Cromatografia gasosa
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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Cromatografia gasosa

Cromatografia Gasosa

Petruccio Tenrio Medeiros


Cromatografia gasosa

ter de

petrleo

mistura de

pigmentos

CaCO3

pigmentos

separados

CROMATOGRAFIA

Histrico

M. TSWEET (1903): Separao de misturas de

pigmentos vegetais em colunas recheadas com

adsorventes slidos e solventes variados.

Cromatografia =

kroma [cor] + graph [escrever]

(grego)


Cromatografia gasosa

CROMATOGRAFIA

Princpio Bsico

Separao de misturas por interao diferencial dos seus

componentes entre uma FASE ESTACIONRIA (lquido ou

slido) e uma FASE MVEL (lquido ou gs).


Cromatografia gasosa

CROMATOGRAFIA

Modalidades e Classificao

Cromatografia

Lquida

FM = Lquido

Cromatografia

Gasosa (CG)

FM = Gs

Cromatografia

Gs-Slido (CGS)

Slida

Em CG a FE

pode ser:

Cromatografia

Gs-Lquido (CGL)

Lquida


Cromatografia gasosa

1940

1950

1960

CROMATOGRAFIA GASOSA

Histrico

CGS rudimentar

CGL proposta (Martin e Synge)

Separao de cidos orgni-cos por CGL: primeiro cro-matgrafo (Martin e James)

Primeiro equipamento comer-cial (Griffin & George)

Detector por Densidade de Gs (Martin e James)

Detector por Ionizao em Chama (McWillian e Dewar)

Detector por Captura de Eletrons (Lovelock e Lipsky)

Colunas Capilares (Golay)

Presentemente:

Vendas de equipamentos e acessrios para CG nos EUA

estimadas em mais de US$ 750.000.000 (1995).


Cromatografia gasosa

CROMATOGRAFIA GASOSA

Aplicabilidade

Quais misturas podem ser separadas por CG ?

(para uma substncia qualquer poder ser

arrastada por um fluxo de um gs ela

deve ser dissolver - pelo menos parcialmente -

nesse gs)

Misturas cujos constituintes sejam

VOLTEIS (=evaporveis)

DE FORMA GERAL:

CG aplicvel para separao e anlise

de misturas cujos constituintes tenham

PONTOS DE EBULIO de at 300oC

e que termicamente estveis.


Cromatografia gasosa

1

6

2

4

5

3

O Cromatgrafo a Gs

1 - Reservatrio de Gs e Controles de Vazo / Presso.

2 - Injetor (Vaporizador) de Amostra.

3 - Coluna Cromatogrfica e Forno da Coluna.

4 - Detector.

5 - Eletrnica de Tratamento (Amplificao) de Sinal.

6 - Registro de Sinal (Registrador ou Computador).

Observao: em vermelho: temperatura controlada


Cromatografia gasosa

oxida / hidroliza algumas FE

incompatveis com DCE

H2O, O2

hidrocarbonetos

rudo no sinal de DIC

INSTRUMENTAO

Gs de Arraste

Fase Mvel em CG: NO interage com a amos-

tra - apenas a carrega atravs da coluna. Assim usualmente referida como GS DE ARRASTE

Requisitos:

INERTE No deve reagir com a amostra, fase estacionria ou superfcies do instrumento.

PURO Deve ser isento de impurezas que possam degradar a fase estacionria.

Impurezas tpicas em gases e seus efeitos:


Cromatografia gasosa

A = 99,995 % (4.5)

B = 99,999 % (5.0)

C = 99,9999 % (6.0)

C

CUSTO

B

A

PUREZA

DCT

He , H2

DIC

N2 , H2

DCE

N2 (SS), Ar + 5% CH4

INSTRUMENTAO

Gs de Arraste

Requisitos:

CUSTO Gases de altssima pureza podem ser muito caros.

COMPATVEL COM DETECTOR Cada detector demanda um gs de arraste especfico para melhor funcionamento.

Seleo de Gases de Arraste em Funo do Detector:


Cromatografia gasosa

Componentes necessrios linha de gs:

controladores de vazo / presso de gs

dispositivos para purificao de gs (traps)

3

6

4

2

1

5

INSTRUMENTAO

Alimentao de Gs de Arraste

1 - Cilindro de Gs

2 - Regulador de Presso Primrio

3 - Traps para eliminar impurezas do gs

4 - Regulador de Presso Secundrio

5 - Regulador de Vazo (Controlador Diferencial de Fluxo)

6 - Medidor de Vazo (Rotmetro)

Nota: Tubos e Conexes: Ao Inox ou Cobre


Cromatografia gasosa

t = 0

t = x

t = 0

t = x

INSTRUMENTAO

Dispositivos de Injeo de Amostra

Os dispositivos para injeo (INJETORES ou VAPORIZADORES) devem prover meios de introduo INSTANTNEA da amostra na coluna cromatogrfica

Injeo instantnea:

Injeo lenta:


Cromatografia gasosa

1

2

3

4

INSTRUMENTAO

Injetor on-column Convencional

1 - Septo (silicone)

2 - Alimentao de gs de arraste)

3 - Bloco metlico aquecido

4 - Ponta da coluna cromatogrfica


Cromatografia gasosa

1

3

2

INSTRUMENTAO

Injeo on-column de lquidos

1 - Ponta da agulha da microseringa introduzida no incio da coluna.

2 - Amostra injetada e vaporizada instantneamente no incio da coluna.

3 - Plug de vapor de amostra forado pelo gs de arraste a fluir pela coluna.


Cromatografia gasosa

Amostras

Lquidas

Amostras

Gasosas

COLUNA

empacotada

= 3,2 mm (1/4)

0,2 L ... 20 L

0,1 ml ... 50 mL

capilar

= 0,25 mm

0,01 L ... 3 L

0,001 ml ... 0,1 mL

INSTRUMENTAO

Parmetros de Injeo

TEMPERATURA DO INJETOR Deve ser sufi-cientemente elevada para que a amostra vapo-rize-se imediatamente, mas sem decomposio

Regra Geral:Tinj = 50oC acima da temperatura de ebulio do componente menos voltil

VOLUME INJETADO Depende do tipo de coluna e do estado fsico da amostra

Slidos: convencionalmente se dissolve em um solvente adequado e injeta-se a soluo


Cromatografia gasosa

Microseringa de 10 L:

agulha (inox 316)

mbolo

corpo (pirex)

Microseringa de 1 L (seo ampliada):

corpo

agulha

guia

mbolo (fio de ao soldado ao guia)

INSTRUMENTAO

Microsseringas para Injeo

LQUIDOSCapacidades tpicas: 1 L, 5 L e 10 L


Cromatografia gasosa

INSTRUMENTAO

Colunas: Definies Bsicas

EMPACOTADA

= 3 a 6 mm

L = 0,5 m a 5 m

Recheada com slido pul-verizado (FE slida ou FE lquida depositada sobre as partculas do recheio)

CAPILAR

= 0,1 a 0,5 mm

L = 5 m a 100 m

Paredes internas recober-tas com um filme fino (fra-o de m) de FE lquida ou slida


Cromatografia gasosa

Estrutura qumica

do analito

p0 = f

Temperatura

da coluna

Temperatura

da

coluna

Presso

de

vapor

Velocidade

de

migrao

INSTRUMENTAO

Temperatura da Coluna

Alm da interao com a FE, o tempo que um analito demora para percorrer a coluna depende de sua PRESSO DE VAPOR (p0).

ANALITO ELUI MAIS RAPIDA-MENTE (MENOR RETENO)


Cromatografia gasosa

INSTRUMENTAO

Temperatura da Coluna

TEMPERATURA DA COLUNA

CONTROLE CONFIVEL DA TEMPERATURA DA COLUNA ESSENCIAL PARA OBTER BOA SEPARAO EM CG


Cromatografia gasosa

INSTRUMENTAO

Forno da Coluna

Caractersticas Desejveis de um Forno:

AMPLA FAIXA DE TEMPERATURA DE USOPelo menos de Tambiente at 400oC. Sistemas criognicos (T < Tambiente) podem ser necessrios em casos especiais.

TEMPERATURA INDEPENDENTE DOS DEMAIS MDULOSNo deve ser afetado pela temperatura do injetor e detector.

TEMPERATURA UNIFORME EM SEU INTERIORSistemas de ventilao interna muito eficientes para manter a temperatura homognea em todo forno.


Cromatografia gasosa

FCIL ACESSO COLUNAA operao de troca de coluna pode ser frequente.

AQUECIMENTO E ESFRIAMENTO RPIDOImportante tanto em anlises de rotina e durante o desenvolvimento de metodologias analticas novas.

TEMPERATURA ESTVEL E REPRODUTVEL

A temperatura deve ser mantida com exatido e preciso de 0,1C.

INSTRUMENTAO

Forno da Coluna

Caractersticas Desejveis de um Forno:

Em cromatgrafos modernos (depois de 1980),

o controle de temperatura do forno totalmente operado por microprocessadores.


Cromatografia gasosa

FCIL ACESSO COLUNAA operao de troca de coluna pode ser frequente.

AQUECIMENTO E ESFRIAMENTO RPIDOImportante tanto em anlises de rotina e durante o desenvolvimento de metodologias analticas novas.

TEMPERATURA ESTVEL E REPRODUTVEL

A temperatura deve ser mantida com exatido e preciso de 0,1C.

INSTRUMENTAO

Forno da Coluna

Caractersticas Desejveis de um Forno:

Em cromatgrafos modernos (depois de 1980),

o controle de temperatura do forno totalmente operado por microprocessadores.


Cromatografia gasosa

TCOL BAIXA:

- Componentes mais volteis so separados

- Componentes menos vol-teis demoram a eluir, saindo como picos mal definidos

TCOL ALTA:

- Componentes mais vol-teis no so separados

- Componentes menos vol-teis eluem mais rapidamente

INSTRUMENTAO

Programao Linear de Temperatura

Misturas complexas (constituintes com volatilidades muito diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:


Cromatografia gasosa

Consegue-se boa separao dos componentes da amostra em menor tempo

TINITemperatura Inicial

TFIM

TFIMTemperatura Final

R

TEMPERATURA

tINITempo Isotrmico Inicial

TINI

tFIMTempo Final do Programa

tFIM

tINI

RVelocidade de Aquecimento

TEMPO

INSTRUMENTAO

Programao Linear de Temperatura

A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separao:

Parmetros de uma programao de temperatura:


Cromatografia gasosa

viscosidade

vazo

INSTRUMENTAO

Programao Linear de Temperatura

Possveis problemas associados PLT:

VARIAES DE VAZO DO GS DE ARRASTEA viscosidade de um gs aumenta com a temperatura.

DERIVA (DRIFT) NA LINHA DE BASEDevido ao aumento de volatilizao de FE lquida


Cromatografia gasosa

INSTRUMENTAO

Detectores

Dispositivos que examinam continuamente o material eluido, gerando sinal quando da pas-sagem de substncias que no o gs de arraste

Grfico Sinal x Tempo = CROMATOGRAMA

Idealmente: cada substncia separada aparece

como um PICO no cromatograma.


Cromatografia gasosa

DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TRMICA (DCT OU TCD)Variao da condutividade trmica do gs de arraste.

DETECTOR POR IONIZAO EM CHAMA (DIC OU FID)ons gerados durante a queima dos eluatos em uma chama de H2 + ar.

DETECTOR POR CAPTURA DE ELTRONS (DCE OU ECD)Supresso de corrente causada pela absoro de eltrons por eluatos altamente eletroflicos.

ANALGICO

Registradores XY

REGISTRO

DE

SINAL

DIGITAL

Integradores

Computadores

INSTRUMENTAO

Detectores

Mais Importantes:


Cromatografia gasosa

tR

tR= tR-tM

SINAL

tM

TEMPO

tR = Tempo de Reteno (tempo decorrido entre a in-jeo e o pice do pico cromatogrfico)

tM = Tempo de Reteno do Composto No-Retido (tempo mnimo para um composto que no interaja com a FE atravesse a coluna)

tR = Tempo de Reteno Ajustado (tempo mdio que as molculas do analito passam sorvidas na FE)

TEORIA BSICA

Tempo de Reteno Ajustado, tR

O parmetro diretamente mensurvel de reteno de um analito o

TEMPO DE RETENO AJUSTADO, tR:


Cromatografia gasosa

vazo do gs de arraste

x

VR = Volume de Reteno (volume de gs de arraste necessrio para eluir um analito)

VM = Volume de Fase Mvel (volume de gs de ar-raste contido na coluna; volume morto)

VR = Volume de Reteno Ajustado (volume de gs de arraste consumido enquanto o analito est sorvido na FE)

Fatores termodinmicos

VR = f

Parmetros dimensionais da coluna

TEORIA BSICA

Volume de Reteno Ajustado, VR

Embora no diretamente mensurvel, o par-metro fundamental de reteno o

VOLUME DE RETENO AJUSTADO, VR:


Cromatografia gasosa

Ocorre um quase-equilbrio en-tre o analito sorvido na FE e dis-solvido no gs de arraste.

KC = Constante de Distribuio

[A]S = concentrao do analito na FE

[A]M = concentrao do analito no gs

[A]S

Afinidade pela FE

MENOR RETENO !!!

[A]M

Volatilidade

TEORIA BSICA

Constante de Distribuio,KC

Coluna cromatogrfica: srie de estgios inde-pendentes onde acontece o equilbrio entre o analito dissolvido na fase estacionria e no gs de arraste:


Cromatografia gasosa

FATOR DE RETENO, k: razo entre as massas de analito contidas na FE (Ws) e gs de arraste (WM)

RAZO DE FASES, b: razo entre volumes de FE e gs de arraste na coluna

O fator de reteno k depen-de da constante termodi-nmica de distribuio KC e da razo de fases b da coluna

TEORIA BSICA

Fator de Reteno,k

Exprimindo o equilbrio em termos da MASSA do analito em cada fase, ao invs da concentrao:


Cromatografia gasosa

L = comprimento da coluna

rC = raio

da coluna

df = espessura do filme de FE

rC >> df

Valores de b para colunas capilares de dimenses tpicas:

Empacotadas:

5 < b < 50

TEORIA BSICA

Razo de Fases,b

Depende das DIMENSES da coluna:


Cromatografia gasosa

Outra combinao possvel:

possvel estimar tanto o fator de reteno quanto a constante de distribuio a partir do cromatograma

TEORIA BSICA

Relaes entre VR, KC eb

VR pode ser definido em funo de KC e b:

VR depende diretamente da constante de dis-tribuio do soluto entre a FE e o gs de arraste e das dimenses da coluna.


Cromatografia gasosa

A migrao um analito pela coluna provoca inevitavelmente o alargamento da sua banda:

TEMPO

Picos mais largos e menos intensos = menor detectabilidade

Separao deficiente de analitos com retenes prximas.

TEORIA BSICA

Eficincia de Sistemas Cromatogrficos

Efeitos do alargamento excessivo de picos:

EFICINCIA Capacidade de eluio com o mnimo de disperso do analito.


Cromatografia gasosa

Cada estgio de equilbrio chamado dePRATO TERICO

O nmero de pratos te-ricos de uma coluna (N) pode ser calculado por:

tR

Coluna mais eficiente

N

wb

TEORIA BSICA

Quantificao da Eficincia

Supondo a coluna cromatogrfica como uma srie de estgios separados onde ocorre o equilbrio entre o analito, a FE e o gs de arraste:


Cromatografia gasosa

(L = comprimento da coluna)

Capilares, L = 30 m

Empacotadas, L = 2 m

TEORIA BSICA

Quantificao da Eficincia

ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TERI-CO (H) Tamanho de cada estgio de equilbrio

Valores tpicos de H e N:

Valores de H para colunas capilares e empacotadas so prximos, mas como L para capilares MUITO maior tipicamente elas so mais eficientes


Cromatografia gasosa

A altura equivalente a um prato torico funo da velocidade linear mdia do gs de arraste u:

O valor de H pode ser minimizado otimizando-se a vazo de gs de arraste

H

HMIN

uMAX

u

Relaes algbricas entre H e u:

(A, B, C = constantes)

(B, CM, CS = constantes)

TEORIA BSICA

Otimizao da Eficincia

- Colunas Empacotadas: Equao de van Deemter

- Colunas Capilares: Equao de Golay


Cromatografia gasosa

FE

lquida

SUPORTE

Slido inerte poroso

Tubo capilar de material inerte

Entrecruzada: as cadeias polimricas so quimicamente ligadas entre si

Quimicamente ligadas: as cadeias polimricas so presas ao suporte por ligaes qumicas

FASES ESTACIONRIAS

Conceitos Gerais

LQUIDOSDepositados sobre a superfcie de: s-lidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou de tubos finos de materiais inertes (colunas capilares)

Para minimizar a perda de FE lquida por volatilizao, normalmente ela :

SLIDOSColunas recheadas com material finamente granulado (empacotadas) ou depositado sobre a superfcie interna do tubo (capilar)


Cromatografia gasosa

SELETIVADeve interagir diferencialmente com os componentes da amostra.

FE Seletiva: separao adequada dos constituintes da amostra

FE pouco Seletiva: m resoluo mesmo com coluna de boa eficincia

FASES ESTACIONRIAS

Caractersticas de uma FE ideal

Regra geral: a FE deve ter caractersticas tanto quanto possvel prximas das dos solutos a serem separados (polar, apolar, aromtico ...)


Cromatografia gasosa

AMPLA FAIXA DE TEMPERATURAS DE USOMaior flexibilidade na otimizao da separao.

BOA ESTABILIDADE QUMICA E TRMICAMaior durabilidade da coluna, no reage com componentes da amostra

POUCO VISCOSAColunas mais eficientes (menor resistncia transferncia do analito entre fases)

DISPONVEL EM ELEVADO GRAU DE PUREZAColunas reprodutveis; ausncia de picos fantasma nos cromatogramas.

FASES ESTACIONRIAS

Caractersticas de uma FE ideal


Cromatografia gasosa

Slidos com grandes reas superficiais (partculas finas, poros)

Solutos polares

ADSORO

Slidos com grande nmero de stios ativos (hidroxilas, pares de eletrons...)

FASES ESTACIONRIAS

FE Slidas: Adsoro

O fenmemo fsico-qumico responsvel pela interao analito + FE slida aADSORO

A adsoro ocorre na interface entre o gs de arraste e a FE slida


Cromatografia gasosa

- Slidos finamente granulados (dimetros de par-

tculas tpicos de 105 m a 420 m).

- Grandes reas superficiais (at 102 m2/g).

- Separao de gases fixos

- Compostos leves

- Sries homlogas

Principais Aplicaes:

FASES ESTACIONRIAS

FE Slidas

Caractersticas Gerais:

Mais usados:

Polmeros Porosos Porapak (copolmero estireno-divi-nilbenzeno), Tenax (polixido de difenileno)

Slidos Inorgnicos Carboplot, Carboxen (carves ativos grafitizados), Alumina, Peneira Molecular (argila microporosa)

GASES DE REFINARIA

Coluna:Carboxen-1000 60-80

mesh; 15 x 1/8

TCOL: 35oC a 225oC / 20oC. min-1

Gs de Arraste: He @ 30 ml.min-1

Detector: TCD


Cromatografia gasosa

POLIGLICISMuito polares; sensveis a umidade e oxidao; ainda muito importantes. Principal: Polietilenoglicol (nomes comerciais: Carbowax, DB-Wax, Supelcowax, HP-Wax, etc.)

Estrutura Qumica:

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

AMINAS ALIFTICAS

Coluna:4 % Carbowax 20M s/ Carbopack B + 0,8% KOH

TCOL: 200oC (isotrmico) Gs de Arraste: N2 @ 20 mL.min-1

Detector: FID Amostra: 0,01 mL da mistura de aminas


Cromatografia gasosa

PARAFINASApolares; alta inrcia qumica; praticamente abandonadas. Principais: esqua-lano (C30H62), Apiezon (graxas para vcuo).

POLISTERESsteres de dilcoois com di-cidos. Polares; altamente sensveis a umidade e oxidao; uso em declnio. Principais: DEGS, EGA, EGS.

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

Maior parte das aplicaes em CG moderna

Quatro grandes grupos estruturais:

STERES METLICOS DE CIDOS GRAXOS

Coluna:5%DEGS-PS s/ Supel-coport 100/120 mesh; 6 x 1/8

TCOL: 200oC (isotrmico)

Gs de Arraste: N2 @ 20 ml.min-1

Detector: FID

Amostra: 0,5 mL de soluo em clorofrmio contendo 0,5 mg de cada ster


Cromatografia gasosa

Filmes espessos de FE lquida

Grande superfcie lquida exposta ao gs de arraste

ABSORO

Interao forte entre a FE lquida e o analito (grande solubilidade)

FASES ESTACIONRIAS

FE Lquidas: Absoro

O fenmemo fsico-qumico responsvel pela interao analito + FE lquida aABSORO

A absoro ocorre no interior do filme de FE lquida (fenmeno INTRAfacial)


Cromatografia gasosa

SILICONES (polisiloxanas)As FE mais em-pregadas em CG. Cobrem ampla faixa de pola-ridades e propriedades qumicas diversas.

R1, R2 = qualquer

radical orgnico

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

- Ligao Si-O extremamente estvel = elevada estabilidade trmica e qumica das FE.

- Silicones so fabricados em larga escala para diversas aplicaes = minimizao de custo do produto + tecnologia de produo e purificao largamente estudada e conhecida.

- Praticamente qualquer radical orgnico ou inorgnico pode ser ligado cadeia polimrica = FE ajustveis a separaes especficas + facilidade de imobilizao por entrecruzamento e ligao qumica a suportes


Cromatografia gasosa

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por substituio de -CH3 por radicais orgnicos, em ordem crescente aproximada de polaridade:

Diferenas entre FE de composio similar provenientes de fornecedores diferentes: pureza, viscosidade.


Cromatografia gasosa

Gs de Arraste: He @ 35 cm.min-1

Detector: FID

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

Separao de pesticidas - FE = 100 % PDMS

1 - TCNB

2 - Dichloram

3 - Lindano

4 - PCNB

5 - Pentacloroanilina

6 - Ronilano

7 - Antor

8 - pp-DDE

9 - Rovral

10 - Cypermetrin

11 - Decametrin

17 min

Coluna: CP-Sil 5 (25 m x 0,32 mm x 0,12 mm)

TCOL:195oC (6,5 min) / 195oC a 275oC (10oC.min-1)

Amostra: 2mL de soluo dos pesticidas on-column


Cromatografia gasosa

1 - piridina

2 - 2-metilpiridina

3 - 2,6-dimetilpiridina

4 - 2-etilpiridina

5 - 3-metilpiridina

6 - 4-metilpiridina

3 min

Detector: FID

Gs de Arraste: N2 @ 16 cm.min-1

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

Separao de piridinas - FE = 100 % CNpropilsilicone

Coluna: CP-Sil 43CB (10 m x 0,10 mm x 0,2 mm)

TCOL:110oC (isotrmico)

Amostra: 0,1mL de soluo 1-2% das piridinas em 3-metilpiridina


Cromatografia gasosa

50% Ph

50% Me

5% Ph

95% Me

FASES ESTACIONRIAS

Famlias de FE Lquidas

Separao de fenis - FE = fenilmetilsilicones


Cromatografia gasosa

PRODUTOS BIOLGICOSDistino entre pro-dutos de origem sinttica e natural (natural = normal-mente substncias oticamente puras; sinttico = mui-tas vezes so misturas racmicas).

FRMACOSEm muitos frmacos apenas um dos ismeros ticos tm atividade farmacolgica.

Propriedades fsico-qumicas de ismeros ticos so MUITO SIMILARES

FE convencionais no interagem diferencialmente com ismeros ticos

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais

Separao de ismeros ticos:

Separao de misturas de ismeros ticos s possvel com FE oticamente ativas

=

FE Quirais


Cromatografia gasosa

Organometlicos:

Separao de enantimeros formadores de complexos.

/ 2

Chiralsil-Metal

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais

FE oticamente ativas mais importantes:

Derivados de aminocidos:

Misturas de compostos formadores de pontes de hidrognio.

Chiralsil-Val


Cromatografia gasosa

b-ciclodextrina: oligosacardeo cclico quiral

Chiralsil-Dex

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais

Derivados de ciclodextrinas alquiladas:

- Introduzidas em 1983

- Quando ligadas a cadeias de polisiloxano: uso extremamente favorvel como FE lquida (viscosidade baixa, estabilidade ...)

- Podem ser quimicamente imobilizadas nas colunas

- Colunas disponveis comercialmente


Cromatografia gasosa

1- (+/-) a-pineno

2- sabineno

3- (+/-) b-pineno

4- (+/-) limoneno

Gs de Arraste: H2 @ 80 cm.min-1

Detector: FID

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais: Aplicaes

leo essencial artificial de limo: separao de terpenos primrios

Coluna: Rt-DEXsm (30 m x 0.32 mm x 0.25 m)

TCOL:1 min a 40C / 2C min-1 / 3 min a 200C


Cromatografia gasosa

leo essencial natural

Essncia artificial

Gs de Arraste: He @ 80 cm.min-1

Detector: MS

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais: Aplicaes

Aroma de bergamota: distino entre aroma natural e artificial

Coluna: Rt-DEXse (30 m x 0.32 mm x 0.25 m)

TCOL:1 min a 40C / 4C min-1 / 200C


Cromatografia gasosa

Gs de Arraste: He @ 25 cm.min-1

Detector: MS

FASES ESTACIONRIAS

FE Quirais: Aplicaes

Anfetaminas: resoluo dos ismeros

Coluna: Rt-DEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 m)

TCOL:1 min a 120C / 1,5C min-1 / 3 min A 175C


Cromatografia gasosa

ao inox

MATERIAL

DO

TUBO

= 3 mm a 6 mm

vidro pirex

nquel

L = 0,5 m a 5 m

TEFLON

dp

MESH

177 - 250 mm

60 - 80 mesh

Granulometria

do

recheio

149 - 177 mm

80 - 100 mesh

125 - 149 mm

100 - 120 mesh

- Diminuio de dC

Limitados pela resistncia passagem de gs de arraste

- Diminuio de dp

- Recheio regular

COLUNAS EMPACOTADAS

Definies Bsicas

Tubo de material inerte recheado com FE slida gra-nulada ou FE lquida depositada sobre suporte slido.

Eficincia maximizada com:


Cromatografia gasosa

rea superficial entre 0,5 e 10 m2.g-1

A FE lquida deve ser disposta sobre um SUPORTEslido

microporos regulares (~ 1 mm)

NO interagir com a amostra

boa resistncia mecnica

Esqueletos fsseis (SiO2 + xidos metlicos) de algas microscpicas

Chromosorb

Anachrom

Supelcoport

...

COLUNAS EMPACOTADAS

FE Lquidas: Suporte

Uso quase universal:TERRA DIATOMCEA

secagem

calcinao

fuso com soda

lavagem com cido

silanizao


Cromatografia gasosa

Chromosorb PRseo, muito ativo.

Chromosorb WBranco, mais inerte que o P.

Ordem crescente

de inrcia

Chromosorb GSimilar ao W, maior resistncia mecnica

Tratamentos especiais:

AWLavado com cido, para remoo de metais

NAWSem lavagem com cido

HPouDMCSouHDMSSilanizados (menor adsoro)

COLUNAS EMPACOTADAS

FE Lquidas: Suporte

Chromosorb - caractersticas gerais


Cromatografia gasosa

Maior eficincia (d f = N)

Menor sangria da FE com temperatura programada

Separaes rpidas e em temperaturas menores

% FE

Maiores volumes de amostra

Melhor blindagem dos stios adsortivos do suporte

Melhor reprodutibilidade no preparo do recheio

COLUNAS EMPACOTADAS

FE Lquidas: Carga de FE

df = f (% FE no recheio)

TIPICAMENTE % FE = 1 % a 30 % do recheio


Cromatografia gasosa

slica fundida

= 0,1 mm

a 0,5 mm

MATERIAL

DO

TUBO

vidro pirex

ao inox

L = 5 m

a 100 m

Nylon

Silcosteel

L = N Colunas mais eficientes

FC = 1 ... 10 mL.min-1Controle de vazo mais difcil

CAPILARES

ViDispositivos especiais de injeo

COLUNAS CAPILARES

Definies Bsicas

Tubo fino de material inerte com FE lquida ou slida depositada sobre as paredes internas.

Colunas de slica so revestidas externamente com camada de polmero (poliimida) para aumentar resistncia mecnica e qumica

Colunas Capilares x Empacotadas:

Famlias de Colunas Capilares :

WCOT(Wall coated open tube) FE liquida deposida (ligada // entrecruzada) sobre as paredes internas.

PLOT(Porous layer open tube) Camada de FE slida presa s paredes internas

SCOT(Support coated open tube) Predes internas revestidas com material de recheio similar ao das colunas empacotadas


Cromatografia gasosa

Valores comuns:

0,25 mm

0,10 mm

0,53 mm

0,32 mm

1

3

2

Colunas de altssima eficincia (amostras complexas, Fast GC); capacidade volumtrica limitada de processamento de amostra

1

Dimetros mais comuns; capacidade volumtrica limitada de amostra requer dispositivos especiais de injeo

2

Colunas megabore: menor eficincia, mas maior capacidade de processamento permite uso de injetores convencionais

3

COLUNAS CAPILARES

Dimetro Interno

dC = Eficincia


Cromatografia gasosa

Gs de Arraste: He @ 90 ml.min-1

Detector: FID

COLUNAS CAPILARES

Fast GC: Colunas Capilares Finas

Alm de colunas finas: necessrio controle acurado de vazo (controle eletrnico de presso) e altas velocidades de aquecimento da coluna.

Destilao simulada de leo diesel:

Coluna: HP-1 (1 m x 0.10 mm x 0.40 m)

TCOL:35C / 40C min-1 / 0,75 min A 310C


Cromatografia gasosa

Baixa capacidade de processamento de amostra (sub-microlitro)

Injeo direta com microseringa muito difcil !!!

1

2

1 - Septo;

2 - Entrada de gs de arraste;

3 - Liner (misturador);

4 - Coluna Capilar

5 - Purga de gs de arraste;

6 - Vlvula de controle de purga.

3

5

4

6

COLUNAS CAPILARES

Colunas Capilares: Injeo

Injetores com diviso (splitters) Sistema pneumtico despreza frao da amostra injetada

- Menor sensibilidade (boa parte da amostra desprezada)

- Diviso da amostra raramente uniforme (frao purgada dos constituintes menos volteis sempre menor)

- Ajuste da razo de diviso mais uma fonte de erros


Cromatografia gasosa

COLUNAS CAPILARES

Large Volume Injection (LVI)

Combinando injetores com temperatura programada, vl-vulas controladas por microprocessador e pr-colunas pode ser feita injeo de grandes volumes (> 100 m L) de amostra

1Colunas e injetor frios; vlvula de purga aberta (solvente eliminado)

2Colunas e injetor aquecidos; vlvula de purga fechada (constituintes de interesse transferidos para coluna analtica)


Cromatografia gasosa

Gs de Arraste: He @ 2 ml.min-1

Detector: FID

COLUNAS CAPILARES

Large Volume Injection (LVI)

Separao de PAH com LVI (Vinj = 25 mL, soluo 400 ppb em CH2Cl2)

Coluna: HP-5 (30 m x 0.25 mm x 0.25 m)

TCOL: 5 min a 50C / 20C min-1 / 2 min A 320C


Cromatografia gasosa

Feixes paralelos de colunas capilares com dC convencional

Separao de explosivos em coluna multicapilar (OV-17, 1000 capilares x 6 m)

1 - 2,6-DNT

2 - 2,4-DNT

3 - 2,4,6-TNT

4 - 3,4,5-TNT

5 - 2,3,4-TNT

6 - RDX ?

7 - tetryl

COLUNAS CAPILARES

Colunas Multicapilares

- Eficincia prxima das colunas convencionais

- Capacidade similar das colunas empacotadas

- Colunas mais curtas: anlises mais rpidas


Cromatografia gasosa

DETECTORES

Definies Gerais

Dispositivos que geram um sinal eltrico proporcional quantidade eluida de um analito

~ 60 detectores j usados em CG

~ 15 equipam cromatgrafos comerciais

4 respondem pela maior parte das aplicaes

DCTTCD

Detector por

Condutividade

Trmica

DICFID

Detector por

Ionizao em

Chama

DCEECD

Detector por

Captura de

Eletrons

EMMS

Detector Es-pectromtrico de Massas


Cromatografia gasosa

S

= 3

N

SINAL (S)

RUDO (N)

Contaminantes nos gases

Fontes

de

Rudo

Impurezas acumuladas no detector

Aterramento eltrico deficiente

DETECTORES

Parmetros Bsicos de Desempenho

QUANTIDADE MNIMA DETECTVELMassa de um analito que gera um pico com altura igual a trs vezes o nvel de rudo

RUDOQualquer componente do sinal gerado pelo detector que no se origina da amostra


Cromatografia gasosa

wb

Detector (sinal gerado, rudo)

QMD = f

Largura do pico cromatogrfico

Definindo limite de deteco como:

[QMD] =

massa

(ng, pg ...)

[LD] =

massa / tempo

(ng.s-1, pg.s-1 ...)

DETECTORES

Parmetros Bsicos de Desempenho

LIMITE DE DETEOQuantidade de analito que gera um pico com S/N = 3 e wb = 1 unidade de tempo

Mesmo detector, nvel de rudo e massa de analito MAS diferentes larguras de base:

LD independente da eficincia do sistema cromatogrfico !


Cromatografia gasosa

t

Constante de Tempo, t : tempo necessrio para o sinal chegar a 63,2 % FSD (full scale deflection = fundo de escala) aps a entrada de amostra

SINAL

63,2% FSD

TEMPO

t Rmedido > t R real

w medida > w real

t >> w0.5

Deformao no pico (cauda)

Diminuio do rudo (damping)

DETECTORES

Parmetros Bsicos de Desempenho

VELOCIDADE DE RESPOSTATempo decorrido entre a entrada do analito na cela do detector e a gerao do sinal eltrico.

A constante de tempo do sistema (detector + dispositivos de registro de sinal) igual ou menor a 10% da largura a meia altura (w0.5) do pico mais estreito do cromatograma


Cromatografia gasosa

Fator de Resposta, S: inclinao da reta rea do pico x Massa do analito

REA

MASSA

o mesmo incremento de massa causa um maior incremento de rea

S

Sensibilidade

A = rea do pico cromatogrfico

m = massa do analito

DETECTORES

Parmetros Bsicos de Desempenho

SENSIBILIDADERelao entre o incremento de rea do pico e o incremento de massa do analito

Na ausncia de erros determinados:


Cromatografia gasosa

A partir de certo ponto o sinal no aumenta mais linearmente

REA

MASSA

1,05 S

REA / MASSA

0,95 S

MASSA

DETECTORES

Parmetros Bsicos de Desempenho

FAIXA LINEAR DINMICAIntervalo de massas dentro do qual a resposta do detector linear

O fim da zona de linearidade pode ser detectado quando a razo (rea / Massa) diverge em mais de 5 % da inclinao da reta na regio linear:


Cromatografia gasosa

DETECTORES

Classificao

UNIVERSAIS:

Geram sinal para qualquer

substncia eluida.

SELETIVOS:

Detectam apenas substncias

com determinada propriedade

fsico-qumica.

ESPECFICOS:

Detectam substncias que

possuam determinado elemento

ou grupo funcional em suas

estruturas


Cromatografia gasosa

A taxa de transferncia de calor entre um corpo quente e um corpo frio depende da condutividade trmica do gs no espao que separa os corpos

Cela de Deteco do DCT:

i

1 Bloco metlico (ao)

2 Entrada de gs de arraste

3 Sada de gs de arraste

4 Filamento metlico (liga W-Re) aquecido

5 Alimentao de corrente eltrica para aquecimento do filamento

5

3

Se a condutividade trmica do gs diminui, a quantidade de calor transferido tambm diminui - o corpo quente se aquece.

4

2

1

DETECTORES

Detector por Condutividade Trmica

PRINCPIOVariao na condutividade trmica do gs quando da eluio de um analito.


Cromatografia gasosa

CELAS DA AMOSTRA

CELAS DA

AMOSTRA

CELAS DE REFERNCIA

CORTE SUPERIOR

CORTE LATERAL

CELAS DE REFERNCIA

Resistncia eltrica dos filamentos nas celas de amostra aumenta

Filamentos nas celas de amostra se aquecem

Diferena de resistncia eltrica entre os filamentos de amostra e referncia

Resistncia eltrica dos filamentos nas celas de referncia fica constante

Filamentos nas celas de referncia no se aquecem

DETECTORES

Detector por Condutividade Trmica

Configurao tradicional do DCT: bloco metlico com quatro celas interligadas em par - por duas passa o efluente da coluna e por duas, gs de arraste puro:

Quando da eluio de um composto com condutividade trmica menor que a do gs de arraste puro:


Cromatografia gasosa

VFonte de CC / Bateria (18 V a 36 V, tpico)

FAjuste da corrente nos filamentos

IMedida da corrente nos filamentos (100 mA - 200 mA, tpico)

B1 B2Balanceamento / ajuste de zero

R1 R2Filamentos das celas de referncia

A1 A2Filamentos das celas de amostra

DETECTORES

Detector por Condutividade Trmica

Os filamentos do DCT so montados numa ponte de Wheatstone que transforma a diferena de resistncia quando da eluio de amostra numa diferena de voltagem:


Cromatografia gasosa

Fc = 0

VARIAO DA VAZO DE GS DE ARRASTE DURANTE A ELUIO

VAZO DE GS DE ARRASTE CONSTANTE DURANTE A ELUIO

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCT

SELETIVIDADEObserva-se sinal para qualquer subs-tncia eluida diferente do gs de arraste = UNIVERSAL

SENSIBILIDADE / LINEARIDADEDependendo da configurao particular e do analito: QMD = 0,4 ng a 1 ng com linearidade de 104 (ng - dezenas de mg)

VAZO DE GS DE ARRASTEO sinal proporcional concentrao do analito no gs de arraste que passa pela cela de amostra.

Com DCT, a rea dos picos cromatogrficos MUITO dependente da vazo do gs de arraste !!!


Cromatografia gasosa

Como:

(M = massa molecular)

outro gs

He ou H2

2

1

1

2

Usando He ou H2 como gs de arraste, Dl maximizado: MAIOR RESPOSTA

1

Com outros gases, eventualmente

lX > lA: PICOS NEGATIVOS

2

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCT

NATUREZA DO GS DE ARRASTEQuanto maior a diferena Dl entre a condutividade trmica do gs de arraste puro, lA, e do analito, lX, maior a resposta.

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

Gs de arraste com DCT:He ou H2


Cromatografia gasosa

Dl

lX

Os fatores de resposta dependem da condutividade trmica do analito

Quantidades iguais de substncias diferentes geram picos cromatogrficos com reas diferentes !!!

CHCl3

Mistura de quantidades equimolares de:

C2H5OH

C2H6

Etano l = 17,5

Clorofrmio l = 6,0

Etanol l = 12,7

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCT

FATORES DE RESPOSTAQuanto menor a condutividade trmica do analito, maior o sinal.


Cromatografia gasosa

Temperatura do filamento, TF: entre 300oC e 350oC. funo da corrente de alimentao dos filamentos, i.

i

TF

Sinal

Limitaes:

- Correntes excessivas podem fundir o filamento ( tpicos do filamento = 20 mm)

- Diminuio do tempo de vida til dos filamentos (oxidao por traos de O2 no gs de arraste)

Temperatura do bloco, TB: mantida to baixa quanto possvel

Sinal

TB

Limitao:

- Temperaturas excessivamente baixas podem provocar a condensao de analitos nas celas (erros analticos, danos aos filamentos)

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCT

TEMPERATURAS DE OPERAOQuanto maior a diferena entre a temperatura dos filamentos e do bloco metlico maior a resposta.


Cromatografia gasosa

Separao de Gases Fixos e Hidrocarbonetos:

Coluna: CP Sil 5CB

(50 m x 0.32 mm x 5 m)

Gs de Arraste: He @ 3 ml.min-1

TCOL: 40C

Detector: DCT

1 N22 CH4

3 CO24 n-C2

5 NH36 n-C3

7 i-C48 n-C4

DETECTORES

DCT: Aplicaes

1Separao e quantificao de compostos que no geram sinal em outros detectores (gases nobres, gases fixos)

2Por ser um detector no-destrutivo, pode ser usado em CG preparativa ou deteco sequencial com dois detectores em tandem


Cromatografia gasosa

O efluente da coluna misturado com H2 e O2 e queimado. Como numa chama de H2 + O2 no existem ons, ela no conduz corrente eltrica.

Quando um composto orgnico elui, ele tambm queimado. Como na sua queima so formados ons, a chama passa a conduzir corrente eltrica

DETECTORES

Detector por Ionizao em Chama

PRINCPIOFormao de ons quando um composto queimado em uma chama de hidrognio e oxignio


Cromatografia gasosa

COLETOR

AR

FLAME TIP

H2

BLOCO

COLUNA

DETECTORES

Detector por Ionizao em Chama

Uma diferena de potencial eltrico aplicada entre o flame tip e o coletor - quando se formam ons na chama, flue uma corrente eltrica:

O ar e o H2 difundem para o interior do coletor, onde se misturam ao efluente da coluna e queimam:


Cromatografia gasosa

Incandescncia

Estrutura da chama

trs regies bsicas

Reao

Quebra

CH + O CHO+ + e-

Queima de substncias com ligaes C-H

1 on formado a cada ~105 tomos de C queimados

Formam-se apenas radicais !!!

Queima de H2

DETECTORES

Detector por Ionizao em Chama

Qumica da Chama de Hidrognio:

Regio de quebra Mistura dos gases, pr-aquecimento, incio da quebra das molculas de H2, O2 e dos analitos.

Zona de reao Reaes exotrmicas com produo e/ou consumo de radicais H, O, OH, HO2 (provenientes do H2), CH e C2 (proveniente do analito) e ons CHO+ (analito).

Zona de incandescncia Emisso de luz por decaimento de espcies excitadas: OH (luz UV), CH e C2 (visvel).


Cromatografia gasosa

Gases nobres

NH3, NxOy

H2, O2, N2

SiX4 (X = halognio)

CO, CO2, CS2

H2O

CCl4, peralogenados

HCOOH, HCHO *

CH4

DIC

CO2

O2

N2

DCT

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DIC

SELETIVIDADESeletivo para substncias que contm ligaes C-H em sua estrutura qumica.

(como virtualmente todas as substncias analizveis por CG so orgnicas, na prtica o DIC UNIVERSAL)

Compostos que NO produzem resposta no DIC:

SENSIBILIDADE / LINEARIDADEQMD tpicas = 10 pg a 100 pg com linearidade entre 107 e 108 (pg a mg)


Cromatografia gasosa

Grficos Sinal x Vazo de Gases tpicos:

AR

H2

SINAL

150

300

450

600

15

30

45

60

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DIC

VAZES DE GASESAlm do gs de arraste, as vazes de alimentao de ar (comburente) e hidrognio (combustvel) devem ser otimizadas.

O sinal se mantm aproximadamente constante em uma larga faixa de vazes de ar e H2

VARIAES NAS VAZES DE AR E H2 AFETAM APENAS MARGINALMENTE O SINAL = MAIORES REPRODUTIBILIDADE E REPETIBILIDADE


Cromatografia gasosa

2

3

Diagrama eletrnico simplificado de um DIC

1

4

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DIC

TEMPERATURA DE OPERAOO efeito da temperatura sobre o sinal do DIC negligencivel.

TRATAMENTO DE SINALPor causa da baixa magnitude da corrente eltrica gerada (pA a nA) ela deve ser amplificada para poder ser registrada.

1Flame tip / Chama / Coletor

2Bateria ou Fonte de CCVoltagens de operao normais de 200 V a 300 V (no varivel - valor depende da geometria especfica do detector).

3Amplificador EletromtricoDeve amplificar o sinal e converter uma corrente varivel em uma voltagem varivel (pA mV).

4Sada de Registro de Sinal


Cromatografia gasosa

(X = Contribuio de cada tomo ao NEC)

Mistura com quantidades equimolares de:

C2H6 NEC = 2,00

C2H5OH NEC = 1,40

CH3CHO NEC = 1,00

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DIC

FATORES DE RESPOSTAO fator de resposta de um determinado composto aproximadamente proporcional ao nmero tomos de carbono. Presena de heteroelementos diminui o fator de resposta.

Nmero Efetivo de Carbonos (NEC)Prev com ~20% de aproximao o fator de resposta de um composto.


Cromatografia gasosa

Prola de sal de metal alcalino:

RbCl (normal), KCl

Seletividade S para fosforados ou nitrogenados: 10.000 x - 100.000 x em relao a hidrocarbonetos similares

DETECTORES

Detector de Nitrognio - Fsforo

Modificao do DIC altamente seletiva para compostos orgnicos nitrogenados e fosforados

QMD = 0,4 pg a 10 pg (N) e 0,1 a 1 pg (P)

Pesticidas Triaznicos usando DNP:

1Desetilatrazina

2Desisopropilatrazina

3Atraton

4Atrazina

5Trietazina

6 Secbumeton

7Sebutilazina

8Simetrin

9Dipropretrina

10Dimetametrina

11Metroprotrina

(100 pg cada)


Cromatografia gasosa

Um fluxo contnuo de eletrons lentos estabelecido entre um ando (fonte radioativa b -emissora) e um catodo.

Na passagem de uma substncia eletroflica alguns eletrons so absorvidos, resultando uma supresso de corrente eltrica.

DETECTORES

Detector por Captura de Eletrons

PRINCPIOSupresso de um fluxo de eletrons lentos (termais) causada pela sua absoro por espcies eletroflicas


Cromatografia gasosa

1

2

3

4

5

2Sada de gases

3Catodo

4Cavidade

5Coluna cromatogrfica

DETECTORES

Detector por Captura de Eletrons

1Ando (fonte radioativa b - emissora)


Cromatografia gasosa

1Gerao de eletrons lentos pela interao entre a ra-

diao b, molculas do gs de arraste G e molcu-

las de bloqueador (quencher) Q

b - + G G ++ e - + e* energia

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

2Eletrons lentos so capturados pela espcie eletro-

flica AB

AB + e - AB - + energia

O decrscimo na corrente eltrica fluindo pela cela de deteco proporcional concentrao a da espcie absorvente no gs de arraste

Ib corrente de repouso

Ie corrente na eluio do analito

K constante de captura

DETECTORES

Detector por Captura de Eletrons

Mecanismo de Captura de Eletrons


Cromatografia gasosa

Emprego universal em DCE comerciais:

3H (b-, 0,02 MeV)

63Ni (b-, 0,06 MeV)

Sob a forma de Ta3H3

Usado como 63Ni0

Maior sensibilidade

Maior linearidade

Tdet deve ser < 225oC

til at ~400oC

Raramente usados:

- Maior durabilidade (t1/2 = 100 a x 12 a

para 3H)

85Kr, 90Sr, 99Tc, 147Pm, 241Am, 226Ra

63Ni preferido em equipamentos modernos

- Maior estabilidade trmica

- Menor risco de uso (radioatividade)

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCE

FONTE RADIOATIVAO ando deve estar dopado com um istopo radioativo b - ou a- emissor


Cromatografia gasosa

Variao de 3oC na temperatura

VOLTAGEM CONSTANTE Pouco usada modernamente - picos cromatogrficos podem ser deformados.

Erro de ~ 10% na rea dos picos

VOLTAGEM PULSADA Menos anomalieas eltricas: maior sensibilidade e linearidade.

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCE

POLARIZAO DOS ELETRODOSVrios modos de polarizao possveis

TEMPERATURA DO DETECTOR Dependncia do sinal com temperatura de operao bastante significativa

Magnitude e sinal do erro depende do composto analisado !

TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGIDAMENTE CONTROLADA


Cromatografia gasosa

N2

Geram eletrons lentos quando bom-bardeados com b -

MAIS USADOS:

Ar + 5% CH4

O gs deve ser o mais puro possvel !!!

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

Adsoro de contaminantes sobre os eletrodos causa deformao nos picos

!

F

Sinal

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCE

GS DE ARRASTEFuncionamento do DCE muito dependente da natureza do gs de arraste

VAZO DE GS DE ARRASTESinal depende dire-tamente da vazo de gs fluindo no detector


Cromatografia gasosa

10 fg Lindano (C6H6)

m-ECD HP-6890

PESTICIDAS

1 tetracloro-m-xileno

2a - BHC

3 Lindano

4 Heptachlor

5 Endosulfan

6 Dieldrin

7 Endrin

8 DDD

9 DDT

10 Metoxychlor

10 decaclorobifenila

~250 fg cada analito

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCE

SENSIBILIDADE / LINEARIDADEQMD = 0,01 pg a 1 pg (organoclorados), linearidade ~ 104 (pg a ng)

O DCE O DETECTOR PREFERENCIAL PARA ANLISES DE TRAOS DE ORGANOALOGENADOS E SIMILARES


Cromatografia gasosa

hidrocarbonetos e esteres alifticos, dienos

lcoois, cetonas e aldedos alifticos, aminas, nitrilas, mono - Cl, mono - F

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

tri - Cl, cloretos de cidos, 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

I > Br > Cl > F

a > b > g

Comparando-se organoalogenados:

Terc > Sec > Prim

trans > cis

Tri > Di > Mono

DETECTORES

Caractersticas Operacionais do DCE

SELETIVIDADE / FATORES DE RESPOSTAValores de S maximizados para compostos eletroflicos

S tpicos (clorobenzeno: S = 1)


Cromatografia gasosa

DIC

DCE

DETECTORES

DCE: Aplicaes

Contaminantes em ar atmosfrico - deteco paralela DIC + DCE

1, 2, 3 - Hidrocarbonetos aromticos

4, 5, 6 - Hidrocarbonetos clorados


Cromatografia gasosa

Identificao individual das espcies contidas na amostra

Aplicaes Qualitativas de CG

RETENOUso de dados de reteno de um analito para sua identificao

Determinao da identidade da amostra propriamente dita

DETECODetectores que fornecem informaes estruturais sobre as substncias eludas

Fontes de Informaes Qualitativas

ANLISE QUALITATIVA

Conceitos Gerais

Para anlise qualitativa confivel por CG recomendvel combinao de dados provenientes de pelo menos duas fontes


Cromatografia gasosa

Interaes analito / FE

tR = f

Presso de vapor do analito

Condies operacionais (TCOL, FC ...)

AMOSTRA

Comparao de cromatogramas da amostra e de uma soluo padro do analito suspeito

PADRO

ANLISE QUALITATIVA

Tempos de Reteno

Fixas as condies operacionais, o tempo de reteno ajustado de um analito uma constante


Cromatografia gasosa

Dependncia com FC e TCOL Variaes nestas condies afetam sensivelmente os tR

DTCOL = 0,1%

VARIAO DE 1% NO tR

DFC = 1%

Sobrecarga na coluna Aumento excessivo na massa de material eluido deforma o pico croma-togrfico e altera o seu tR

Saturao da coluna cromatogrfica com aumento de massa eluida provoca cauda frontal no pico

MASSA

ANLISE QUALITATIVA

Tempos de Reteno

Identificao por tR muito pouco confivel:


Cromatografia gasosa

Amostra complexa: incerteza nos tR medidos pode levar a identificao errnea

Comparao com cromatograma da amostra dopada permite identificao mais confivel do desconhecido

ANLISE QUALITATIVA

Tempos de Reteno

Comparao de tR usando dopagem (spiking) da amostra com o analito suspeito: aumento da confiabilidade de identificao.


Cromatografia gasosa

Separao isotrmica de uma mistura de n-alcanos (n-C4, n-C5, ... n-C16)

Um grfico de log(tR) em funo do nmero de tomos de carbono do analito nC LINEAR

ANLISE QUALITATIVA

ndice de Reteno de Kovts

FUNDAMENTOOs tR isotrmicos para uma srie homloga de compostos dependem logaritmicamente do nmero de tomos de carbono na cadeia.


Cromatografia gasosa

tR (A) Tempo de reteno ajustado do analito A

tR (N) Tempo de reteno ajustado do n-alcano com N carbonos

tR (n) Tempo de reteno ajustado do n-alcano com n carbonos (n = N + 1)

Interpolao logartmica dos tR

ANLISE QUALITATIVA

ndice de Reteno de Kovts

O ndice de reteno de Kovts I para um analito definido por:

Ex.: um analito com I = 874 teria um tempo de reteno ajustado equivalente ao de um n-alcano hipottico com cadeia de 8,74 tomos de carbono


Cromatografia gasosa

Dependncia de I para algumas substncias em uma coluna apolar na faixa de TCOL = 70oC a TCOl = 130oC

ANLISE QUALITATIVA

ndice de Reteno de Kovts

REPETIBILIDADE - REPRODUTIBILIDADE Os efeitos de TCOL e FC nos ndices de Kovts so pequenos

Identificao por ndices de reteno muito confivel que comparaes baseadas em tR

NDICE DE RETENO DE KRATZ Para programao linear de temperatura a relao entre tR e nC linear: clculo dos ndices de reteno modificado


Cromatografia gasosa

CORRIDA #1

CORRIDA #2

TCOL (1)

FC (1)

Coluna A

TCOL (2)

FC (2)

Coluna B

Cromatogramas obtidos em diferentes equipamentos e colunas com condies operacionais da segunda corrida ajustadas pelo software de RTL

ANLISE QUALITATIVA

Retention Time Locking (RTL)

PRINCPIO Em cromatgrafos com: controles pneumticos e trmicos microprocessados, injetores automticos e colunas cromatogrficas de qualidade excepcional possvel alta repetibilidade nos tR

O software RTL (Hewlett-Packard) automaticamente ajusta as condies operacionais em um segundo CG para reproduzir os tR obtidos em um primeiro equipamento


Cromatografia gasosa

Cromatografia Gasosa com Deteo Espectromtrica de Massas (CG-EM)

Cromatografia Gasosa com Deteo Espectromtrica por Emisso Atmica (CG-EA)

Cromatografia Gasosa com Deteo Espectromtrica por Absoro no Infra-Vermelho (CG-EIV)

ANLISE QUALITATIVA

Mtodos de Deteco Qualitativos

Mtodos de deteco que fornecem informaes qualitativas sobre os analitos eludos:

Identificao muito confivel quando combinados a tcnicas de identificao baseadas em reteno


Cromatografia gasosa

1 Molculas da amostra so bombardeadas por eltrons (electron impact = EI) ou ons (chemical ionization = CI):

ABCDE + e- ABCDE.+ + 2 e-

2 O on formado se fragmenta:

ABCDE.+ AB. + CDE+

ABCDE.+ AB+ + CDE.

ABCDE.+ A+ + BCDE.

O grfico do nmero de ons formados em funo da razo Massa / Carga dos ons o ESPECTRO DE MASSAS do analito

ABUNDNCIA

MASSA / CARGA

ANLISE QUALITATIVA

Espectrometria de Massas

PRINCPIO A amostra fragmentada e ionizada em um padro caracterstico da espcie qumica.

3 Os fragmentos inicos formados so separados magneticamente de acordo com suas massas moleculares e contados:


Cromatografia gasosa

1

3

4

2

ANLISE QUALITATIVA

Espectrmetro de Massas

1Cmara de IonizaoEletrons gerados por um filamento aquecido bombardeam a amostra. Os fragmentos ionizados (carga +1) so repelidos pelo eletrodo positivo e conduzidos ao separador magntico.

2Sada de VcuoTodo o interior do EM deve estar sob alto vcuo (natm).

3Separador MagnticoA ao do campo magntico deixa apenas ons com determinada razo Massa / Carga atravessar esta rea do equipamento.

4DetectorUma vlvula fotomultiplicadora ou um fotodiodo gera um sinal eltrico proporcional ao nmero de ons que incide sobre o elemento.


Cromatografia gasosa

0

20

40

60

80

100

120

m / Z

- CO

m/Z = 80

m/Z = 118

m/Z = 79

- (CO + H)

m/Z = 90

ANLISE QUALITATIVA

Espectro de Massas


Cromatografia gasosa

Separador Molecular

O gs de arraste leve (He) difunde mais rapidamente que o analito e tende a ser drenado para o vcuo.

EM

CG

Vcuo

Cmara

de Ionizao

Interface Capilar Direta

Com colunas capilares a vazo baixa de gs de arraste pode ser drenada pelo sistema de vcuo.

Coluna

Capilar

ANLISE QUALITATIVA

Acoplamento CG - EM

Interface cromatgrafo - espectrmetro:


Cromatografia gasosa

MANDATRIO que sistemas CG-EM sejam totalmente controlados por microcomputador.

Sistema de Controle e Aquisio de Dados:

1 Gerencia e monitora o funcionamento dos mdulos de

CG e EM.

2 Coleta e arquiva espectros de massa em intervalos

regulares de tempo e constroi o cromatograma.

3 Aps a corrida, compara espectros coletados com

bases de dados para identificao dos eluatos.

ANLISE QUALITATIVA

Acoplamento CG - EM

Sistema de Controle e Aquisio de Dados:

COMPUTADORES RPIDOS E COM GRANDE CAPACIDADE DE ESTOCAGEM DE DADOS


Cromatografia gasosa

CROMATOGRAMA DE ONS TOTAIS (TIC = To-

tal Ion Chromatogram)

Para cada espectro o nmero total de ons detectados na faixa de massas varrida somado e plotado em funo do tempo, gerando o cromatograma.

MONITORAMENTO DO ON SELECIONADO (SIM = Single Ion Monitoring)

Seleciona-se um fragmento resultante da fragmentao da espcie de interesse. Gera-se o cromatograma plotando-se o nmero de ond detectados com a massa desse fragmento em funo do tempo.

SIM

Seletivo

Maior Sensibilidade

TIC

Universal

Similar a DIC

ANLISE QUALITATIVA

CG-EM: Gerao do Cromatograma

Espectros de massas completos coletados e arquivados em intervalos regulares de tempo

Gerao do cromatograma a partir dos espectros:


Cromatografia gasosa

ANLISE QUALITATIVA

CG-EM: TIC x SIM

Aroma de polpa industrializada de caj aps extrao por SPME

TIC

Aparecem os picos correspondentes a todas substncias eludas

SIM (m/z = 149)

Cromatograma construido a partir dos mesmos dados acima, mas apenas usando fragementos com massa = 149 (ftalatos: plastificante)


Cromatografia gasosa

CONTAGENS

MASSA / CARGA

CONTAGENS

TEMPO

ANLISE QUALITATIVA

Identificao de Eluatos

1Seleo manual ou automtica do espectro de massa correspondente a um eluato.

2Interpretao manual do espectro e / ou com-parao automtica com biblioteca de espectros padro do equipamento.


Cromatografia gasosa

ESPECTRO

DESCONHECIDO

Lista com possveis candidatos + porcentagem de confiabilidade

PBM

BIBLIOTECA DE

ESPECTROS

PBM de um eluato desconhecido (1-dodeceno)

Identificao pouco confivel de es-pectros muito simples

Limitada pelo tamanho da base de dados (NIST = 66.000 espectros)

LIMITAES:

Diferenas entre espectros gerados por diversos EM

ANLISE QUALITATIVA

Identificao de Eluatos

Busca automtica em bibliotecas de espectros: comparao estatstica ( Probability Based Matching )


Cromatografia gasosa

1 Amostra fragmentada ao colidir com molculas excitadas do gs de suporte do plasma.

ABCD + Hem A+ + B + CD + He + e-

2 Fragmentos so excitados eletronicamente.

A+ + B + CD + Hem A+* + B* + CD* + He

3 Ao retornarem aos seus estados fundamentais os fragmentos excitados emitem luz em comprimentos de onda caractersticos.

A+* A+ + hn1

B* B + hn2

CD* CD + hn3

ANLISE QUALITATIVA

Emisso Atmica em Plasmas

PRINCPIO A amostra fragmentada num plasma, os fragmentos so excitados e emitem luz ao retornarem aos seus estados fundamentais.

O MONITORAMENTO DA EMISSO NOS COMPRIMENTOS DE ONDAS CARACTERSTICOS DE CADA FRAGMENTO GERA CROMATOGRAMAS ELEMENTO-ESPECFICOS


Cromatografia gasosa

ons formados so acelerados pelo campo eltrico aplicado gerando continuamente mais ons e espcies excitadas

Eletrons da descarga eltrica colidem com o gs gerando ons

ANLISE QUALITATIVA

Gerao e Sustentao de Plasmas

PLASMA Gs ionizado por aplicao de uma descarga eltrica e sustido por um campo eltrico oscilante

Gs de Suporte: HLIO (espcies formadas tem energia suficiente para excitar tomos e fragmentos de no metais)

Sustentao: MICROONDAS (outros tipos de campos eltricos oscilantes no mantm plasmas estveis de He a presso atmosfrica de forma conveniente)


Cromatografia gasosa

n-Hexano

Fragmentos:

C2CN

OHNH

l

800 nm

200 nm

Naled (C4H7Br2Cl2O4P)

Fsforo

Bromo

Cloro

l

566 nm

456 nm

ANLISE QUALITATIVA

Espectro de Emisso Atmica

Mistura de raias de emisso atmicas e moleculares de frag-mentos do analito e raias de emisso do plasma e impurezas


Cromatografia gasosa

1Cromatgrafo Gasoso

2Alimentao de Gs de Suporte do Plasma (He)

3Linha de Transferncia (acoplamento CG - DEA)

4Cavidade Ressonante (gerao do plasma)

5Lente de Focalizao

6Monocromador / Policromador

7Detector de Luz (fotomultiplicadora / diode array)

8Amplificao / Digitalizao de Sinal

9Computador

ANLISE QUALITATIVA

Esquema Tpico de um CG-DEA


Cromatografia gasosa

Cavidade Ressonante Beenaker TM010:

CABO DE ALIMENTAO DE MICROONDAS

CAVIDADE RESSONANTE

CELA DE DETECO

He

PLASMA

Permite plasmas de He estveis a presso atmosfrica e potncias de microondas < 100 W

ANLISE QUALITATIVA

DEA: Gerao de Plasma

Uma cavidade ressonante focaliza potncia gerada por uma fonte de microondas no interior de uma cela de deteco por onde passa o gs de suporte.

CELA DE DETECO Tubo de material isolante eltrico e altamente refratrio (quartzo, alumina, BN)


Cromatografia gasosa

He

Antes de ser misturado ao He, o efluente da coluna passa por uma vlvula diversora

PURGA

COLUNA

CELA

VLVULA DIVERSORA

Quando da eluio de grandes quantidades de analito o fluxo da coluna desviado para a purga

ANLISE QUALITATIVA

Interface CG - DEA

Plasmas de He se extinguem pela passagem de grandes quantidades de material (~ 1 mL de lquido vaporizado)

Interface para colunas empacotadas:

Colunas capilares: no h necessidade de diverso.


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