QUI 154 Química Analítica V Análise Instrumental. Aula 5 Cromatografia líquida

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) Instituto de Ciências Exatas Depto. de Química QUI 154 Química Analítica V Análise Instrumental Aula 5 Cromatografia líquida Julio C. J. Silva Juiz de Fora, 2016

2 Introdução Cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) é o tipo mais versátil e mais amplamente empregado de cromatografia por eluição. Na cromatografia líquida, a fase móvel é um solvente líquido, o qual contém a amostra na forma de uma mistura de solutos. O tipo de cromatografia líquida de alta eficiência é geralmente definido pelo mecanismo de separação ou pelo tipo de fase estacionária: (1) partição ou cromatografia líquido-líquido; (2) adsorção ou cromatografia líquido-sólido; (3) troca iônica ou cromatografia de íons; (4) cromatografia por exclusão; (5) cromatografia por afinidade; (6) cromatografia quiral. A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) tornou-se uma ferramenta analítica indispensável. Os laboratórios criminais e os programas de televisão policiais e forenses, como CSI, CSI Miami, Crossing Jordan e Law and Order, freqüentemente empregam a CLAE no processo de obtenção de evidências criminais.

3 No início: Introdução Diâmetro interno = mm Recheios: m (para acelerar a separação): porém...!!!! Efeito do tamanho de partícula do recheio e vazão sobre H

4 Introdução Nos anos de 1960 que se desenvolveu a tecnologia para produzir e utilizar recheios com diâmetros de partículas tão pequenos como 3 a 10 µm; Necessidade de instrumentos capazes de fornecer pressões de bombeamento muito altas; Necessidade de detectores para o monitoramento contínuo do analitos; O termo cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) é sempre empregado para distinguir essa tecnologia dos procedimentos cromatográficos realizados em colunas simples que os precederam; A cromatografia de coluna simples, contudo, ainda encontra considerável uso para propósitos preparativos.

5 Instrumentação Cromatografia líquida moderna: Altas pressões de bombeamento velocidades razoáveis por recheios de partículas muito pequenas (3 10 µm) Equipamentos mais complexos Equipamentos mais caros

6 Soluto

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8 Instrumentação Reservatório de fase móvel/sistemas de tratamento de solventes Gases dissolvidos e material particulado devem ser retirados Desgaseificadores vácuo, sistemas de destilação, aquecimento e agitação e sistema de sparging Sparging sistema pelo qual os gases dissolvidos são arrastados para fora de um solvente por pequenas bolhas de um gás inerte e solúvel Sistema de Eluição: Isocrático constituição do solvente permanece constante Gradiente composição do solvente é alterada

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10 Instrumentação Sistema de Bombeamento Requisitos: Habilidade de gerar pressões altas (até psi [1 atm = 14,7 psi]) Saída livre de pulsação Vazões na faixa 0,1 10 ml/min Reprodutibilidade relativa da vazão de 0,5% ou melhor Resistência a corrosão por diferentes solventes Baixo risco de, porém, há risco de vazamento (incêndio!) Tipos de bomba: De seringa Bomba recíproca Bomba pneumática de pressão

11 Sistema de Bombeamento Bomba de seringa (rosca): Saída livre de pulsação Pequena capacidade de volume ( ± 250 ml) Troca de solventes difícil Bomba recíproca (mais usada): Fluxo pulsado que deve ser atenuado Pequeno volume interno (!) Alta pressão de saída ( spi) (!) Eluição por gradiente (!) Vazões constantes (!) queda de pressão da coluna e viscosidade da F m Bomba pneumática de pressão Barata Simples Livres de pulsação Baixa pressão de saída (!) Vazão depende da viscosidade do solvente (!) Eluição por gradiente não permite (!)

12 Instrumentação omba_infusao_phd_ultra_harvard.jpg

13 Instrumentação

14 Instrumentação Sistema de Injeção da Amostra Alça de amostragem Permite a escolha do volume (5 a 500 µl) Boa precisão Auto-amostradores

15 Instrumentação Colunas para cromatografia Aço inoxidável suportam maiores pressões Comprimento 10 a 30 cm Diâmetro 2 a 5 mm Recheio partículas de 3 10 µm Microcolunas d.i = 1-5 mm, l = 3 8 mm, recheio = 3 5 µm Vantagens: Maior N ( ) Menor consumo de solventes Maior velocidade de eluição

16 Instrumentação

17 Instrumentação Colunas para cromatografia Microcolunas exemplo:

18 Colunas para cromatografia Recheio Sílica (suporte) partículas com diâmetros altamente uniformes Fase estacionário composto orgânico química ou fisicamente ligados a superfície do suporte. Colunas de proteção (guarda) Posicionada a frente da coluna analítica Função aumentar a vida útil da coluna analítica (material particulado e contaminantes dos solventes) Satura a FM com FE aumenta vida útil da coluna analítica Composição semelhante a composição da coluna analítica tamanho de partícula perda de pressão. Termostato para coluna manter a temperatura sob controle.

19 Instrumentação Detectores Pequeno volume morto Pequeno e compatível com a vazão de líquido Não existe detector universal Tipos de detectores:

20 Instrumentação Detectores

21 Instrumentação

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23 Tipos de CLAE (partição) Cromatografia por partição a fase estacionária é um líquido imiscível com a fase móvel Cromatografia por partição líquido-líquido FE é um solvente que é imobilizado por adsorção Cromatografia por partição com fase ligada FE é um composto orgânico imobilizado por ligações químicas Amplamente empregada

24 Tipos de CLAE (Partição) Recheios com fase ligada FE diferentes polaridades Características: Maior estabilidade Compatível com CLAE por gradiente Pequena capacidade de amostra (!) - Octil - Octadecil - Éteres - Nitrilas - Hidrocarbonetos - Etc. Recheios de Fase Normal e Reversa Fase normal A FE é polar e a fase móvel é apolar Fase reversa A FE é apolar e a fase móvel é polar

25 Tipos de CLAE (Partição) Escolha das Fases Móvel e Estacionária Regra geral: iguala-se a polaridade do analito com a da FE Usas-se uma FM com polaridade diferente da FE Analito e FM com polaridades semelhantes não é vantajoso... Analito e FE com polaridades muito parecidas também não é vantajoso...

26 Aplicações: Tipos de CLAE (Partição)

27 Aplicações: Tipos de CLAE (Partição)

28 Tipos de CLAE (Adsorção) CLAE por adsorção Os analitos são adsorvidos sobre uma superfície de um sólido polar finamente dividido (recheio) A FM é constituída por um solvente orgânico ou por uma mistura de solventes orgânicos A FE é composta por partículas de sílica ou alumina (polar) Coeficiente de distribuição (K) FM!

29 Cromatografia de troca Íonica Separação de íons por troca iônica processo no qual íons presos num sólido poroso são trocados por íons presentes em uma solução levada ao contato com o sólido Resinas trocadoras de Íons Resinas trocadoras de cátions contém grupos ácidos (-SO 3- H + ) xr-so 3- H + (sólido) + M x+ (solução) (-SO 3- H + )xm x+ (sólido) + xh + (solução) Resinas trocadoras de ânions contém grupos básicos (-N(CH 3 ) 3+ OH - ) xr-n(ch 3 ) 3+ OH - + A x- [R-N(CH 3 ) 3+ ]xa x- + xoh -

30 Funcionamento:

31 (K. [H + ] 2 res)/[h + ] 2 aq= [Ca 2+ ] res /[Ca 2+ ] aq K = [Ca 2+ ] res /[Ca 2+ ] aq Métodos de Separação Separação em Fase Sólida Equilíbrio de troca iônica lei da ação das massas Ca 2+ (solução) + 2H + (resina) Ca 2+ (resina) + 2H + (solução) K = ([H + ] 2 aq. [Ca 2+ ] res )/([H + ] 2 res. [Ca 2+ ] aq ) Separação de troca iônica um dos íons deve prevalecer em ambas as fases. Por exemplo H + [Ca 2+ ] aq << [H + ] aq Assim: [Ca 2+ ] res << [H + ] res

32 Tipos de CLAE (Troca Iônica) Existem dois tipos Baseadas em supressores e coluna única Cromatografia de íons baseadas no uso de supressores: Detector de condutividade sensíveis, universais para espécies carregadas, simples, baixo custo e fáceis de serem miniaturizados Limitação alta concentração de eletrólito para eluição da maioria dos íons dos analitos Conseqüentemente alta condutividade e baixa sensibilidade Porém, em

33 Tipos de CLAE (Troca Iônica) Porém, em Coluna supressora de eluente coluna recheada com uma resina trocadora de íons que converte os íons do solvente de eluição para espécies moleculares de ionização limitada Na determinação de cátions: Na determinação de anions:

34 Tipos de CLAE (Troca Iônica) Supressora Coluna

35 Tipos de CLAE (Troca Iônica) Coluna de guarda

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37 Tipos de CLAE (Exclusão) O fracionamento é baseado nos tamanhos das moléculas Filtração em gel recheio hidrofílico (espécies polares) Permeação em gel recheio hidrofóbico (espécies apolares)

38 Tipos de CLAE (Exclusão)

39 CLAE versus CG

40 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Silva, L.L.R. Notas de Aula. FACET, UFVJM, Juliano, V. F. Notas de Aula. Depto de Química. UFMG Faria, L.C. Notas de Aula. Instituto de Química. UFG D. A. SKOOG, F. J. HOLLER e T. A. NIEMAN Princípios de Análise Instrumental, 5 a ed., Saunders, A. I. VOGEL - Análise Analítica Quantitativa, LTC, 6ª ed., Rio de Janeiro. - Galen W. Ewing. Métodos Instrumentais de Análise Química (Volume 1). Editora Edgard Blücher/Ed. da Universida - Cadore, S. Notas de Aula. IQ, UNICAMP, SKOOG, D. A; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. A., Princípios de Análise Instrumental, 5ª edição, Editora Bookman, COLLINS, H. C.; BRAGA, G. L.; BONATO, P. S., Fundamentos de Cromatografia, Editora Unicamp, 2006.