GC - Cromatografia gás-líquido / sólido

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1 GC - Cromatografia gás-líquido / sólido Cromatografia gás-líquido separação de componentes de uma amostra por partilha entre uma fase móvel, gasosa, e uma fase estacionária, filme de líquido não volátil, dispersa à superfície de um suporte sólido Croamtografia gás-sólido fase estacionária é um adsorvente sólido Esquema de um GC A cromatografia de gás é aplicável a substâncias voláteis (ou substâncias que facilmente se podem transformar em substâncias voláteis)

2 GC Sistema de gases Devem ser quimicamente inertes A escolha pode ser em função do detector Devem proteger a coluna de oxigénio e água He é o gás de arrasto mais usado - boa conductividade térmica (detector) Consegue obter-se com elevada pureza sem grandes dificuldades H2 é um bom gás de arrasto mas é mais reactivo e explosivo mas pode ser produzido por electrólise (experiências espaciais) Evita H2 adicional nos detectores FID Gases mais pesados (Ar, N 2 ) requerem menores fluxos / menores custos O N2 geralmente requer traps adicionais para oxigénio e água)

3 Escolha de gases Deve ser eficaz em fazer avançar os analitos na coluna o fluxo de gás (regulável) deve manter-se constante durante toda a análise 30 a 150 ml/min (colunas de enchimento) e 1 a 25 ml/min (colunas capilares) Até 1 ml/min para GCMS

4 Sistema de injecção A amostra tem de estar em forma de vapor ao entrar na coluna (excepto nos injectores on-column) pequeno volume e tempo curto, sem decomposição e sem alterar as condições da coluna! a injecção exige um elevado grau de precisão a rapidez da evaporação é essencial para evitar a descriminação Para uma evaporação total dos componentes da amostra o injector deve estar a cerca de 50 C acima do menos volátil amostras de 0,01 a 50 µl (válvula / seringa) universais / splitless / on-column / head-space / autoinjectores splitter (divisor de amostra) possibilidade de rejeitar parte da amostra Evita a saturação da coluna (a capacidade de separação das colunas capilares é baixa)

5 Injector

6 Injectores

7 GC Sistema de injecção usar quantidade de amostra tão pequena quanto possível (<1µl) temperatura no injector dever ser controlável e constante a amostra deve vaporizar instantaneamente controlar a temperatura do injector o sistema de injector é frequentemente fonte de assimetria dos picos sujidade / demasiada amostra / temperatura insuficiente a amostra não deve conter resíduos não voláteis o septo é fonte de problemas vedação incompleta (perda de amostra / descriminação) libertação de impurezas (picos estranhos à amostra) um septo novo deve ser pré-aquecido durante várias horas o injector deve ser limpo frequentemente a divisão da amostra ( splitter ) - pode ser fonte de discriminação entre solutos de diferentes volatilidades

8 Colunas Avaliação da qualidade de uma coluna cromatográfica poder de separação número de pratos teóricos por metro capacidade de carga peso máximo em mg para o qual a coluna mantém 90% do seu poder de separação Selectividade considerando os dois componentes de separação mais difícil a determinação destes factores deve ser rotineira a resolução é uma boa medida da qualidade Colunas de enchimento e colunas capilares As colunas de enchimento estão a cair em desuso

9 Colunas de enchimento colunas de enchimento vidro / aço / Teflon - 2 a 6 mm de diâmetro interno e de 1 a 3 m de comprimento 500 a 1000 pratos por metro GS - suportes sólidos adsorventes (crivos moleculares) GL - suporte inerte revestido de uma fase líquida não volátil Suportes sólidos (GL) partículas esféricas, pequenas, uniformes, boa resistência mecânica, inerte a temperaturas elevadas, molhável (fase líquida) e área superficial elevada (1-10m 2 /g terra de diatomáceas - resíduos de plantas unicelulares / SiOH 60 a 80 mesh (0,25 a 0,17 mm) / 80 a 100 mesh (0,17 a 0,15 mm) - pressão <50 psi polímeros porosos - Porapak e Chromosorb (250 C máx.) Fases líquidas baixa volatilidade (100 C acima da temperatura da coluna) / estabilidade térmica / quimicamente inertes / adequadas à separação ( selectividade / capacidade) Fases estacionárias polares contêm grupos funcionais tais como: -CN, -CO, -OH. Solutos polares: álcoois, ácidos, aminas...

10 Colunas capilares colunas capilares (tubulares) sílica (revestida a Al ou polímero) com 0,1 a 0,53 mm DI e 25 a 100 m 1000 a 4000 pratos por metros / menores pressões permitem colunas longas filme líquido (fase estacionária) reveste o interior da coluna (filmes de 0,1 a 5 µm) limitada capacidade de amostra / fragilidade / introdução de amostra

11 Colunas capilares

12 Colunas capilares WCOT - wall coated open tubular tubos capilares (aço, Al, Cu, plástico, vidro) revestidos interiormente com um filme de fase estacionária o vidro é tratado com ácidos para melhor segurar a fase estacionária FSOT - fused silica open tubular tubo de silica purificada (conteúdo mín de óxidos metálicos) a pequena espessura exige um revestimento exterior (Al, poliamida) maior flexibilidade e resistência física e menor reactividade com as amostras d.i. de.25 e.32 µm, exigem splitters e detectores de resposta rápida megabore (.53 µm) - menos problemas ainda que com menores problemas SCOT - support coated open tubular revestimento interior - filme (~30µm) de suporte sólido (p.ex. terra de diatomáceas) - mais fase estacionária (> capacidade de amostra) mas < eficiência Espessura do filme - varia entre 0.1 e 5 µm (corrente ) / afecta a retenção e a capacidade da coluna filmes espessos são usados para amostras muito voláteis (retêm solutos durante mais tempo / melhor separação) / filmes mais finos são usados para amostras menos voláteis

13 Fases estacionárias Colunas não polares BP1; OV1; SE30 Colunas mediamente polares BP5; OV-3; SE52 Colunas polares BP20; carbowax20m, DBwax

14 Polaridade dos solutos

15 Comparação entre colunas

16 Comparação entre colunas fig comparação de colunas - Skoog 29-1 Cromatografia Gás-Sólido (GS) baseada na absorção de substâncias gasosa em superfícies sólidas separação de substâncias não retidas nas colunas GL (partilha) tal como os componentes do ar, NO x, CO x, gases raros,... podem ser usadas colunas de enchimento ou capilares (filme de suporte no interior da coluna) PLOT - porous layer open tubular column

17 Forno de colunas A temperatura da coluna é uma variável importante necessidade de controlo rigoroso (± 0,1 C) / controlo dos tempos de retenção gamas entre - 50 e C depende do p.e. da amostra e do grau de separação necessário o aumento de temperatura diminui a separação mas diminui drasticamente o tempo de eluição para amostras com importante gama de pontos de ebulição deve usar-se um programa de temperaturas Programa de temperaturas Isotérmica Rampa contínua Rampa por patamares último patamar bem acima do p.e. do menos volátil

18 Programa de temperaturas

19 Programa de temperaturas Temperatura do Injector: 30 a 50 C acima do menos volátil Temperatura do Detector : 30 a 50 C acima do menos volatil Temperatura da coluna Iniciar a C abaixo do mais volátil Temperaturas muito baixas trazem dificuldades de estabilização Subir em rampa se a escala das volatilidades abrange toda a gama Terminar a rampa a cerca de 20 C acima do mais volátil Usar várias rampas se houver várias famílias de compostos (com diferenças significativas de volatilidade) As colunas não polares podem ser aquecidas a mais de 300 C As colunas polares raramente podem ser submetidas a temperaturas acima de 250 C Isotérmica a 45 ºC Isotérmica a 145 ºC Temperatura programada:

20 Detectores Características sensibilidade - resposta por unidade de massa Sensível aos analitos Compatível com a coluna, gás de arrasto, solvente, Robusto linearidade - proporcionalidade em relacção à quantidade de substância Importante para a quantificação Podemos usar apenas os factores de resposta selectividade (especificidade) Sensível a um grupo funcional / propriedade química Em geral, transforma a resposta em corrente (voltagem) Pode necessitar a adição de uma fonte de gás (para além do gás de arrasto) e tem um controlo de temperatura específico Os analitos não devem condensar no detector (temperatura 20 a 50 ºC acima do composto menos volátil)

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22 Detector de ionização de chama (FID) Detector mais usado sensível / destructivo não é universal Adequado para compostos orgânicos substâncias orgânicas (contendo C) quando queimadas produzem iões que afectam o potencial entre dois eléctricos (300 V) / amostra é misturada com H 2 e ar Os iões CHO + ions são recolhidos no cátodo e a corrente gerada produz o sinal Não detecta compostos sem C CH + O H, O 2 2 Flame CHO + + e - Não é sensível a gases não combustíveis. H 2 O, CO 2, SO 2, NO 2 grupos carbonilo, álcool, halogeneto, amina - produzem poucos iões Funcionamento simples Necessita de H 2 (cilindro ou gerador) e O 2 (Ar reconstituído) Se H 2 for usado como gas de arrasto não necessita de adição para o detector Em geral, necessita de gas inerte (N2) - makeup gas

23 Detector de conductividade térmica Universal detecta matéria orgânica e inorgânica mas pouco sensível (60% FID) não destructivo baseia-se na alteração da conductividade térmica de um fluxo de gás na presença da amostra (filamento de Ag / Pt / W e bloco de dissipação metálico) O gás de arrasto tem uma conductividade térmica conhecida A resistência do filamento muda com a conductividade do gás A presença de analitos altera a conductividade térmica do gás de arrasto (H ou He) A sensibilidade aumenta com a diminuição da temperatura, do fluxo e da corrente Os filamentos queimam na presença de oxigénio H e He têm uma conductividade térmica 6-10 x superior à das substâncias orgânicas a sua presença leva a uma diminuição da conductividade e um aumento muito rápido da temperatura

24 Indices de Kovats / indices de retenção Indices de Kovats : determinados em isotérmica Os índices de retenção são importantes para assegurar a identificação e intercomparação de resultados Bases de dados

25 Trabalho 4 De forma suscinta descreva como determina os indices de retenção e indique os indices aproximados (indicando a fonte) para: linalool undecano 1-hexanol hexano Benzeno Furfural Atenção: os índices são dependentes da coluna usada

26 Derivatização Aumentar a volatilidade e diminuir a polaridade dos compostos Reduzir a degradação térmica das amostras Aumento da estabilidade térmica Aumentar a resposta do detector Adição de grupos funcionais que aumentem o sinal do detector Melhorear a separação e reduzir o tailing Sililação (silylation) o mais usado Substituição de H activos por grupos trimetilsilil Reage primeiro com água e alcoois (eliminar se necessário) Não usar com colunas Carbowax aumenta a volatilidade Alquilação (alkylation) Reduz a polaridade ao substituir H activos por grupos alquil Acilação (acylation) Reduz a polaridade / usado para acrescentar grupos F (ECDetector) - trifluoroacetates A evitar (derivação difícil e reagentes perigosos) Esterificação (sterification)

27 Extracção de compostos voláteis

28 Steam distillation (essencial oils)

29 DigMAZ

30 Red Clover

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32 SPME

33 Headspace + solid phase extraction

34 GCMS