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APRESENTAÇÃO. Sérgio Machado Corrêa Técnico em Química – ETFQ Licenciado em Química – UERJ Mestre em Físico Química – UFRJ Doutor em Físico Química – UFRJ. Professor da Graduação em Engenharia de Produção Professor do Mestrado em Química Ambiental Professor do Doutorado em Meio Ambiente.

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Presentation Transcript

APRESENTAÇÃO

Sérgio Machado Corrêa

Técnico em Química – ETFQ

Licenciado em Química – UERJ

Mestre em Físico Química – UFRJ

Doutor em Físico Química – UFRJ

Professor da Graduação em Engenharia de Produção

Professor do Mestrado em Química Ambiental

Professor do Doutorado em Meio Ambiente


TÓPICOS

Cromatografia Gasosa

Cromatografia Líquida

Análise Quantitativa e Qualitativa

Cromatografia Preparativa

Problemas Mais Comuns

Cuidados com a Amostra

Aplicações Ambientais


EMENTA DA CROMATOGRAFIA GASOSA

  • Histórico

  • Princípios e definições

  • Classificação

  • Aplicações

  • Equipamento básico

  • Vantagens e desvantagens

  • Teoria básica, clássica e cinética

  • Parâmetros operacionais

  • Componentes: fase móvel, filtros, injetor, microseringa, técnicas de injeção, forno, colunas, detetores (DIC, DCT, DCE, DNP e DSM)


EMENTA DA CROMATOGRAFIA LÍQUIDA

  • Teoria básica

  • Parâmetros operacionais

  • Instrumentação

    • Bombas

    • Sistemas de introdução de amostras

    • Colunas

    • Fase móvel

    • Detectores


BIBLIOGRAFIA

  • Neto, F.R.A., Nunes, D.S.S. (2003) Cromatografia. Princípios básicos e técnicas afins, Editora Interciência, 1ª edição.

  • Collins, C.H., Braga, G.L., Bonato, P.S. (1993) Introdução aos métodos cromatográficos, Editora da UNICAMP, 5ª edição.

  • McNair, H.M., Miller, J.M. (1997) Basic Gas Chromatography, John Wiley & Sons, Inc., 1st edition.

  • Lanças F.M., Extração em Fase Sólida (SPE), Rima, São Carlos, SP, 2004.

  • Ciola R., Fundamentos da cromatografia a líquido de alto desempenho, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, 1998.


HISTÓRICO

1900 – D. T. Day  estudo do petróleo

1906 – botânico Tswett  extrato vegetal

1930 – Huhn e Lederer  xantofilas e gema de ovo

1941 – Martin e Synge  teoria CG

1941 – Hesse  cromatografia gasosa

1952 – Martin e Synge  Prêmio Nobel

1956 – Griffin e George  primeiro equipamento

1957 – Golay  CG capilar

1970 – colunas SCOT

1974 – colunas PLOT


HISTÓRICO - Primeiros Experimentos

éter de

petróleo

mistura de

pigmentos

CaCO3

pigmentos

separados


PRINCÍPIOS

fase estacionária

fase móvel

Interação dos componentes da amostra entre a FM e a FE


DEFINIÇÃO DA IUPAC

Cromatografia é um método físico de separação no qual os componentes a serem separados estão distribuídos entre duas fases, uma delas é estacionária e outra se move em uma direção.


CLASSIFICAÇÃO

CROMATOGRAFIA

nosso

curso

planar

coluna

FM

líquido

gás

líquido

FE

líquido

sólido

líquido

sólido

líquido

sólido

CCD

TIPO

CP

CGL

CGS

CLL

CLS


CROMATOGRAFIA GASOSA

PRINCÍPIOS - Pocesso de Separação

FE líquida  absorção

FE sólida  adsorção

FE sólida

FE líquida

FM

FM

componente


CROMATOGRAFIA GASOSA

CLASSIFICAÇÃO

CONVENCIONAL

CG

ALTA RESOLUÇÃO

CGAR

  • até meados da década de 80

  • baixa resolução

  • picos largos

  • colunas recheadas

  • maior quantidade de amostra

  • domínio após década de 80

  • alta resolução

  • picos estreitos

  • colunas capilares

  • requer menos amostra


CROMATOGRAFIA GASOSA

APLICAÇÕES

GERAL: separação e análise de misturas com constituintes com PE até 300oC e que sejam termicamente estáveis

EXEMPLOS:  química ambiental

 química forense

 petroquímica

 bioquímica

 cosméticos

 fármacos

70% de todas as técnicas analíticas


8 - cromatograma

1- fase móvel

2- regulador

3 - amostra

6 - detetor

7 - eletrônica

4 - injetor

5 – forno + coluna

CROMATOGRAFIA GASOSA

EQUIPAMENTO BÁSICO


CROMATOGRAFIA GASOSA

VANTAGENS

  • Análise rápida (escala de minutos)

  • Análise eficiente com alta resolução

  • Alta sensibilidade (>100 ppb)

  • Não destrutiva (alguns detectores)

  • Alta acurácia para análises quantitativa

  • Requer pouca amostra (1 mL)

  • Operação simples

  • Baixo custo analítico


CROMATOGRAFIA GASOSA

DESVANTAGENS

  • Amostra deve ser volátil

  • Amostra deve ser estável termicamente

  • Conhecimento prévio da amostra

  • Difícil para amostras complexas

  • Não existe um detetor universal

  • Requer uso de padrões

  • Pessoal qualificado

  • Custo do equipamento (acima de R$ 60 mil)


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA BÁSICA - Cromatograma

tr – tempo de retenção

w – largura a ½ altura

tr

tr1

tr2

w1

w2

0,5h


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA BÁSICA

onde:

KD – coeficiente de partição ou de equilíbrio

CE – concentração na fase estacionária

CM – concentração na fase móvel

KD é proporcional a tr


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA BÁSICA

  • Tempo Morto – tM

  • tempo entre a injeção e o detetor para componentes que não interagem com a FE

  • ex. ar para DCT e metano DIC

  • Tempo de Residência – tr

  • tempo entre a injeção da amostra e o detetor para componentes que interagem com a FE


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA BÁSICA

Velocidade de migração do analito

Velocidade de migração da fase móvel

onde L = comprimento da coluna

t de retenção p/ componentes não retidos:

t de residência na FM + t de permanência na FE


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA CLÁSSICA

Analogia com a Destilação Fracionada

 pratos teóricos

 equilíbrio líquido-vapor

altura

do prato

L = N . AEPT

L  comprimento da coluna

N  número de pratos

AETP  altura entre pratos

prato


CROMATOGRAFIA GASOSA

TEORIA CLÁSSICA

  • FENÔMENOS ENVOLVIDOS NA SEPARAÇÃO

  • MIGRAÇÃO da FM para a FE

    • ABSORÇÃO de FE for líquida (CGL)

    • ADSORÇÃO se FE for sólida (CGS)

  • DIFUSÃO em ambos sentidos (Leis de Fick)

  • quanto maior tR maior o espalhamento


  • CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CLÁSSICA

    Como Determinar o Número de Pratos ?

    Teoria de GAUSS

    W1/2=2,345 

    melhor

    ou

    WB=4 


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CLÁSSICA– Resolução (RS)

    É a medida da separação de dois picos consecutivos

    R=0,5

    R=1,0

    R=1,5

    R=2,0

    98,0% de separação

    tr = 4

    99,7% de separação

    tr = 6


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CLÁSSICA– Resolução (RS)

    PROBLEMA:

    Como a Gaussiana é assintótica, dois picos adjacentes

    jamais estão integralmente separados.

    SOLUÇÃO:

    Kaiser e Trennzahl proporam o nº de separação - TZ.


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CLÁSSICA– Resolução (RS)

    • Resumindo:

    • TZ fornece o nº de picos que teoricamente podem ser intercalados entre (x) e (x+1), com

    • RS = 4,7s

    • Caso RS = 1,177  TZ = 0, logo nenhum pico pode estar intercalado entre (x) e (x+1).


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CLÁSSICA– Resolução (RS)

    EXEMPLO:

    TZ = 0

    não se pode acomodar picos

    TZ = 5

    pode-se acomodar 5 picos


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    MISSÃO PRINCIPAL: estreitar os picos  RS

    COMO FAZER ? evitar o espalhamento (difusão)

    aleatório

    ESPALHAMENTO isotrópico

    intrínseco

    não pode ser eliminado

    deve ser minimizado


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    EQUAÇÃO DE VAN DEEMTER

    A, B e C são constantes para uma T e coluna

    Deve-se buscar o para maior eficiência

    é obtido com diversos experimentos

    calculando AEPT contra velocidades


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    EQUAÇÃO DE VAN DEEMTER

    A – percursos irregulares que a FM toma pela coluna

    diminui com o diâmetro da coluna

    diminui com a homogeneidade do enchimento

    A  0 em colunas capilares


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    EQUAÇÃO DE VAN DEEMTER

    B – responsável pelo fenômeno da difusão

    aumenta com a temperatura

    diminui com a pressão

    maior faixa de trabalho útil: H2 e He


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    EQUAÇÃO DE VAN DEEMTER

    C – transferência de massa entre a FM e FE


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    TEORIA CINÉTICA

    PROBLEMAS:

    Como maximizar a eficiência da coluna ?

     obtendo-se

     valor mínimo da hipérbole onde

    Problema 1: compressibilidade da FM  ñ cte

    Problema 2: se  < ótimo  fator difusão

    Problema 3: se  > ótimo  fator resistência à

    transferência de massa.


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    VAZÃO DA FASE MÓVEL - FM

    1FM

    2FM > 1FM

    2FM


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    VOLUME DE INJEÇÃO - Vinj

    1,0 mL

    1,5 mL

    preserva o tr


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    AUMENTO DA TEMPERATURA DE INJEÇÃO

    • tende a reduzir o tr

    • cauda do solvente

    AUMENTO DA TEMPERATURA DA COLUNA

    • reduz o tr

    • diminui o tempo do componente na FE

    • diminui a eficiência


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    AUMENTO DO COMPRIMENTO DA COLUNA

    • aumento do tr

    • aumenta o nº de pratos

    • aumenta a eficiência da coluna

    • aumenta a difusão

    • alargamento dos picos


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    AUMENTO DA QUANTIDADE DE FE

    • aumento do tr

    • aumenta o nº de pratos

    • geralmente filmes espessos só são usados em situações críticas

    • melhora a visualização mas não a separação efetiva


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    PARÂMETROS OPERACIONAIS

    AUMENTO DA ATENUAÇÃO

    • diminuição da área dos picos

    • manutenção dos tr

    • é somente a inserção de resistores no amplificação do sinal que vai para o cromatograma.

    • não tem efeito na separação


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Fase Móvel

    Também chamada de “gás de arraste”

    • Fonte usual  cilindro de alta pressão

    • Mais comuns  N2 , He , H2 e Ar

    • Não pode interagir com a fase estacionária

    • Não pode interagir com a amostra

    • Deve ser de baixo custo e alta disponibilidade

    • Alta pureza

    • Deve-se usar filtros para H2O, O2 e HC

    • H2O e O2 oxidam algumas FE

    • HC provoca ruídos no sinal do detetor


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Fase Móvel

    A escolha depende do detetor empregado.


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Fase Móvel

    3

    6

    4

    2

    1

    1 – Cilindro de Gás

    5

    2 - Regulador de Pressão Primário

    3 - “Traps” para eliminar impurezas

    4 - Regulador de Pressão Secundário

    5 - Regulador de Vazão

    6 - Medidor de Vazão


    - H2O

    - O2

    - HC

    óxido de cobre

    carvão ativo

    sílica gel

    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Filtros para FM

    • a FM pode ter diferentes graus de pureza:

      • He 99,995 %  US$ 55 (> 10 ppm)

      • He 99,999 %  US$ 140 (<10 ppm)

      • He 99,9999 %  US$ 280 (< 500 ppb)

      • Para análise de traços, usar filtros:


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Injetor

    Função: - receber a amostra

    - vaporizar rapidamente

    - colocar a amostra na coluna

    Características: - injeção rápida

    - uniformemente aquecido

    - menor volume possível

    - boa junção com a coluna

    - injeções reprodutíveis

    - T acima do > PE da amostra


    t = 0

    t = x

    t = 0

    t = x

    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Injetor

    Injeção

    Rápida

    Injeção

    Lenta


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Injetor

    Injetor Convencional

    1

    5

    1 – Septo de silicone

    2

    2 – Alimentação da fase móvel

    3

    3 – Bloco metálico aquecido

    4

    4 – Início da coluna cromatográfica

    5 – Purga de Septo

    6 – Divisor de amostra

    6


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Injetor

    Etapas de uma injeção

    amostra

    amostra

    amostra


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Microseringa

    Volumes típicos de 1, 5 e 10 mL

    agulha (inox 316)

    êmbolo

    corpo (pirex)


    FM

    Split Vent fechado

    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Técnicas de Injeção

    • sem divisão de amostra

    • alta sensibilidade

    • efeito do solvente

    • amostras diluídas

    • resfriar forno a cada injeção

    • forno < 20ºC que solvente

    SPLITLESS

    X


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Técnicas de Injeção

    • divisão de amostra

    • baixa sensibilidade

    • componentes de alto PE retidos

    • divisão não linear

    • volume constante

    SPLIT

    FM

    Split Vent aberto


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Técnicas de Injeção


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Forno

    • compartimento onde se localiza a coluna

    • alta estabilidade térmica:  0,01ºC

    • ampla faixa de temperatura: até 450ºC

    • disponibilidade de criogenia: <100ºC

    • temperatura independentes do injetor e detetor

    • boa taxa de aquecimento

    • boa taxa de resfriamento

    • facilidade de acesso à coluna

    • sistemas de segurança


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • É onde ocorre a separação dos componentes

    • Propriedades:

      • natureza do tubo

      • suporte sólido

      • tipo de fase estacionária

      • quantidade de fase estacionária

      • método de enchimento

      • comprimento

      • temperatura


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    EMPACOTADA

    ou RECHEADA

    CAPILAR

    ou TUBULAR ABERTA

     = 2 a 4 mm

    L = 0,5 m a 5 m

     = 0,2 a 0,7 mm

    L = 5 m a 100 m


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    EMPACOTADA ou RECHEADA

    suporte sólido

    FE líquida


    secagem

    calcinação

    fusão com soda

    lavagem com ácido

    silanização

    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    EMPACOTADA

    Fáceis de fazer e usar com baixo custo

    Material: aço inox, vidro, níquel e teflon

    FE: sólida ou líquida em suporte sólido (diatomácea)

    Esqueletos fósseis

    Chromosorb, Anachrom etc.


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    CAPILAR

    caminho da FM e da amostra

    parede do capilar

    filme


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    COMPARAÇÕES


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    COMPARAÇÕES

    Empacotada

    Capilar


    FE

    líquida

    SUPORTE

    Sólido inerte poroso

    Tubo capilar de material inerte

    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    FasesEstacionárias

    LÍQUIDOS:Depositados sobre a superfície de sólidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou de tubos finos de materiais inertes (colunas capilares)

    SÓLIDOS:Colunas recheadas com material finamente granulado (empacotadas) ou depositado sobre a superfície interna do tubo (capilar)


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    Propriedades de uma FE

    • Seletiva:  interação com cada componente da amostra

    • Temperatura: deve suportar uma ampla faixa

    • Estabilidade: química e térmica

    • Pureza: colunas reprodutíveis

    baixa

    alta


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    Processo de Separação

    FE sólida: fenômeno da adsorção que ocorre

    na interface FM-FE

    FM

    FE


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    Processo de Separação

    FE líquida: fenômeno da absorção que ocorre

    dentro da FE

    FM

    FE


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • COMO ESCOLHER UMA COLUNA ?

    • 1- Não hesite em perguntar para alguém experiente

    • 2- Catálogos de fabricantes de colunas

    • (método X  coluna Y)

    • 3-Periódicos especializados

    • (certamente alguém já fez a análise desejada)

    • 4- Usar as colunas “ genéricas”


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    COLUNAS GENÉRICAS


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • Diâmetro interno

    • Comprimento

    • Espessura do filme

    • Composição da fase estacionária

    • Vazão


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • Diâmetro interno

    • - podem variar de 0,15 a 0,53 mm

    • - as mais comuns são de 0,25 e 0,32 mm

    • RESOLUÇÃO

    • +

    • RAPIDEZ

    • +

    • CAPACIDADE

    • +

    • FACILIDADE

    • =

    • BOA COLUNA


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • Diâmetro interno


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    2. Comprimento

    Nº de pratos teóricos é proporcional a L

    Resolução é proporcional a L1/2

    Tempo de retenção é proporcional a L


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 3. Espessura da FE

    • FILMES POUCO ESPESSOS

    • espessuras mais comuns: 0,25 e 0,32 mm

    • filme fino = baixo sangramento da coluna

    • sangramento é proporcional à quantidade de FE

    • a resolução e rapidez passam a serem controladas pela vazão


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 3. Espessura da FE

    • FILMES ESPESSOS

    • bons para componentes voláteis

    • bons para amostras com mais de 50 componentes

    • requer maior quantidade de amostra

    • requer maior temperatura = sangramento

    • requer maior comprimento para compensar a perda de pratos teóricos


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 4- Fase Estacionária Líquida – CGL

    • Requisitos

    • baixa pressão de vapor

    • estabilidade térmica

    • viscosidade adequada

    • deve interagir com os componentes da amostra a serem analisados

    • EXISTEM CENTENAS DE POSSIBILIDADES, O QUE TORNA A ESCOLHA COMPLICADA.


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    4- Fase Estacionária Líquida – CGL

    REGRA GERAL:

    SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE

    • MUITAS VARIÁVEIS ENVOLVIDAS:

      • polaridade

      • ponto de ebulição

      • pressão de vapor

      • capacidade de retenção


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 4- Fase Estacionária Líquida – CGL

    • MAIS COMUNS:

    • ESQUALANO (C30H62)

      • baixa polaridade

      • Tmáx = 125ºC

    • APOLANO (C87H176)

      • ligeiramente mais polar que o Esqualano

      • Tmáx = 185ºC


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 4- Fase Estacionária Líquida – CGL

    • DIMETIL SILICONE (OV-1 ou OV-101)

      • mais polar que o Apolano


    CROMATOGRAFIA GASOSA

    COMPONENTES – Colunas Cromatográficas

    • ESCOLHA DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

    • 5- Vazão da FM

    • obter a vazão ótima para menor largura de pico

    • hidrogênio é a melhor opção para filmes finos

    • faixa de trabalho: 1,0 a 3,0 mL/min


    COMPONENTES – Detetores

    ~ 60 detectores já usados em CG

    ~ 15 equipam cromatógrafos comerciais

    5 respondem por mais de 95% das aplicações

    DCTTCD

    Detector por

    Condutividade

    Térmica

    DICFID

    Detector por

    Ionização em

    Chama

    DCEECD

    Detector por

    Captura de

    Elétrons

    DNP NPD

    Detector de

    Nitrogênio e

    Fósforo

    DSMMSD

    Detector Seletivo de Massas


    COMPONENTES – Detetores

    • POSIÇÃO: ao final da coluna cromatográfica

    • FUNÇÃO: medir a concentração do analito

    • Na verdade, detetores são transdutores, gerando um sinal elétrico proporcional à quantidade de moléculas de analito.

    • O sinal elétrico é então enviado a um sistema de coleta de dados que então amplifica, trata e então gera o cromatograma.


    COMPONENTES – Detetores

    • CLASSIFICAÇÃO

    • CONCENTRAÇÃO x VAZÃO

    • SELETIVO x UNIVERSAL

    • DESTRUTIVO x NÃO DESTRUTIVO



    COMPONENTES – Detetores

    Características Desejáveis

    • resposta rápida para soluto na FM

    • resposta linear

    • sensibilidade

    • estabilidade

    • facilidade de uso

    • baixa manutenção

    • baixo custo

    • baixo ruído


    COMPONENTES – Detetores

    • Características Desejáveis:

    • quantidade mínima detectável

    S

    = 3

    N

    SINAL (S)

    RUÍDO (N)

    RUÍDO:gerado pelo detector que não se origina da amostra

    Contaminantes nos gases

    Fontes

    de

    Ruído

    Impurezas acumuladas no detector

    Aterramento elétrico deficiente


    COMPONENTES – Detetores

    Características Desejáveis

    • resposta rápida para soluto na FM

    Tempo decorrido entre a entrada do analito na cela do detector

    e a geração do sinal elétrico.

    t

    SINAL

    63,2% FSD

    TEMPO


    COMPONENTES – Detetores

    Características Desejáveis

    • resposta linear

    A partir de certo ponto o sinal não aumenta mais linearmente

    ÁREA

    MASSA


    COMPONENTES – Detetores

    Características Desejáveis

    • sensibilidade

    Fator de Resposta, S: inclinação da reta Área do pico x Massa do analito

    ÁREA

    MASSA


    DETETOR DE IONIZAÇÃO NA CHAMA – DIC

    É o detetor mais comum

    PRINCÍPIO:Formação de íons quando um composto é queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio a mais de 2000ºC, formando um plasma temporário.

    300V


    Estrutura da chama

    três regiões básicas

    DIC – Química da Chama

    Incandescência

    > 2000ºC

    Reação

    Quebra

    Região de quebraMistura dos gases, pré-aquecimento, início da quebra das moléculas de H2, O2 e dos analitos.

    Zona de reaçãoReações exotérmicas com produção e/ou consumo de radicais H, O, OH, HO2 (provenientes do H2), CH e C2 (proveniente do analito) e íons CHO+ (analito).

    Zona de incandescênciaEmissão de luz por decaimento de espécies excitadas: OH (luz UV), CH e C2 (visível).


    DIC - Funcionamento

    O ar e o H2se misturam ao efluente da coluna e queimam:

    COLETOR

    AR

    FLAME TIP

    Uma ddp é aplicada entre o flame tip e o coletor - quando se formam íons na chama, é gerada uma corrente elétrica:

    H2

    BLOCO

    COLUNA


    Gases nobres

    NH3, NxOy

    H2, O2, N2

    SiX4 (X = halogênio)

    CO, CO2, CS2

    H2O

    CCl4, peralogenados

    HCOOH, HCHO *

    DIC - Características

    Detetor de Ionização na Chama

    SELETIVIDADE:Seletivo para substâncias que contém ligações C-H em sua estrutura química (universal).

    Compostos que NÃO produzem resposta no DIC:


    DIC - Características

    Detetor de Ionização na Chama

    FATORES DE RESPOSTAO fator de resposta de um determinado composto é aproximadamente proporcional ao número átomos de carbono. Presença de heteroelementos diminui o fator de resposta.

    Mistura equimolares de:

    Número Efetivo de Carbonos (NEC)

    C2H6 NEC = 2,00

    C2H5OH  NEC = 1,40

    CH3CHO  NEC = 1,00

    (X = Contribuição de cada átomo ao NEC)


    DIC – Condições Usuais

    • Mínima Quantidade Detectável: 10-11g (>50 ppb)

    • Resposta: hidrocarbonetos

    • Linearidade: excelente até 106

    • Estabilidade: excelente

    • T mínima: 125ºC (evitar condensação de água)

    • T máxima: 400ºC

    • Fase Móvel: nitrogênio, hidrogênio ou hélio


    DIC – Aplicações

    • Hidrocarbonetos em geral

    • Derivados do petróleo

    • Amostras ambientais

    • BTEX, PCA, HC oxigenados etc

    • Amostras desconhecidas

    • Avaliações preliminares


    DETETOR DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA - DCT

    PRINCÍPIO:Variação na condutividade térmica da FM e analito.

    A taxa de transferência de calor entre umcorpo quentee umcorpo friodepende da condutividade térmica do gás no espaço que separa os corpos

    Se a condutividade térmica do gás diminui, a quantidade de calor transferido também diminui e o corpo quente se aquece.


    DCT - Funcionamento

    i

    Cela de Detecção do DCT:

    1 Bloco metálico (aço)

    2 Entrada de gás de arraste

    3 Saída de gás de arraste

    4 Filamento metálico (liga W-Re) aquecido

    5 Alimentação de corrente elétrica para aquecimento do filamento

    5

    3

    4

    2

    1


    CELAS DA AMOSTRA

    CELAS DA

    AMOSTRA

    CELAS DE REFERÊNCIA

    CORTE SUPERIOR

    CORTE LATERAL

    CELAS DE REFERÊNCIA

    DCT - Funcionamento

    Diferença de resistência elétrica entre os filamentos de amostra e referência


    DCT - Funcionamento

    Os filamentos do DCT são montados numa ponte de Wheatstone que transforma a diferença de resistência numa diferença de voltagem:

    VBateria

    FAjuste da corrente

    IMedida da corrente

    B1 B2Ajuste de zero

    R1 R2Filamentos de referência

    A1 A2Filamentos da amostra


    DCT - Características Operacionais

    SELETIVIDADE:Observa-se sinal para qualquer substância eluida diferente do gás de arraste = UNIVERSAL

    VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE:O sinal é proporcional à concentração do analito no gás de arraste que passa pela cela de amostra.

    Com DCT, a área dos picos cromatográficos é MUITO dependente da vazão do gás de arraste !!!

    NATUREZA DO GÁS DE ARRASTEQuanto maior a diferença entre a condutividade térmica do gás de arraste puro e do analito maior a resposta.

    QUANTO MENOR A MASSA MOLECULAR DO GÁS DE ARRASTE, MAIOR A RESPOSTA


    DCT - Características Operacionais

    Gás de arraste com DCT:HeouH2

    outro gás

    He ou H2

    2

    1

    1

    2

    Usando He ou H2 como gás de arraste o sinal é maximizado: MAIOR RESPOSTA

    1

    Com outros gases, eventualmente ocorre queda no sinal: PICOS NEGATIVOS

    2


    DCT - Sensibilidade

    CHCl3

    Mistura de quantidades equimolares de:

    C2H5OH

    C2H6

    Etanol = 17,5

    Clorofórmiol = 6,0

    Etanoll = 12,7


    DCT - Aplicações

    Separação e quantificação de compostos que não geram sinal em outros detectores (gases nobres, gases fixos)

    Separação de Gases Fixos e Hidrocarbonetos:

    Coluna:CP Sil 5CB

    (50 m x 0.32 mm x 5 µm)

    Gás de Arraste:He @ 3 mL.min-1

    TCOL:40°C

    Detector:DCT

    1 N2 2 CH4

    3 CO2 4 n-C2

    5 NH3 6 n-C3

    7 i-C4 8 n-C4


    DCT – Condições Usuais

    • Mínima Quantidade Detectável: 10-9g (>10 ppm)

    • Resposta: universal

    • Linearidade: até 104

    • Estabilidade: boa

    • T: altamente sensível

    • T máxima: 400ºC

    • Fase Móvel: hélio


    DETETOR DE CAPTURA DE ELÉTRONS - DCE

    PRINCÍPIOSupressão de um fluxo de elétrons lentos (termais) causada pela sua absorção por espécies eletrofílicas

    Um fluxo contínuo deelétronslentos é estabelecido entre umanôdo (fonte radioativa b -emissora) e umcatodo.

    Na passagem de umasubstância eletrofílicaalguns elétrons são absorvidos, resultando uma supressão de corrente elétrica.


    1

    2

    3

    4

    5

    DCE - Estrutura

    1Anodo (fonte radioativa b - emissora)

    2Saída de gases

    3Catodo

    4Cavidade

    5Coluna cromatográfica


    DCE - Mecanismo de Funcionamento

    1Geração de elétrons pela interação entre a radiaçãob, moléculas do gás de arrasteGe moléculas de bloqueadorQ

    b- + G  G++ e- + e*  energia

    b- + G  G* + Q  G + e- + Q  energia

    2Elétrons lentos são capturados pela espécie eletrofílicaAB

    AB + e-  AB- + energia

    O decréscimo na corrente elétrica fluindo pela cela de detecção é proporcional à concentração da espécie.


    Emprego universal em DCE comerciais:

    3H (b-, 0,02 MeV)

    63Ni (b-, 0,06 MeV)

    Sob a forma de Ta3H3

    Usado como 63Ni

    Maior sensibilidade

    Maior linearidade

    Tdet deve ser < 225ºC

    Útil até ~400oC

    DCE - Fonte Radioativa

    O anôdo é dopado com um isótopo radioativo b- emissor

    - Maior durabilidade (t1/2 = 100 a x 12 a para 3H)

    63Ni preferido em equipamentos modernos

    - Maior estabilidade térmica

    - Menor risco de uso (radioatividade)


    Variação de  3oC na temperatura

    Erro de ~ 10% na área dos picos

    DCE - Temperatura do Detector

    Dependência do sinal com T de operação bastante significativa

    Magnitude e sinal do erro depende do composto analisado !

    TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGIDAMENTE CONTROLADA


    DCE - Fase Móvel

    Funcionamento do DCE é muito dependente

    da natureza do gás de arraste

    N2

    Geram elétrons lentos quando bombardeados com b-

    MAIS USADOS:

    Ar + 5% CH4

    O gás deve ser o mais puro possível !!!

    (traços de H2O e O2 comprometem o sinal do DCE)


    DCE - Seletividade

    S típicos (clorobenzeno: S = 1)

    hidrocarbonetos e esteres alifáticos, dienos

    álcoois, cetonas e aldeídos alifáticos, aminas, nitrilas, mono - Cl, mono - F

    enóis, oxalatos, mono - Br, di - Cl, hexa - F

    tri - Cl, cloretos de ácidos, alquil - Pb, anidridos

    mono - I, di - Br, tri - Cl, mono - nitro, CS2

    di - I, tri - Br, poli - Cl, di - nitro, 1,2 - dicetonas, fumaratos, organo - Hg

    O DCE É O DETECTOR PREFERENCIAL PARA ANÁLISES DE TRAÇOS DE ORGANOHALOGENADOS E SIMILARES


    DIC

    DCE

    DCE - Aplicações: HC em ar atmosférico

    1, 2, 3 - Hidrocarbonetos aromáticos

    4, 5, 6 - Hidrocarbonetos clorados


    DCE - Aplicações

    • Pesticidas (principal)

    • Borrachas cloradas

    • Organoclorados em geral


    DCE – Condições Usuais

    • Mínima Quantidade Detectável: 10-12g

    • Resposta: altamente seletivo

    • Linearidade: até 104

    • Estabilidade: ruim


    DETETOR DE NITROGÊNIO E FÓSFORO - DNP

    • Anteriormente conhecido como AFID (alkaline flame ionization detector), por ser um DIC com um leito de sal alcalino.

    • Em seguida foi chamado de TID (thermionic ionization detector), e outros nomes.

    • Basicamente é um DIC onde a chama entra em contato com uma pérola de sal de rubídio.

    • Ao ser aquecido, o Rb vai para a fase gasosa e na presença de N ou P, forma-se CN e PO ou PO2, que ionizam o Rb e descarregam no coletor.


    DNP - Estrutura

    Pérola de

    Rubídio


    FAIXA DE TRABALHO DOS DETETORES

    DCT

    DIC

    DCE

    DNP

    DSM

    SIM

    SCAN

    quantidade detectável (g)


    abundância

    M/Z

    tempo

    DETETOR SELETIVO DE MASSAS - DSM

    • A CG-EM é uma técnica que combina:

    • o poder de separação da cromatografia

    • a capacidade de identificar substâncias


    DETETOR SELETIVO DE MASSAS - DSM

    • HISTÓRICO

    • 1913 J.J. Thompson: separação de isótopos

    • 1959 Gohlke: acoplamento com CG

    • anos 80: equipamentos comerciais

    • anos 90: desejo de 10 em 10 analistas


    amostra

    CG

    EM

    cromatograma

    fragmentograma

    DETETOR SELETIVO DE MASSAS - DSM

    EQUIPAMENTO DA CG-EM

    US$ 40 mil


    DETETOR SELETIVO DE MASSAS - DSM

    O QUE OCORRE NO DSM ?

    IONIZAÇÃO

    ABCD + e- ABCD+ + 2e-

    ABCD+ AB + CD+

    ABCD+ AB+ + CD

    ABCD+ ACD+ + B

    FRAGMENTAÇÃO

    ABCD+

    CD+

    ACD+

    DETECÇÃO


    SISTEMA DE DADOS

    fonte de ionização

    vácuo

    CG

    ANALISADOR

    B

    O

    M

    B

    A

    detetor

    interface

    DSM - Componentes


    DSM - Componentes

    Divisão da Amostra

    CG

    split

    DSM

    DESCARTE

    100 partes

    1 parte

    a interface deve ser capaz de remover a FM e deixar entrar apenas uma porção da amostra.


    DSM – Componentes – Tipos de Interface

    SEPARADOR MOLECULAR

    fase móvel

    analito

    CG

    DSM

    VANTAGEM simples e barato

    DESVANTAGEM seletividade depende do PM

    VÁCUO


    DSM – Componentes – Tipos de Interface

    INTERFACE DE PERMEAÇÃO

    para o DSM

    membrana

    Membrana seletiva por polaridade ou PM

    Resposta lenta

    Pouca entrada de analito


    DSM – Componentes – Tipos de Interface

    RESTRITOR DE FLUXO

    entrada de Hélio

    saída de Hélio

    CG

    DSM

    liner

    restritor de fluxo


    DSM – Componentes – Tipos de Interface

    INTERFACE DIRETA P/ CAPILAR

    final da coluna capilar

    fonte de ionização


    DSM – Componentes – Sistema de Vácuo

    • A necessidade do vácuo:

    • aumentar o livre caminho médio, que é o caminho percorrido por íons e moléculas antes de colidir

    • um grande livre caminho médio conduz a uma fragmentação previsível e reprodutível

    • o vácuo empregado costuma ser da ordem de 10-4 Torr podendo chegar a 10-6 Torr


    DSM – Componentes – Sistema de Vácuo

    • 1º estágio do vácuo:

      • bomba rotativa

        • 10-2 a 10-3 Torr

  • 2º estágio do vácuo:

    • bomba turbomolecular ou difusora

    • 10-5 Torr


  • DSM – Componentes – Sistema de Vácuo

    BOMBA TURBOMOLECULAR

    opera de 30.000 a 90.000 rpm

    funciona como uma turbina

    lâminas rotativas

    lâminas fixas

    p/ pré-vácuo

    motor

    eixo


    DSM – Componentes – Sistema de Vácuo

    BOMBA DIFUSORA

    entrada

    aspersores

    refrigeração

    p/ pré-vácuo

    aquecedor


    DSM – Tipos de Ionização

    aumento da energia

    e da fragmentação

    mais usados

    • Impacto de Elétrons (EI)

    • Ionização Química (CI)

    • Bombardeamento por Átomos Rápidos (FAB)

    • Ionização por Campo

    • Desorção por Plasma


    DSM – Tipos de Ionização

    Ionização por Impacto de Elétrons

    e- de baixa energia


    DSM – Tipos de Ionização

    Ionização por Impacto de Elétrons

    lentes


    DSM – Tipos de Ionização

    Ionização por Ionização Química

    lentes

    filamento

    anodo/alvo

    magneto

    feixe de e-

    amostra

    final da coluna


    DSM – Tipos de Ionização

    Mecanismos da Ionização Química

    Troca de Carga

    He+ + M  He + M+

    Acido/Base com metano

    CH5+ + M  CH4 + MH+

    CH5+ + MH  CH4 + M+

    Acido/base com água

    OH- + MH  H2O + M-

    Adição de alquila

    C2H5+ + M  MC2H5+


    DSM – Analisadores de Massa

    • Magnético

    • Eletrostático

    • Tempo de Vôo

    • Filtro de Massa Quadrupolo

    • Estoque de Íons Quadrupolo (ion trap)

    mais comuns


    DSM – Analisadores de Massa

    Quadrupolo

    analisador quadrupolo

    lentes

    fonte de

    ionização

    detetor


    DSM – Analisadores de Massa

    Quadrupolo

    consiste em quatro fios

    operam em pares com potenciais definidos

    somente íons com razão massa/carga definida atravessam o eixo Z


    DSM – Analisadores de Massa

    Armadilha de Íons – Ion Trap

    filamento

    entrada de e-

    passagem dos íons

    detetor


    DSM – Deteção dos Íons

    DESCRIÇÃO DO DETETOR

    • Uma vez separados os íons, o detetor gera um sinal elétrico

    • O mais usado é o multiplicador de elétrons

    • É um detetor do tipo diodo contínuo


    DSM – Deteção dos Íons

    íon

    COMO FUNCIONA

    1

    • A parte interior do detetor é um material que emite elétrons

    • Quando um íon colide com o este material, vários elétrons são ejetados

    • A cada choque mais elétrons são emitidos

    2

    3

    4

    5


    DSM – Fragmentograma Típico do Hexano

    • CH3CH2CH2CH2CH2CH3

    • e-

      [CH3CH2CH2CH2CH2CH3]+

      CH3CH2CH2CH2CH2+ CH3CH2CH2CH2+ CH3CH2CH2+ CH3CH2+

      M/Z71 57 43 29



    DSM – Modos de Aquisição de Dados

    • SIM – monitoramento de alguns fragmentos

      • aumento da sensibilidade

      • altamente seletivo

      • pequeno arquivo de dados

      • evita-se o solvente

      • análise de rotina pode omitir compostos

      • cromatograma mais “limpo”

    • SCAN – monitoramento de todos os fragmentos

      • diminuição da sensibilidade

      • não seletivo

      • grande arquivo de dados

      • problema com o solvente

      • bom para análises preliminares

      • cromatograma complexo


    SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS

    • Sem um SAD não haveria como manipular os dados gerados por um DSM

    • Baixo custo

    • REQUISITOS

    • controlar as operações do CG e DSM

    • ajustar o DSM

    • receber e armazenar os dados

    • controlar o hardware


    AJUSTE DO DSM

    • Ao contrário dos demais detetores, o DSM precisa ser ajustado / calibrado periodicamente

    • O ajuste é para calibrar o tempo de retenção em função da razão massa / carga

    • Também é importante para otimizar a resposta e a linearidade do detetor

    • O material de referência é o perfluortributilamina (PFTBA)

    • Este ajuste depende de cada aparelho e devem ser seguidas as recomendações de cada fabricante.


    LIMPEZA DO DSM

    • O DSM deve sofrer uma limpeza periódica

    • Depende muito do tipo de amostra analisada e das condições de operação do CG

    • Os primeiros sinais são perda de intensidade de sinal para massas pesadas

    • É um processo difícil, demorado e requer “sala limpa”

    • Para cada tipo de equipamento é um processo único

    • Deve ser feito nas primeiras vezes pelo fabricante

    • Após alguns acompanhamentos é possível ser realizado por um técnico local habilidoso

    • Se for mal feito pode inutilizar o equipamento


    ANÁLISE QUALITATIVA

    • Comparação do tr do padrão com o tr da amostra

    • É um processo arriscado, podendo haver duas substâncias diferentes com o mesmo tr

    • Estima-se mais de 30.000 compostos usuais em CGAR

    • Deve-se analisar o padrão e amostra nas mesmas condições, no menor intervalo de tempo possível.

    • Na dúvida deve-se fazer a comparação em condições diferentes, em especial colunas diferentes ou detetores diferentes.

    • O ideal é dispor de um DSM


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    • Como medir a área do pico ?

    • Cortar e pesar

    • Triangulação

    • Planímetro

    • Integrador eletrônico


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    • É a comparação entre a área de um pico da amostra com a área de um padrão.

    • Existem 5 técnicas básicas:

    • Normalização de Áreas

    • Normalização de Áreas com Fatores de Resposta

    • Normalização Externa (Curva de Calibração)

    • Normalização Interna (Padrão Interno)

    • Adição de Padrão


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    1- Normalização de Áreas

    A

    B

    C


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    1- Normalização de Áreas

    • Independe do uso de padrões

    • Todos os componentes devem ter sido detectados

    • Todos os componentes devem ter sido eluídos

    • Todos os componentes devem ter a mesma sensitividade

    • Raramente é usado pois as condições acima devem ser satisfeitas conjuntamente.


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    2- Normalização de Áreas - Fatores de Resposta

    1ª Etapa:

    Fazer cromatograma dos padrões de igual concentração

    2ª Etapa

    Obter as áreas de cada padrão

    3ª Etapa

    Obter os fatores de resposta em relação a um dos padrões


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    2- Normalização de Áreas - Fatores de Resposta

    3ª Etapa

    Obter os fatores de resposta em relação a um dos padrões

    4ª Etapa

    Calcular o teor de cada componente


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    2- Normalização de Áreas - Fatores de Resposta

    • Depende do uso de padrões

    • Todos os componentes devem ter sido detectados

    • Todos os componentes devem ter sido eluídos

    • Todos os componentes devem ter a mesma sensitividade

    • Difícil de ser usado pois as condições acima devem ser satisfeitas conjuntamente.


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    3- Normalização Externa - Curva de Calibração

    3,0 ppb

    1ª Etapa

    Passar padrões

    2,0 ppb

    hexano

    1,0 ppb

    0,5 ppb


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    3- Normalização Externa - Curva de Calibração

    2ª Etapa

    Construir Curva de Calibração

    3ª Etapa

    Obter a equação da reta

    mV = 0,111 + 4,591 x ppb


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    3- Normalização Externa - Curva de Calibração

    4ª Etapa

    Analisar a amostra

    5ª Etapa

    Obter o sinal do analito

    6ª Etapa

    Interpolar a concentração da amostra

    mVamostra = 0,111 + 4,591 x ppbamostra


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    3- Normalização Externa - Curva de Calibração

    • Não é necessário detectar todos os componentes

    • Deve-se trabalhar na faixa linear da curva de calibração

    • É o método mais empregado

    • Pode ser implementado nos sistema de aquisição

    • Pode ocasionar problemas para amostras complexas ( tR)


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    4- Normalização Interna - Padrão Interno

    • Usado em situações não reprodutíveis

    • Usado quando não é possível calibrar frequentemente

    • ESCOLHA DO PADRÃO INTERNO:

    • Deve eluir próximo ao pico de interesse

    • Ser similar quimicamente e não reagir com os demais

    • Deve ser disponível em alta pureza

    • Deve ser injetado em teores próximos ao analito


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    4- Normalização Interna - Padrão Interno

    • As etapas são similares à Curva de Calibração com a adição do PI tanto na curva de calibração quanto na amostra.

    • Uma vez elaborada a curva do padrão contra o PI só é necessário o uso regular do PI na amostra.

    amostra

    AreaPI/Areapadrão

    CPI/Cpadrão


    ANÁLISE QUANTITATIVA

    5- Adição de Padrão

    • Os padrões são injetados em porções da amostra aumentando o pico do analito.

    • Resolvido graficamente

    adições de

    padrão

    amostra


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    • É a variação da temperatura da coluna cromatográfica durante uma análise.

    • É de grande importância para otimizar um cromatograma

    • Temperatura é um dos dois parâmetros mais importantes em uma análise cromatografia, o segundo é a fase estacionária.

    • Tempos de retenção sempre diminuem com o aumento da temperatura pois a pressão de vapor decresce com o logaritmo da T:


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    • Geralmente, ao se aumentar a Temperatura:

    • tempo de retenção

    • fator de retenção

    • seletividade

       eficiência


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    EXEMPLO DA SEPARAÇÃO DE QUEROSENE

    Isotérmico a 150ºC

    50 a 250ºC a 8ºC/min


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    • VANTAGENS

    • Boa ferramenta para investigações preliminares

    • Diminuição do tempo de análise

    • Melhor separação para comp. com grandes  em PE

    • Melhora no limite de detecção

    • Melhora na forma dos picos finais

    • Boa ferramenta de limpeza de colunas


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    • DESVANTAGENS

    • Instrumentação mais complicada

    • Aumento do ruído em altas temperaturas

    • Número limitado de FE para escolher

    • Problema de sangramento de colunas

    • Apesar da redução do tempo de análise, é necessário aguardar esfriar a coluna para nova injeção.


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    • INSTRUMENTAL NECESSÁRIO

    • Fase móvel seca

    • Programador de temperatura

    • Três fornos separados (injetor, coluna e detector)

    • Controlador de fluxo

    • Fase estacionária adequada

      • baixa pressão de vapor na faixa de trabalho de T

      • baixa viscosidade na faixa de trabalho de T


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    VARIAÇÃO DA TEMPERATURA COM A PRESSÃO DE VAPOR


    PROGRAMAÇÃO DA TEMPERATURA

    TEORIA DA PTCG

    Exemplo:

    Determinar o aumento de temperatura necessário para reduzir o volume retido de 50%.

    Regra de Trouton:

    Para um PE de 500 K (227ºC):

    É preciso aumentar 30ºC para reduzir o tR de 50%.


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • FASE MÓVEL

    • Usar gases ultrapuros, mín 99,9% e 99,999% para DSM

    • Usar filtros para H2O e HC (principalmente CH4)

    • Usar filtro para O2 para ECD e T alta em colunas capilares

    • Usar He ou H2 para DCT ao invés do N2

    • Usar He ou N2 para DIC

    • Conheça a gráfico de Van Deemter de sua coluna  vótimo


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • INJETOR

    • Tenha certeza que todos os componentes da amostra são voláteis

    • Tenha certeza do caráter ácido/básico da amostra

    • Troque o septo a cada 20 injeções

    • Faça limpeza regular com solventes voláteis / ultrassom

    • Cuidado com T alta para não degradar a amostra

    • Usar liner corretamente


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • COLUNA

    • Compre colunas de fabricantes confiáveis

    • Não tente fazer economia barata

    • Teste sua coluna regularmente contra um padrão

    • Faça a limpeza da coluna regularmente:

      • Deixe durante a noite a coluna passando FM a uma T 30º abaixo da T limite

      • Corte os 5 cm iniciais uma vez por mês


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • COLUNA CAPILAR

    • COMPRIMENTO

      • começar com 25m

  • DIÂMETRO INTERNO

    • começar com 0,25 ou 0,32 mm

  • FASE MÓVEL

    • começar com He ou H2

  • ESPESSURA DO FILME

    • começar entre 0,2 e 0,5 mm


  • COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • DETETOR

    • Usar a FM recomendada pelo fabricante e de boa pureza

    • Usar filtros

    • Mantenha o detetor aquecido mesmo fora de uso para evitar condensação.

    • Manter o detetor coberto quando fora de uso para evitar poeira

    • Evitar corrente de ar em cima dos detectores


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • VAZAMENTOS

    • Não apertar as juntas em excesso

    • Apertar com a mão e em seguida ¼ de volta

    • Não reaproveitar anilhas de grafite

    • Não usar bolhas de sabão para procurar vazamentos

    • Seguir o fluxo da FM desde o cilindro até o detetor


    COMO EVITAR PROBLEMAS ?

    • Verificar regularmente a calibração do medidor de vazão com um medidor de bolhas de sabão

    • Não colocar o medidor de vazão digital na saída dos detetores em funcionamento

    • Não abrir a porta do forno com a coluna em T alta

    • Usar estabilizadores de voltagem de boa qualidade

    • Usar um terra eletrônico

    • Evite usar o microcomputador para outras tarefas durante a aquisição de dados

    • Lavar a seringa com solvente após cada injeção


    ERROS MAIS COMUNS

    ligar a força

    trocar fusível

    ligar detetor

    ajustar amplificador

    ajustar a FM

    conectar o SAD

    aumentar T injetor

    trocar seringa

    força desligada

    fusível queimado

    detetor desligado

    amplificador desligado

    ausência de FM

    SAD não conectado

    T baixa do injetor

    seringa vazando

    ausência de picos


    ERROS MAIS COMUNS

    trocar septo

    trocar/apertar uniões

    checar a chama

    ligar/medir a ddp

    aumentar T coluna

    vazamento no septo

    vazamento na coluna

    chama do DIC apagada

    ddp do detetor desligada

    T baixa da coluna

    ausência de picos


    ERROS MAIS COMUNS

    reduzir atenuação

    aumentar a Vinjeção

    reduzir split

    trocar seringa

    trocar septo

    aumentar a corrente

    usar outro detetor

    muita atenuação

    pouca amostra

    muito split

    vazamento de seringa

    vazamento de septo

    baixa cond. térmica DCT

    baixa resposta DIC

    picos pequenos

    sem alterar tR


    ERROS MAIS COMUNS

    picos pequenos

    com alteração

    de tR

    vazamento de FM

    vazamento no injetor

    eliminar vazamento

    eliminar vazamento


    ERROS MAIS COMUNS

    picos invertidos

    conexões trocadas

    injeção na coluna errada

    MODE na posição errada

    inverter pólos

    injetar corretamente

    verificar MODE


    ERROS MAIS COMUNS

    evitar fluxo de ar

    evitar cond. de ar

    providenciar terra

    abaixar T

    localizar e corrigir

    limpar e rinsar

    verificar e corrigir

    verificar e corrigir

    trocar filamento

    linha base irregular

    em modo

    isotérmico

    localização do CG

    falta de aterramento

    coluna sangrando

    vazamento de FM

    detetor contaminado

    FM com fluxo variando

    H2 ou Ar variando DIC

    filamento defeituoso DCT


    ERROS MAIS COMUNS

    aumento da linha base em modo de programação de temperatura

    coluna contaminada

    sangramento da coluna

    cortar 10 cm

    limpar a noite

    usar menos filme

    abaixar temperatura


    ERROS MAIS COMUNS

    picos na linha base

    mudança da pressão ambiente

    poeira no detetor

    ruídos na eletrônica

    evitar ambientes pressurizados

    não usar salas abertas

    aterrar equipamento

    usar estabilizadores


    ERROS MAIS COMUNS

    ruídos na linha base

    coluna sangrando

    coluna contaminada

    FM de baixa qualidade

    fluxo alto da FM

    fluxo alto do H2 ou Ar

    vazamentos

    falta de aterramento

    injetor sujo

    detetor sujo

    abaixar T

    limpar coluna

    trocar FM ou filtros

    abaixar fluxo

    abaixar fluxo

    localizar e corrigir

    aterrar

    limpar

    limpar


    ERROS MAIS COMUNS

    cauda frontal

    injetar menos amostra

    aumentar o split

    muita amostra


    ERROS MAIS COMUNS

    pico com cauda

    trocar de coluna

    aumentar a T

    aumentar a vazão da FM

    FE muito ativa


    AMOSTRA – requisitos desejáveis

    • Quantidade disponível - mínimo desejável de 2 mL

    • Dividir em 2 ou 3 porções (segurança)

    • Orgânico, inorgânico ou ambos ?

    • Volátil ?

    • Qual o solvente ?

    • Qual o componente principal ?

    • Qual o maior ponto de ebulição ?

    • Possui pressão de vapor elevada ?

    • Degrada com a luz ?

    • Sensível ao calor ?


    AMOSTRA – requisitos desejáveis

    • Qual a polaridade da amostra ?

    • Amostra ácida, alcalina ou neutra ?

    • Amostra oxidante ou redutora ?

    • Qual a composição aproximada ?

    • Quantos componentes ?

    • Qual os teores aproximados ?

    • Existe cromatograma prévio ?

    • Existe método analítico padrão ?

    • Existem padrões disponíveis ?


    FABRICANTES MAIS COMUNS

    VARIAN

    PERKIN ELMER

    SHIMADZU

    AGILENT - HP


    Cromatografia Líquida

    CROMATOGRAFIA LÍQUIDA

    HPLC – High Performance Liquid Chromatography

    CLAE – Cromatografia Líquida de Alto Desempenho

    Fase móvel líquida

    Alta pressão (> 1000 psi)

    Fase estacionária sólida


    Cromatografia Líquida

    CROMATOGRAFIA LÍQUIDA - APLICAÇÕES

    GERAL: separação e análisedemisturas de compostos não voláteis ou termoinsatáveis

    Solúveis

    EXEMPLOS:  química ambiental

     química forense

     petroquímica

     bioquímica

     cosméticos

     fármacos

    % crescente nas técnicas analíticas


    Cromatografia Líquida

    TIPOS DE EQUIPAMENTOS

    Quanto ao tipo de separação

    HPLC: separação e análisedemisturas de compostos não voláteis ou termoinsatáveis.

    GPC (Cromatografia de Permeação em Gel):

    separação de macromoléculas, naturais ou sintéticas.

    Troca Iônica: separação de moléculas com carga

    formal diferente de zero.


    Cromatografia Líquida

    EQUIPAMENTO BÁSICO

    bomba

    coluna

    controle e

    aquisição

    de dados

    injetor

    detetor

    fase

    móvel

    purga

    amostra


    Cromatografia Líquida

    CONSIDERAÇÕES BÁSICAS

    1- Solubilidade: hexano, clorofórmio, metanol, água, outros.

    2- Peso Molecular: CPG pode ser útil na análise ou na preparação da amostra ?

    3- Grupos Funcionais: algum grupo ionizável? Ácido, básico ou neutro?

    4- Matriz: quais quantidades são esperadas?

    5- Detectabilidade: grupos cromóforos ou fluoróforos? Considerar reações redox ou derivatização.

    6- Como as espécies diferem em sua estrutura.


    Cromatografia Líquida

    FABRICANTES MAIS COMUNS

    VARIAN

    PERKIN ELMER

    SHIMADZU

    AGILENT – HP

    WATERS

    LACHROM - MERCK


    Cromatografia Líquida

    VANTAGENS

    • Análise ainda rápida (minutos)

    • Análise eficiente com alta resolução

    • Alta sensibilidade (>100 ppb)

    • Não destrutiva (exceção do DSM)

    • Quantitativa

    • Requer pouca amostra (1-20 mL)

    • Operação relativamente simples

    • Boa relação custo / Benefício

    • Capaz de analisar quase todo tipo de amostra

    • Baixo consumo de energia (temperatura ambiente)

    • Dispensa uso de gases


    Cromatografia Líquida

    DESVANTAGENS

    • Amostra deve ser solúvel

    • Conhecimento prévio da amostra

    • Difícil para amostras complexas

    • Requer uso de padrões

    • Pessoal qualificado

    • Custo do equipamento (acima de R$ 80 mil)

    • Custo operacional médio


    Cromatografia Líquida

    TEORIA BÁSICA - Cromatograma


    Cromatografia Líquida

    TEORIA BÁSICA

    onde:

    KD – coeficiente de partição ou de equilíbrio

    CE – concentração na fase estacionária

    CM – concentração na fase móvel

    KD é proporcional a tr


    Cromatografia Líquida

    TEORIA CLÁSSICA

    • FENÔMENOS ENVOLVIDOS NA SEPARAÇÃO

    • MIGRAÇÃO da FM para a FE

    • ADSORÇÃO FE sólida

    • DIFUSÃO em ambos sentidos (Leis de Fick)

    • quanto maior tR maior o espalhamento

    • HPLC: tempo de análise maior que CG

    • picos mais largos


    Cromatografia Líquida

    TEORIA GERAL

    Fase Normal Fase Estacionária Polar

    Fase Móvel Apolar

    Fase Reversa Fase Estacionária Apolar

    Fase Móvel Polar

    Fase Móvel


    Cromatografia Líquida

    GPC - Cromatografia por Permeação em Gel

    Cromatografia Exclusão em Gel ou de

    separação por tamanho de partícula


    Cromatografia Líquida

    GPC - Cromatografia por Permeação em Gel

    ou Cromatografia por Filtração em Gel


    Cromatografia Líquida

    GPC - Cromatografia por Permeação em Gel

    • Separação de biomoléculas (proteínas e polinucleotídeos)

    • Caracterização de PM de polímeros sintéticos

    • Difusão de moléculas poliméricas nos interstícios capilares de um gel

    • Técnica desenvolvida por Moore em 1964


    Cromatografia Líquida

    Teoria da GPC

    Vtotal = V0 + Vp + Vgel

    V0 = volume morto: V ocupado pela FM externa aos poros

    Vp = V dos poros

    Vgel = V do material que constitui o gel

    VE = V de eluição de uma molécula

    K = coef. de partição: fração de volume de poros disponível

    Depende do tamanho da molécula.

    Varia entre 0 (molécula > poros) e 1 (molécula < poro)

    VE = V0 + K.Vp

    K = (VE – V0)/Vp = CS/CM


    Cromatografia Líquida

    TROCA IÔNICA

    fase móvel

    Moléculas carregadas contrariamente a fase estacionária apresentam um tr MAIOR

    bomba

    coluna

    amostra


    Cromatografia Líquida

    TROCA IÔNICA

    • PROCESSO EM 6 ETAPAS:

    • Condicionamento Prévio: encharcar em água para atingir máximo volume

    • Carga: contato com a solução contendo os íons

    • Eluição: remoção dos íons fixados durante a carga

    • Lavagem: remoção do excesso de reagente da superfície da resina

    • Regeneração: preparação para o próximo ciclo

    • Retrolavagem: eliminação de partículas finas de resinas produzidas durante os ciclos.



    Cromatografia Líquida

    OTIMIZAÇÃO DOS PARÂMETROS OPERACIONAIS

    • Trabalhar a Fase Móvel

    • Corrida programada

    • Troca de coluna

    • Temperatura

    • Vazão


    Cromatografia Líquida

    PARÂMETROS OPERACIONAIS: fase móvel

    Fase móvel - proporção



    PARÂMETROS OPERACIONAIS: temperatura

    • Deve ser considerada em último caso

    • Favorece a transferência de massa

    • Melhora a resolução

    • Diminui o tempo de análise

    • Diminui a viscosidade da fase móvel

    • Pode alterar a seletividade

    • Diminui a pressão de trabalho










    Cromatografia Líquida

    FASE ESTACIONÁRIA

    Fase Normal

    • Sílica de alta superfície

    • Grupamentos polares

    • Fase móvel apolar


    Cromatografia Líquida

    FASE ESTACIONÁRIA

    Fase Reversa

    • Sílica de alta superfície

    • Grupamentos apolares

    • Fase móvel polar




    RESOLUÇÃO X VELOCIDADE

    Pratos Seletividade Retenção

    • L =  N

    • dP =  N

       dP =  N

    Para manter Rs

    L/2  dP/2


    RESOLUÇÃO X VELOCIDADE

    Partículas menores exibem curvas mais planas

    mL/min


    L x dP x EFICIÊNCIA

    Colunas curtas com partículas pequenas

    =

    Colunas longas com partículas grandes


    L x dPx EFICIÊNCIA


    L x dPx EFICIÊNCIA


    L x dPx PRESSÃO

    • P = queda de pressão

    • = viscosidade

      L = comprimento da coluna

      v = velocidade

      dP = diâmetro da partícula

       = parâmetro adimensional


    FASE MÓVEL

    • Pureza

    • Compatibilidade com o detector

    • Solubilidade do analito

    • Baixa viscosidade

    • Inércia química

    • Preço razoável

    • Fase normal: principalmente apolar

    • Fase reversa: água + outro polar (acetonitrila)


    Cromatografia Líquida

    FASE MÓVEL

    Tipos de Eluições:

    • Isocráticas: Composição invariávelda FM

    • Gradiente: Composição variávelda FM

    • Mistas


    Cromatografia Líquida

    TIPOS DE ELUIÇÕES

    Isocráticas

    • Sem mistura de fases

    • Baixo poder de resolução

    • Diminuição de custos (equipamento)

    • Menor gasto de solvente (célula e tubos menores)

    • Analitos dissolvidos no solvente = FM

    • Injeções consecutivas

    • Evita problemas com resposta do detector


    Cromatografia Líquida

    TIPOS DE ELUIÇÕES

    • Gradiente

    • Menor custo (solventes e tempo de análise)

    • Maior resolução

    • Tipo:

      • Binário

      • Ternário

      • Quaternário


    Cromatografia Líquida

    FORÇA DO ELUENTE: FASE ???

    éter de petróleo

    hexano

    tetracloreto de carbono

    benzeno

    clorofórmio

    acetona

    acetato de etila

    etanol

    metanol

    água

    aumento da polaridade

    aumento do poder de eluição

    Resolução X Tempo de análise


    Cromatografia Líquida

    ESCOLHA DO ELUENTE

    • Viscosidade

    • Pressão de vapor

    • Ponto de fulgor

    • Valor limite de toxidez

    • Compressibilidade

    • Índice de refração

    • Corte do UV

    • Custo


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS

    FasesEstacionárias

    HPLC:Colunas recheadas com material finamente granulado (empacotadas) sob alta pressão em equipamentos especiais. Grande superfície de contato Alta Resolução/ Alta Pressão

    GPC: Resinas com cavidades excludentes a macromoléculas

    TROCA IÔNICA: Resinas com grupos funcionais iônicos capaz de interagir com moléculas carregadas


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS

    COMO ESCOLHER UMA COLUNA ?

    1- Perguntar para alguém experiente

    2- Catálogos de fabricantes de colunas

    (método X  coluna Y)

    3-Periódicos especializados

    4- Usar as colunas “ genéricas”

    5- Bibliografia


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS

    • Colunas Guarda

    • Servem para proteção da coluna principal

    • MicroColunas ou Colunas capilares p/ HPLC

    • Alta resolução

    • Equipamentos menores


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS

    • Colunas Preparatórias

    • Servem para separação de amostras.

    • Grandes quantidades 100-500 mL


    Cromatografia Líquida

    COLUNAS CROMATOGRÁFICAS

    • Amostra a ser trabalhada:

    • Separação de micromoléculas ? Macromoléculas ?

    • Polares ? Muito ou Pouco ?


    Cromatografia Líquida

    COMPONENTES – Detetores

    • POSIÇÃO: ao final da coluna cromatográfica

    • FUNÇÃO: medir a concentração do analito

    • Na verdade, detectores são transdutores, gerando um sinal elétrico proporcional à quantidade de moléculas de analito.

    • O sinal elétrico é então enviado a um sistema de coleta de dados que então amplifica, trata e então gera o cromatograma.


    Cromatografia Líquida

    TIPOS DE DETETORES

    Condutividade

    Ultravioleta

    Índice de Refração

    Fluorescência

    Eletroquímico

    Espalhamento de Luz por Evaporação

    Espectrometria de Massas


    Cromatografia Líquida

    DETETOR DE CONDUTIVIDADE

    • Medida da condução elétrica

    • Medida de espécies carregadas eletricamente

    • Cátions, ânions e moléculas com carga

    • Alta sensibilidade

    • Também denominada cromatografia de íons

    • Usado em modo isocrático

    • Severo controle da temperatura

    Waters 432


    Cromatografia Líquida

    DETETOR UV-VIS

    Sens. = 5 ng

    • Baseado na absorção molecular

    • Obedece a Lei de Lambert Beer

    Comprimento de Onda Fixo

    Comprimento de Onda Variável


    Cromatografia Líquida

    DETETOR DE INDICE DE REFRAÇÃO

    • É o único detector universal na CLAE

    • Medida da alteração no índice de refração

    • Procurar FM com IR diferente da amostra (sensibilidade)

    • É um instrumento de medida diferencial

    • Muito útil na identificação de isômeros óticos

    • Sensibilidade: 4mg

    Waters 2414


    Cromatografia Líquida

    DETETOR DE FLUORESCÊNCIA

    • Um dos detectores mais sensíveis

    • Possível detectar uma única molécula na célula de medida

    • 10-1000 vezes mais sensível que UV-VIS

    • Fluorescência: moléculas recebem l curto e emitem l longo

    • Cerca de 15% das moléculas exibem fluorescência: ligações duplas, principalmente os aromáticos

    • Sensibilidade = 3 pg

    Waters 2475


    Cromatografia Líquida

    DETETOR ELETROQUÍMICO

    • Resultante da variação na corrente resultante de um processo de oxidação/redução em um eletrodo.

    • Corrente desenvolvida é proporcional à concentração, de acordo com a Lei de Faraday

    • Requer FM que conduza corrente elétrica

    • Requer cuidadosos ajustes de pH

    • Alta sensibilidade e especificidade

    • Muito útil em matrizes complexas

    • Aplicações: fenol, nitrosaminas, ácidos orgânicos.

    • Sensibilidade = 0,1 pg

    Waters 2465


    Cromatografia Líquida

    DETETOR ESPALHAMENTO DE LUZ POR EVAPORAÇÃO

    • Grupamento não cromóforos

    • Substâncias semi e não voláteis

    • Sinal proporcional a concentração

    • Quase universal

    • Formação de aerossol, com formação de FM gasosa e particulado com analito

    Waters 2420


    Cromatografia Líquida

    DETETOR DE ESPECTROMETRIA DE MASSA

    • Necessidade de volatilizar a FM

    • Equipamento mais vendido atualmente (sensibilidade = 1pg)


    Cromatografia Líquida

    DETETOR DE ESPECTROMETRIA DE MASSA


    Cromatografia Líquida

    SISTEMA DE INJEÇÃO

    Injetando

    Fluxo normal

    seringa

    bomba

    loop

    coluna

    Amostrando


    Cromatografia Líquida

    UPLC

    Ultra High Pressure Liquid Chromatography

    • Diâmetro de coluna < 50 mm

    • Colunas longas: 25 – 50 cm

    • Partículas pequenas: < 1 mm

    • Alta pressão: > 7500 bar

    • Baixa vazão: < 50 nL/min

    • Número de pratos teóricos: N > 100.000


    Extração em Fase Sólida

    EXTRAÇÃO EM FASE SÓLIDA - SPME

    Início em meados dos anos 70

    • O QUE É ?

    • Separação líquido-sólido

    • Técnica de preparação de amostras

    • Adsorção seletiva

    • Remoção de interferentes

    • Retenção de analitos

    • Concentração de analito

    • Precede geralmente uma técnica cromatográfica

    • Alternativa de excelente custo/benefício à extração líquido-líquido


    Extração em Fase Sólida

    SPME - Aplicação

    Separação de Naproxeno de Soro Humano

    DEPOIS DE CARTUCHO C18

    ANTES

    padrão

    interno


    Extração em Fase Sólida

    SPME x Extração Líquido Líquido

    Tempo de espera

    para separação de fases

    Trabalho braçal


    Extração em Fase Sólida

    SPME x Extração Líquido Líquido

    • Processamento paralelo x serial

    • Menor uso de solventes

    • Menor geração de resíduos

    • Recuperação superior e mais reprodutível

    • Extração mais limpa

    • Não há formação de emulsões

    • Seletividade

    • Passível de automação

    • 500 mL na ELL contra 10 mL na SPME

    • 60 min na ELL contra 5 min na SPME


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Aplicações Típicas

    • Limpeza de amostra (cleanup)

      • Detectores sensíveis (DSM)

      • Estudos farmacocinéticos

      • Isolamento de analitos em matrizes complexas

      • Remoção de substância que danificam colunas

      • Eliminação de substâncias que eluem tarde

    • Pré-Concentração

      • Amostras ambientais (analito em matriz inerte)

      • Aplicações farmecêuticas e agroquímica

    • Remoção de sais (CG)

    • Troca de solvente

    • Preservação e armazenagem de amostra


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Diferentes Modos

    • Adsorção do Analito

    • Analito retido (KD >> 1)

    • Matriz não retida (KD ~ 0)

    • Matriz fortemente retida (KD >>1)

    • Pré-concentração

    • Extração mais limpa

    • 50 – 150 mL s-1 (1-3 gotas)

    • Adsorção da Matriz

    • Analito não retido (KD ~ 0)

    • Matriz retida (KD >> 1)

    • Sem pré-concentração

    • Eluato não está limpo

    • Menos empregada

    • Carga por gravidade


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Etapas Principais

    lavagem condicionamento carga lavagem eluição

    remoção de contaminantes

    preparo do cartucho

    MeOH ou CH3CN

    passagem da amostra

    < 2mL/min

    lavagem com solvente que não remova o analito

    eluição do analito com mínimo de solvente



    Extração em Fase Sólida

    SPME – Estrutura do Cartucho


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Formato Típico dos Meios


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Automação


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Automação

    96 cartuchos

    múltiplos filtros e adsorventes


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Automação


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Extração

    centrifugação

    manifold de vácuo

    pressão

    vácuo


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Extratores Automáticos


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Fases Extratoras Mais Comuns

    • Sílica gel (mais popular)

    • Polímeros (resinas PS-DVB, copolímeros etc.)

    • Óxidos metálicos (alumina, titania, zircônia)

    • Carbono grafitizado

    • Florisil (silicato de magnésio)


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Sílica Gel

    pontes de hidrogênio

    ligações siloxano

    grupos silanol isolados

    silica gel

    SiO2 – C18

    C18 monocloro siloxano


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Sílica Gel

    superfície da sílica gel

    A separação ocorre majoritariamente dentro dos poros

    poros


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Exclusão por Tamanho


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Comparação das Aplicações


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Interação

    • Apolar (fase reversa)

    • Alquil (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C10, C12, C18, C20, ciclohexil)

    • Aromático (fenil e difenil)

    • Polimérico (PS-DVB, PS-DVB-C18, XAD, DVB-N-vinilpirrolidona)


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Interação

    • 2. Polar (fase normal)

    • Sílica gel

    • Florisil

    • Kieselguhr

    • Alumina

    • Cianopropil

    • Aminopropil

    • Diol

    • Polimérico (DVB-vinilpirrolidona)


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Interação

    • 3. Troca Aniônica

    • Amino e diamino

    • Amina primária/secundária (quelante)

    • dietilamino etil (DEAE)

    • Amina quaternária

    • Polietilenoimina (PEI)


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Interação

    • 4. Troca Catiônica

    • Tipo ácido alquil sulfônico (SCX)

    • Tipo ácido carboxílico (WCX)

    • Tipo ácido sulfônico aromático (SCX)


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Tipos de Interação

    • 5. Mistos

    • Fases que contêm dois ou mais tipos de grupos funcionais que permitem múltiplas interações químicas objetivando-se seletividade.

    • Ex.:

    • PS-DVB, C18, e vinilpiridina

    • PS-DVB, C18 e grupos ácidos sulfônicos

    • SiO2, C8 e ácido propil sulfônico

    • SiO2, C18 e troca catiônica


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Desenvolvimento de Método

    analito

    Quais são as diferenças entre analito e matriz ?

    Como o analito é adsorvido e dessorvido ?

    MÉTODO

    matriz

    adsorbente

    Como a matriz interage com o adsorvente ?


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Método: Estratégias

    • Pesquisa do Problema

      • Existe condições de análises anteriores para analito/matriz ?

      • Artigos, livros, normas, fabricantes, profissionais experientes

    • Caracterização do Analito

      • Estrutura, pKa, polaridade, grupos funcionais

      • Solubilidade e estabilidade do solvente

      • Restrições do solvente com o detector

    • Caracterização da Matriz

    • - Possíveis interferentes com similaridade química

    • - pH e força iônica

    • - Estabilidade e solubilidade do solvente

    • - Variação quantitativa e qualitativa


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Método: Estratégias

    • 4. Verificação da Eficiência (CLAE ou CG)

      • Eficiência e limpeza

    • 5. Seleção dos Adsorventes

      • Determinação de possíveis adsorventes p/ retenção do analito

      • Determinação do solvente com melhor recuperação

    • Seleção do Solvente de Lavagem

      • Limpeza do eluato e máxima retenção do analito

      • Solvente que não elua o eluato

    • Seleção do Solvente de Eluição

      • Solvente que elua o analito somente

    • Testes com amostras reais


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Recuperação

    Recuperação

    valor ótimo

    baixa

    alta

    Vazão


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Aplicações Ambientais

    HPAs em Águas

    Cartucho:

    AccuBOND, 500 mg, 6 mL

    Preparação da Amostra:

    - 2 mL isopropanol em 20 mL água

    - mistura vigorosa

    Condicionamento:

    - 5 mL cloreto de metileno

    - 5 mL de metanol

    - 5 mL água deionizada

    - 1 mL água deionizada até preencher

    Carga:

    - 24 mL de amostra

    - fluxo < 10 mL/min

    Lavagem:

    - 3 mL acetonitrila 1:1 água

    - vácuo por 30 s

    - centrifugação 1000-1500 rpm por 5 min

    Eluição:

    - 3 mL cloreto de metileno e coletar

    - evaporar a 50-200 mL (sem calor)

    - avolumar a 200 mL


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Desenvolvimento de Método


    Extração em Fase Sólida

    SPME – Seleção do Solvente de Eluição


    Extração em Fase Sólida

    Extração em Fase Sólida

    SPME – Fornecedores

    • 3M – www.3m.com

    • Alttech – www.alltech.com

    • Varian – Chrompack – www.varianinc.com

    • Merck – www.merck.com

    • Hamilton – www.hamiltongroup.com

    • Supelco – www.supelco.com

    • Baker – www.jtbaker.com

    • Restek – www.restekcorp.com

    • Whatman – www.whatman.com


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