (Tradução de 7th ed Quantitative Chemical Analysis), COLLINS, C. H., BRAGA, G. L., BONATO, P. S. Introdução a métodos cromatográficos. 7ª Edição, Campinas- SP, Editora da UNICAMP,

49 CROMATOGRAFIA ENGEL, R. G.; KRIZ, G. S.; LAMPMAN, G. M.; PAIVA, D. L.. Química Orgânica Experimental. Tradução da 3ª Edição, Cengage Learning, São Paulo, Técnica 19 (Cromatografia em coluna); Técnica 20 (Cromatografa em Camada Delgada); Técnica 21 (Cromatografia Líquida de alta eficiência); Técnica 22 (Cromatografia Gasosa). SKOOG, D. A., HOLLER, F. J., NIEMAN, T. A. Princípios de análise instrumental. 5ª. Ed.,

50 ANÁLISE INSTRUMENTAL RANDERATH, K.. Chromatographie sur couches minces, 2ª Édition, Gauthier- Villar Éditeur, Paris, VOGEL, A. I.. Química Orgânica: Análise Orgânica Qualitativa, Editora Ao Livro Técnico S. A. Universidade de São Paulo, SP,

51 TLC/CP - PLANAR - DETALHAMENTO. 51