CROMATOGRAFIAS PRESSURIZADAS. Cromatografia Gasosa. Michelle Barcellos

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1 CROMATOGRAFIAS PRESSURIZADAS Cromatografia Gasosa Michelle Barcellos 1

2 Cromatografia gasosa - CG Porque cromatografia GASOSA? 2

3 Modalidades e Classificação Cromatografia Líquida Cromatografia Gás-Líquido (CGL) Líquida Fase Móvel Líquida Gasosa Cromatografia Gasosa (CG) Fase Estacionária Sólida Cromatografia Gás-Sólido (CGS) 3

4 Característica dos analitos Misturas de analitos VOLÁTEIS (evaporáveis) Separação e análise de misturas de substâncias termicamente estáveis e ponto de ebulição inferior a 300 C 4

5 Cromatógrafo a gás 5

6 Cromatógrafo a gás 6

7 Cromatógrafo a gás 7

8 Cromatógrafo a gás Reservatório de Gás e Controles de Vazão / Pressão Injetor Amostra. (Vaporizador) de 3 - Coluna Cromatográfica e Forno da Coluna Detector. 5 - Eletrônica de Tratamento (Amplificação) de Sinal. 5 3 Obs.: EM VERMELHO: temperatura controlada 6 - Registro de Sinal (Registrador ou Computador). 8

9 Sistema de gases Gases e manômetros 9

10 Sistema de gases Cilindros e linhas de gases Tubos e Conexões Aço Inox ou Cobre 10

11 Sistema de gases Características dos gases Fase Móvel GÁS DE ARRASTE NÃO interage com a amostra, apenas a carrega através da coluna. Requisitos básicos: INERTE Não reagir com amostra, F. E. ou superfícies do instrumento. PURO Isento de impurezas que possam degradar a fase estacionária. 11

12 Sistema de gases Custo vs. pureza dos gases B = 99,999 % C = 99,9999 % CUSTO A = 99,995 % C A B PUREZA Impurezas típicas em gases e seus efeitos: H2O, O2 Hidrocarbonetos - hidrolisa/ oxida fases estacionárias - incompatíveis com DCE - ruído no sinal de DIC 12

13 Sistema de gases Seleção do Gás de Arraste Compatibilidade com o detector He, H2 DCT N2, H 2 DIC N2, Ar + 5% CH4 DCE Estes gases fluem por todo o sistema cromatográfico. 13

14 Injetores Funções e parâmetros de injeção Inserir amostra no cromatógrafo; Vaporizar a amostra; Misturar com o gás de arraste; Conduzir amostra até a coluna. Temperatura do injetor Elevada para vaporização imediata da amostra porém sem decomposição. Tinj 50oC acima do P. E. do componente menos volátil. 14

15 Injetores Parâmetros de injeção Volume injetado Depende de coluna e do estado físico da amostra preenchida = 3,2 mm Amostras líquidas Amostras Gasosas 0,2-20 μl 0,1-50 ml COLUNA capilar = 0,25 mm 0,01-3 μl 0,001-0,1 ml 15

16 Injetores Parâmetros de injeção A introdução da amostra na coluna cromatográfica deve ser INSTANTÂNEA. Injeção instantânea Injeção lenta t=0 t=0 t=x t=x 16

17 Injetores Injeção manual e Microseringas Êmbolo Corpo (pirex) Agulha (inox) 17

18 Injetores Injeção automática e Acessórios 18

19 Tipos de Injetores Injetor de Vaporização Direta Septo de silicone Seringa Colunas empacotadas e megabore Taxa de fluxo de 10 ml/min Aquecimento do injetor: Gás Carreador Temperatura média de ebulição dos analitos Calor uniforme via haste de vidro (liner) Insert Elimina contato entre amostra e o metal do injetor Coluna Capilar 19

20 Injetores Injetor Split/Splitless Colunas capilares Possível Saturação Modo Split Com divisão Modo Splitless Sem divisão Seringa Septo de silicone Septo de silicone Gás Carreador Seringa Escape do 4 ml/min septo Gás Carreador 50 ml/min 50 ml/min Escape do split Escape 45 ml/min do split Insert Escape do 49 ml/min septo Metal aquecido Coluna Capilar 1 ml/min Insert Metal aquecido Coluna Capilar 1 ml/min 20

21 Injetores Injetor Split/Splitless Modo Split Com divisão Injeção de parte do volume de amostra (0,1-2μL); Seringa Septo de silicone Gás Carreador Escape do 4 ml/min septo 50 ml/min Escape do split Insert 45 ml/min Injeção no bloco aquecido gera escape dos analitos mais voláteis; Não é uma técnica adequada para análise de traços. Metal aquecido Coluna Capilar 1 ml/min Razão de = divisão Fluxo do escape do Split Fluxo da coluna Faixa 1:20 e 1:500 =

22 Injetores Injetor Split/Splitless Modo Splitless Sem divisão Injeção de volume de amostra < 1μL devido expansão térmica; Seringa Septo de silicone Gás Carreador Escape do 49 ml/min septo 50 ml/min Escape do split Insert Metal aquecido Injeção de até 75% do volume do insert ( μl); Técnica adequada para análise de traços e compostos semi-voláteis;! Split aberto após introduzir a amostra para saída do solvente pode promover escape dos menos voláteis. Coluna 1 ml/min Capilar 22

23 Injetores Injetor com vaporização de temperatura programada PTV Septo Vantagens combinadas Entrada gás carreador Saída de ar frio Gradiente de temperatura Similar à vaporização direto no injetor Escape do septo Aquecimento Insert Lã de vidro Divisão de fluxo Similar ao injetor split/splitless Entrada de ar frio Saída gás carreador Coluna capilar 23

24 Colunas Função e localização Promover interação diferenciada para separação dos analitos da amostra. Forno para coluna Encaixes da coluna Injetor Detector Capacidade: Duas colunas Temperatura: > 400 C Controle: 0,1 C 24

25 Colunas Temperatura da coluna O tempo do analito na coluna cromatográfica depende: Interação entre analito e fase estacionária Pressão de vapor (p0) do analito 30 C Temperatura da coluna Pressão de vapor Velocidade de migração 70 C 25

26 Colunas Temperatura da coluna Misturas complexas quando separadas isotermicamente 30 C Muito voláteis: saem separados e sensíveis Pouco voláteis: interagem muito com FE e se difundem 70 C Muito voláteis: quase não interagem coeluem Pouco voláteis: interagem menos com FE e tem baixa difusão. 26

27 Colunas Programação Linear de Temperatura na coluna A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante separação Boa eluição de compostos de diferentes volatilidades TEMPERATURA TFIM R Velocidade de Aquecimento TINI tfim tini TEMPO 27

28 Colunas Tipos de coluna EMPACOTADA Preenchida com F.E. L = 0,5 m a 5 m = 3 a 6 mm CAPILAR Recobrimento interno com filme fino de F.E. L = 5 m a 100 m = 0,1 a 0,5 mm 28

29 Colunas Colunas empacotadas (preenchidas) Tubo inerte recheado com FE L = 0,5 m a 5 m = 3 a 6 mm Sólida granulada TERRA DIATOMÁCEA Líquida depositada sobre suporte sólido Esqueletos fósseis de algas microscópicas (SiO2 + óxidos metálicos) 29

30 Colunas Colunas empacotadas (preenchidas) Principais Aplicações Gases fixos Compostos leves Séries homólogas 30

31 Colunas Colunas capilares Recobrimento de poli-imida Sílica fundida Fase estacionária 31

32 Aplicações diversas Colunas Fases estacionárias líquidas suportadas 5% Fenil + Metilpolisiloxano Dimetilpolisiloxano Polietilenoglicol Ph Ph n = 95% e m = 5% 32

33 Colunas Fases estacionárias líquidas suportadas 33

34 Colunas Fases estacionárias líquidas suportadas Fluoxetina Paroxetina Sertalina Coluna pouco polar PDMS 34

35 Colunas Fases estacionárias quirais Isômeros óticos Propriedades semelhantes Separação em F.E. oticamente ativas F. E. Quirais Derivados de ciclodextrinas alquiladas Ligadas a cadeias de polisiloxano: β-ciclodextrina Favorável como F.E. líquida (viscosidade baixa, estabilidade) Podem ser quimicamente imobilizadas nas colunas 35

36 Colunas Aplicações Fases estacionárias quirais Fármacos Em geral somente um dos isômeros óticos têm atividade farmacológica Produtos biológicos Naturais (oticamente puras) vs. Sintéticos (misturas racêmicas) Aroma de bergamota aroma natural vs artificial Coluna: Rt-ßDEX Gás de Arraste: 80 cm.min-1 TCOL: 1 min a 40 C / 4 C min-1 / 200 C Detector: MS Óleo essencial natural Essência artificial 36

37 Detectores Conceitos básicos Dispositivos que examinam continuamente a amostra, gerando sinal na passagem de substâncias que não o gás de arraste CROMATOGRAMA Intensidade Tempo Cada analito separado forma um PICO no cromatograma. 37

38 Detectores Classificação dos detectores UNIVERSAIS: Geram sinal para qualquer substância eluida. SELETIVOS: Detectam apenas substâncias com determinada propriedade físico-química. ESPECÍFICOS: Detectam substâncias que possuam determinado elemento ou grupo funcional em suas estruturas 38

39 Detectores Tipos de detectores ~ 60 detectores já usados em CG ~ 15 equipam cromatógrafos comerciais 4 respondem pela maior parte das aplicações DCT TCD Detector por Condutividade Térmica DIC FID Detector por Ionização em Chama DCE ECD Detector por Captura de Elétrons EM MS Detector Espectrômetro de Massas 39

40 Detectores Detector por Condutividade Térmica - DCT Variação na condutividade térmica do gás quando da eluição de um analito. Características Cela de Detecção i Seletividade: UNIVERSAL Sensibilidade: pg a ng ( g) Corrente elétrica Saída do gás Filamento aquecido Vazão do gás de arraste: Sinal de condução térmica proporcional teor de analito no volume de gás da cela. Entrada do gás Bloco de aço Detector não-destrutivo, pode ser usado em CG preparativa ou detecção sequencial. VAZÃO CONSTANTE VARIAÇÃO DA VAZÃO 40

41 Detectores Aplicaçõesdo DCT Separação de Gases Fixos e Hidrocarbonetos 1 N2 2 CH4 3 CO2 Coluna preenchida TCOL: 40 C 4 n-c2 5 NH3 6 n-c3 7 i-c4 8 n-c4 Gás de Arraste: 3 ml.min-1 41

42 Detectores Detector por Ionização em Chama - DIC Formação de íons na queima do analito em chama de hidrogênio e oxigênio O gás de arraste sai da coluna e queima com H2 e O2 sem formar íons e conduzir corrente elétrica. Quando o analito orgânico chega ao detector, é queimado, forma íons e conduz corrente elétrica 42

43 Detectores Características operacionais do DIC Seletividade: Universal orgânico Seletivo para ligações C-H Sensibilidade: pg a ng ( g) CH4 DIC DCT Analitos que NÃO respondem ao DIC: Gases nobres H2, O 2, N 2 CO, CO2, CS2 CCl4, NH3, NxOy SiX4 (X = halogênio) H2 O HCOOH, HCHO * CO2 O2 N2 CH4 43

44 Detectores Detector por captura de elétrons - DCE Supressão do fluxo de elétrons por analitos eletrofílicos Corrente contínua de elétrons do anôdo (fonte β -emissora) para o cátodo. Analitos eletrofílicos absorvem elétrons suprimindo a corrente elétrica. 44

45 Detectores Característica operacionais do DCE Seletividade: Compostos eletrofílicos Sensibilidade(organoclorados) : fg a pg ( ) ~250 fg cada analito PESTICIDAS 1 tetracloro-m-xileno 2 α - BHC 3 Lindano 4 Heptachlor 5 Endosulfan 6 Dieldrin 7 Endrin 8 DDD 9 DDT 10 Metoxychlor 11 decaclorobifenila Detector preferencial em análises de traços de organoalogenados. 10 fg Lindano (C6H6) 45

46 Detectores Aplicaçõesdo DCE Contaminantes em ar atmosférico DIC DCE 1, 2, 3 Hidrocarbonetos aromáticos 4, 5, 6 Hidrocarbonetos clorados 46

47 Detectores Detector de Espectrômetro de Massas - MS Detecção Sequencial ou Tandem 47

48 Detectores Cromatogramas modo TIC vs SIM TIC SIM (m/z = 149) (TIC = Total Ion Chromatogram) Cromatograma de íons totais (SIM = Single Ion Monitoring) Monitoramento do íon selecionado Picos correspondentes a todas substâncias eluídas. Cromatograma de fragmentos de massa específica. Seletividade: Universal Seletividade: Massa escolhida Maior Sensibilidade 48

49 Detectores Detector de Espectrômetro de Massas - MS ou CH3OH+.(íon molecular) CH2OH+(íon fragmento) + H. CH3OH+.(íon molecular) CH3+(íon fragmento) +.OH Íon molecular Pico base Picos filhos 49

50 Referências 1. COLLINS, C.; BRAGA, G.L.; BONATO, P.S. Fundamentos de Cromatografia. 1ª reimpressão.. Editora da UNICAMP - Campinas: Editora da UNICAMP, SKOOG, D. A., WEST, D. N. Fundamentos de Química Analítica. Barcelona : Reverte, SKOOG, D. A., HOLLER, F. J., NIEMAN, T. A. Principles of instrumental analysis. Philadelphia: Saunders College Publishing, c ROUESSAC, F., ROUESSAC, A. Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques. Wiley, 2nd edition. 50