CURSO DE CROMATOGRAFIA A GÁS AYRTON ARGENTON

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1 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

2 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.

3 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 Destilação fracionada Extração com solvente Cromatografia PROPRIEDADE FÍSICA Diferença de ponto de ebulição (diferença na pressão de vapor) Diferença na constante de distribuição (partição) dos componentes em dois solventes imiscíveis entre si. Diferença de afinidade das substâncias por um material ativo ou adsorvente(fe)

4 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.

5 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

6 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

7 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

8 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

9 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

10 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

11 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

12 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

13 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

14 COLUNA CROMATOGRÁFICA FLUXO CROMATOGRAMA SINAL TEMPO

15 CROMATOGRAFIA A GÁS Minicursos CRQ-IV 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.

16 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 ( g) Simplicidade da técnica

17 EXEMPLOS DE CROMATOGRAMAS

18 EXEMPLOS DE CROMATOGRAMAS

19 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS CROMATOGRAFIA PLANAR EM COLUNA TÉCNICA FASE MÓVEL LÍQUIDO GÁS FLUIDO SUPERCRÍTICO LÍQUIDO FASE ESTACIONÁRIA LÍQUIDO SÓLIDO FASE LIGADA LÍQUIDO SÓLIDO FASE LIGADA SÓLIDO FASE LIGADA LÍQUIDO SÓLIDO FASE LIGADA

20 COMPARATIVO HPLC / CG Minicursos CRQ-IV Fator CG HPLC Requisitos da amostra Tipo de Amostra amostra ou derivado volátil estável termicamente na temperatura de trabalho gases, líquidos e sólidos baixo peso molecular amostra solúvel na fase móvel 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 até Capacidade preparativa pobre boa Sensibilidade g (DIC / DCE) 10-9 g (UV) g (coulométrico)

21 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

22 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: K ads = [na FE] adsorvido [desorvido na FM] Compostos com diferentes constantes de adsorção são separados. FM FE

23 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: K part = [dissolvido na FE] [dissolvido na FM] Compostos com diferentes constantes de partição são separados.

24 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.

25 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

26 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.

27 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 = t r / to Fator de separação = t r2 / t r1 Número de pratos N = 16 ( tr / Wb ) 2 Resolução Rs = 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2)

28 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.

29 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.

30 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 prato teórico. H = L N onde L = comprimento da coluna N = número de pratos

31 PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS RESOLUÇÃO Rs = 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2) Fornece uma medida quantitativa da habilidade da coluna em separar duas substâncias.

32 PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS RESOLUÇÃO Rs = 2 ( tr2 - tr1 )/(Wb1 + Wb2) Fornece uma medida quantitativa da habilidade da coluna em separar duas substâncias.

33 EFICIÊNCIA DA COLUNA Minicursos CRQ-IV 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

34 EFICIÊNCIA DA COLUNA Minicursos CRQ-IV 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.

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36 SCAN FIG 2.14 PAG. 9 -

37 INSTRUMENTAÇÃO Minicursos CRQ-IV CROMATÓGRAFO A GÁS

38 CROMATÓGRAFO CIOLA CROMATÓGRAFOS

39 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.

40 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 % ou melhor, principalmente para detector de captura de eletrons.

41 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 t R - Amostras líquidas são em geral vaporizadas no injetor(vaporizador) e arrastadas pela FM para a coluna. - Temp. vaporizador 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

42 VÁLVULAS DE AMOSTRAÇÃO PARA GASES

43 INJETOR CAPILAR Minicursos CRQ-IV

44 INJETOR CAPILAR CONFIGURAÇÃO COM SPLIT ESQUEMA DE INJETOR ANÁLISE COM SPLIT(DIVISOR DE FLUXO)

45 INJETOR CAPILAR CONFIGURAÇÃO SPLITLESS ESQUEMA DE INJETOR ANÁLISE SPLITLESS (SEM DIVISOR)

46 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.

47 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) Comprimento (m) Pratos teórico por metro Espessura do filme líquido (micra) Granulometria das partículas (mesh) Vazão média (ml/min) Volume de amostra líquida ( l)

48 TIPOS DE COLUNA Minicursos CRQ-IV 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 ,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.

49 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 Minicursos CRQ-IV

50 FORNO DAS COLUNAS Minicursos CRQ-IV 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

51 O Minicursos CRQ-IV 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.

52 TIPOS DE DETECTORES Minicursos CRQ-IV 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 DIC(FID) g (C)s DCE(ECD) moles ml -1 (lindano) DTI (DNP) DFC(FPD) g(n) s -1 (azobenzeno) g(p) s -1 (tributilfosfato) g(s) s -1 (tiofeno) g(p) s -1 (tributilfosfato)

53 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.

54 Minicursos CRQ-IV DCT - CIRCUITO ESQUEMÁTICO

55 SCAN TABELA 6.2 PAG.41

56 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 g s Re sposta K. R. I T T f b F 2 1 g g

57 DETECTOR DE IONIZAÇÃO DE CHAMA - DIC FID Gás de Arraste: corrente amp; com composto orgânico, queima, gera radicais livres alguns são ionizados a 10-6 A amplificada cromatograma Princípio: condutividade elétrica num gás é proporcional à quantidade de partículas carregadas presentes. H 2 + O 2 (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: g/seg análise de traços Estável Alta faixa de linearidade 10-6 a 10-7 Moléculas com O e halogênio diminuem a sensibilidade

58 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.

59 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%CH ml/min. no detector. Sensibilidade Seletividade do DCE Muito sensível: a g de substâncias com afinidade por elétrons Halogenados, nitrilas, organometalicos agrotóxicos.

60 DETECTOR DE CAPTURA DE ELÉTRONS

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62 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.

63 DETECTOR FOTOMÉTRICO DE CHAMA (DFC-FPD) Princípio: compostos são queimados em chama de O 2 e H 2 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: ml/min. AR: ml/min Sensibilidade:P HPO* luz a 526nm 4x10-14 g/s S S 2 * luz a 394nm 2x10-13 g/s

64 DETECTOR FOTOMÉTRICO DE CHAMA (DFC-FPD)

65 DETECTORES FID - FPD DETECTORES - CIOLA 65

66 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.

67 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.

68 GÁS DE ARRASTE E GÁS AUXILIAR DETECTOR ARRASTE AUXILIAR ALTERNATIVA FID NPD ECD TCD FPD PID HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO HIDROGÊNIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO ARGÔNIO/CH4 ARGÔNIO/CH4 NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 MESMO DO GÁS DE ARRASTE NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO NITROGÊNIO NITROGÊNIO ARGÔNIO/CH4 NITROGÊNIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO HÉLIO

69 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 : ~ espectros Wiley: ~ espectros Pflegar/maurer/weber drogas e metabolitos: ~1400 espectros Pesticidas: ~205 espectros Pirólise: ~100 especros de polímeros Flavors & fragancias: ~1200 espectros

70 DETECTOR DE ESPECTRÔMETRO DE MASSA (CG/MS)

71 DETECTOR DE ESPECTRÔMETRO DE MASSA (CG/MS)

72 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.

73 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

74 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.

75 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.

76 SELEÇÃO DA COLUNA EM CGS Minicursos CRQ-IV 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.

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78 POLÍMEROS POROSOS PORAPAK CHROMOSORB 100

79 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: , mesh Inércia Resistência mecânica elevada Principais suportes utilizados em GGL Diatomitas Chromosorb Johns-Manville e outros

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81 scan equivalencia de suportes tabela 5.4 pag.27

82 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.

83 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.

84 FASES LÍQUIDAS EM CGL Minicursos CRQ-IV 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

85 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.

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