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1 ANÁLISE INSTRUMENTAL CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA •2 o SEMESTRE 2018 Prof. Dr. Antônio Aarão Serra Profa. Dra. Jayne Carlos de Souza Barboza

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ANÁLISE INSTRUMENTAL

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

• 2o SEMESTRE 2018

• Prof. Dr. Antônio Aarão Serra• Profa. Dra. Jayne Carlos de Souza Barboza

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CROMATOGRAFIA

CROMATOGRAFIA À GÁS(CG)

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CROMATOGRAFIA – GERAL - CLC

• A. Cromatografia Planar– A.1.Cromatografia em Papel (CP)– A.2.Cromatografia em Camada Fina (CCF).

• B.Cromatografia em Coluna– B.1.Cromatografia à Gás– B.2.Cromatografia Líquida

• B.2.1.Cromatografia Líquida Clássica (CLC)(em Vidro a Pressão Ambiental)

• B.2.2.Cromatografia Líquida de Alta Pressão e Alta Eficiência (CLAE ou HPLC)

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CG - COLUNA

• PLANO DE AULA:– INTRODUÇÃO– EQUIPAMENTO– GASES ESPECIAIS– COLUNA/FORNO– FASE MÓVEL (FM)– FASE ESTACIONÁRIA (FE)– DETALHAMENTO– MECANISMO DE SEPARAÇÃO– DETECTORE– INJETORES– DESENHO (COLUNA/SEPARAÇÃO/DETECÇÃO)– PRATOS TEÓRICOS– ANÁLISE– BIBLIOGRAFIA

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• É importante ressaltar que Absorção é diferente de Adsorção . Na Absorção , uma substancia se infiltra na outra, enquanto que a Adsorção é apenas superficial .

• ABSORÇÃO ADSORÇÃO

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• Fonte adaptada: Collins, C. H. et al. . Fundamentos de cromatográfia , 5ª ed., Ed. UNICAMP, 2006.

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• .

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

PRINCIPAIS TIPOS DE CROMATOGRAFIA• CP – Cromatografia em Papel• CCD – Cromatografia em Camada Delgada(TLC)• CCV – Cromatografia em coluna de vidro• CG – Cromatografia a Gás (CG)• CL – Cromatografia Líquida (HPLC)• CS – Cromatografia Supercrítica• CE – Cromatografia por Exclusão• CTI – Cromatografia de Troca Iônica (CI)• CB – Cromatografia de Bioafinidade• Entre Outras

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

PRINCIPAIS TIPOS DE CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• CUSTOS RELATIVOS:• Cromatografia Planar :

– Cromatografia em Papel (CP) - Baixo Custo;– Cromatografia em Camada Delgada – Baixo Custo

• Cromatografia em Coluna:– Cromatografia em Líquida Clássica (CLC): Baixo

Custo– Cromatografia a gás (CG): Médio custo– Cromatografia de alta Eficiência (CLAE): Alto Custo

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• APLICAÇÃO:• Agricultura (Pecuária, Veterinária)• Alimentícia• Cosméticos (Higiene, Perfumes)• Farmacêutica (Farmacos)• Medicina (Hospitais e Clinicas) • Meio Ambiente (Resíduos, Águas)• Petroquímica (Derivados)• Embalagens• Mineração• Produtos Naturais (fragâncias, essências, princípios

ativos)• Química (matéria-prima, catalisadores, aditivos)• Entre outros

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO• FORÇAS QUE ATUAM CG:• A diferença na magnitude dessas forças que

determina a resolução e portanto a separação dos solutos individuais.

• As forças elementares que agem sobre as moléculas são de cinco tipos :

• 1) Forças de dispersão de London ou forças• de Van der Waals;• 2) Interações de dipolo induzido;• 3) Ligações de hidrogênio;• 4) Interações dielétricas;• 5) Interações eletrostáticas e coulombianas.• OBS.: Pressão Média

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO• INTRODUÇÃO:• O objetivo da cromatografia é separar

os diversos constituintes de uma mistura de vários compostos seja para identificação, quantificação ou obtenção de compostos puros para os mais diversos fins.

• A separação se dá através da migração da amostra através de uma Fase Estacionária (FE) por intermédio de uma Fase Móvel (FM).

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• INTRODUÇÃO:• Após a introdução da amostra no sistema

cromatográfico, os componentes da amostra se distribuem entre as duas fases e viajam mais lentamente que a fase móvel devido ao efeito retardante da fase estacionária.

• O equilíbrio de distribuição dos componentes entre as duas fases (FE/FM) determina a velocidade com a qual cada componente migra através do sistema.

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO• INTRODUÇÃO:• A diferença na magnitude dessas forças

que determina a resolução e portanto a separação dos solutos individuais.

• As forças elementares que agem sobre as moléculas são de cinco tipos :

• 1) Forças de dispersão de London ou forças• de Van der Waals;• 2) Interações de dipolo induzido;• 3) Ligações de hidrogênio;• 4) Interações dielétricas;• 5) Interações eletrostáticas e coulombianas.

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

• Introdução: Mecanismo de separação• A separação cromatográfica é realizada a partir de

interações diferenciadas entre os analitoscomponentes da mistura, fase estacionária e fase móvel

FE FM

AMOSTRA CROMATOGRÁFIA

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO• INTRODUÇÃO:• Quais misturas podem ser separadas por CG ?

– Qualquer substância que poder ser “arrastada”por um fluxo de um gás. Desde que ela se dissolva total ou pelo menos parcialmente nesse gás.

– Misturas cujos constituintes sejam VOLÁTEIS/SEMI-VOLÁTEIS.

• DE FORMA GERAL : CG é aplicável para separação e análise de misturas cujos constituintes tenham PONTOS DE EBULIÇÃO de até 300oC e que sejam termicamente estáveis.

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CG – COLUNA - INTRODUÇÃO

MODALIDADES E CLASSIFICAÇÃO• 1. Cromatografia à Gás (CG):

– Cromatografia a Gás : Coluna de metal ou de vidro pressão média, gás de arraste é a FM.

– FM = Gás (A escolha do Gás de arraste depende do detector). Ex. He, N2 ou H2.

– FE = Geralmente líquido não volátil, mas algumas vezes sólido.

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CG – COLUNA - EQUIPAMENTO

• CROMATÓGRAFO A GÁS (CG)

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CG – COLUNA - EQUIPAMENTO

• ESQUEMA DE UM CROMATÓGRAFO À GÁS.

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CG – COLUNA - EQUIPAMENTO

PARTES PRINCIPAIS DO CG• 1-Reservatório de Gás e Controles de Vazão / Pressão.

2-Injetor (Vaporizador) de Amostra. 3-Coluna Cromatográfica e Forno da Coluna. 4-Detector. 5-Eletrônica de Tratamento (Amplificação) de Sinal. 6-Registro de Sinal (Registrador/Integrador).

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CG – COLUNA – GASES ESPECIAIS

FASE MÓVEL (GÁS DE ARRASTE)• FM em CG: NÃO interage com a amostra -

apenas a carrega através da coluna. Assim éusualmente referida como GÁS DE ARRASTE.

• REQUISITOS:– INERTE Não deve reagir com a amostra, fase

estacionária ou superfícies do instrumento.– PURO Deve ser isento de impurezas que

possam degradar a fase estacionária.• Impurezas típicas em gases e seus efeitos:• H2O e O2 = oxida / hidrolisa algumas FE.

HIDROCARBONETOS = ruído no sinal de DIC

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CG – COLUNA – GASES ESPECIAIS

FASE MÓVEL (GÁS DE ARRASTE)-Requisitos• CUSTO Gases de altíssima pureza podem ser muito

caros.• A = 99,995 % (4.5) (R$ 100)• B = 99,999 % (5.0) (R$ 300)• C = 99,9999 % (6.0) (R$ 900)

• COMPATÍVEL COM DETECTOR Cada detector demanda um gás de arraste específico para melhor funcionamento.

• DCT→→→→ He , H2

• DIC →→→→ N2 , H2

• DCE →→→→ N2 , Ar + 5% CH4

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CG – COLUNA – GASES ESPECIAIS

• FASE MÓVEL (GÁS DE ARRASTE) • Gases mais usados ( N2, He, H2 e Ar)

– Não deve interagir com o recheio da coluna e ser compatível com o detector e de alta pureza (H2O/HC)

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CG – COLUNA – GASES ESPECIAIS• FASE MOVEL (GÁS DE ARRASTE)• Sua escolha depende:

– Do tipo de coluna (empacotada ou capilar).– Do tipo de detector que está sendo usado.

• OBS.: Colunas capilares, normalmente necessita-se um gás auxiliar (make up) para o detector, para obter sensibilidade otimizada.

• Coluna capilar – d.I.<0.32mm• HIDROGÊNIO – Ideal (Perigoso)• HÉLIO – aceitável• NITROGÊNIO – menos aceitável

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CG – COLUNA – GASES ESPECIAIS

• FASE MÓVEL – GÁS DE ARRASTE• Coluna megabore - d.I. 0.53mm • NITROGÊNIO – IDEAL• HÉLIO – Pode ser usado• HIDROGÊNIO – não recomendado• Coluna empacotada : normalmente nitrogênio

ou hélio, mas no caso de detector de condutividade térmica, hidrogênio ou hélio são os mais recomendados.

• Pureza dos gases: ideal é 99.9995% ou melhor, principalmente para detector de captura de elétrons.

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CG – COLUNA – COLUNAS - EMPACOTADA

• Forno e Coluna : Programa de temperaturas (Isotérmica/ Rampa contínua/ Rampa por patamares)

• O último patamar bem acima do p.e. do menos volátil

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CG – COLUNA – FM

FASE MÓVEL• Gasosa - Na Cromatografia Gasosa a Fase

Móvel é o próprio Gás de Arraste cuja função é transportar os analitos através do Sistema (Injetor /Coluna /Detector). – Os principais Gases de Arraste são o Hélio,

Nitrogênio, Hidrogênio e o Argônio.

• Líquida – Na Cromatografia Líquida emprega-se uma mistura de solventes, denominada Eluente, como Fase Móvel. Os principais são: metanol, acetonitrila e água.

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CG – COLUNA – FM

CONSTANTE DE DISTRIBUIÇÃO Kc

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CG – COLUNA – FM

QUANTIFICAÇÃO DA EFICIÊNCIA

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CG – COLUNA – FE

NÚMERO DE PRATOS TEÓRICOS (n)ou (N)• n= 16 (tR/ wb)2• n = segmento da coluna onde se atinge um equilíbrio

entre fase móvel, estacionária e analito• quanto > n → > rendimento da coluna (picos mais

finos)

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CG – COLUNA – FE

TEMPO DE RETENÇÃO/LARGURA DO PICO.• tR= tempo de retenção• to = tempo de volume morto• wb= largura da base

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CG – COLUNA – FESELETIVIDADE (αααα)

• αααα = k2´/k1´• αααα = posição relativa de 2 picos• Ideal: αααα > 1

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CG – COLUNA – FE

RESOLUÇÃO (Rs)• Rs = 2 (tR2–tR1)2/ wb1 + wb2

• Rs = separação real dos picos

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CG – COLUNA – FE

• EFICIÊNCIA: Capacidade de eluição com o mínimo de dispersão do analito.

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CG – COLUNA – FE

QUANTIFICAÇÃO DA EFICIÊNCIA• ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEÓRICO (H)

é o “Tamanho” de cada estágio de equilíbrio.• Valores de H para colunas capilares e empacotadas são

próximos, mas como L para capilares é MUITO maior tipicamente elas são mais eficientes.

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CG – COLUNA – FETempos de Retenção (t R)Fixadas as condiçõesoperacionais, o tempode retenção ajustadode um analito é uma constante.

t' R = fInterações analito/FEPressão de vapor do analitoCondições operacionais (Tcol., Fc....)

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CG – COLUNA – FE• Colunas cromatográficas: Tubo longo contendo a

FE. • Principais materiais para confecção de colunas:

aço inox, vidro, alumínio, teflon, sílica fundida.

• a – Coluna Empacotada• b,c,d – Colunas Capilares

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CG – COLUNA – FE

FASE ESTACIONÁRIA LÍQUIDA • → líquido pouco volátil, recobrindo um suporte sólido.• → deve solubilizar seletivamente as substâncias.• → termicamente estável. • → quimicamente inerte. • Suporte ideal: • Deve ter área superficial específica grande. • FE deve espalhar uniformemente, na forma de filme fino. • Deve ter partículas com diâmetros regulares e poros

uniformes. • Deve ser mecanicamente rígido, para evitar quebras. • Não deve interagir com as moléculas da amostra.

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CG – COLUNA – FE

• a) Tubos densamente empacotados com fase estacionária de material uniforme, finamente dividida, ou com suporte sólido que é recoberto com uma fina camada de fase líquida estacionária.

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CG – COLUNA – FE

• b) Parede interna do capilar recoberto com uma fina camada de FE.

• c) Superfície interna do capilar é coberta por um filme fino de um material suporte (adsorvente), como terra diatomacia, sobre o qual a FE líquida encontra-se dispersa.

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CG – COLUNA – FE

• d) Parede do capilar recoberta apenas com uma camada de adsorvente, que éa própria FE.

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CG – COLUNA – FE

• COLUNA CAPILAR: A separação ocorre na coluna e duas fases são envolvidas:

• Fase Estacionária (FE) que fica dentro da coluna

• Fase Móvel (FM) que é o gás de arraste que move-se sobre a FE.

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CG – COLUNA – FE

• TIPOS DE COLUNAS:

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CG – COLUNA – FE

VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS COLUNAS.

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CG – COLUNA – FE

TIPOS DE FASES ESTACIONÁRIAS• CROMATOGRAFIA GÁS-LÍQUIDO (~90%)

• Polisiloxano

• R= -CH3; -CH2CH2CH2CN; -CH2CH2CF3; -C6H5

• Polietilenoglicol

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CG – COLUNA – FE

TIPOS DE FASES ESTACIONÁRIAS• CROMATOGRAFIA GÁS-SÓLIDO (~10%)

• Material sólido adsorvente, por ex.: molecular sieves, alumina, etc.

• Uso: hidrocarbonetos muito voláteis (e.g. CH4), gases inorgânicos (por. ex.: N 2, CO2)

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CG – COLUNA – FESELEÇÃO DE FASE ESTACIONÁRIA

• 100% dimetil polisiloxano (APOLAR)• Ex. de analitos: solventes, produtos de petróleos,

sabores, hidrocarbonetos saturados• 5% difenil – 95% dimetil polisiloxano (APOLAR)• Ex. de analitos: aromas, pesticidas, hidrocarboneto s

aromáticos• 35% difenil – 65% dimetil polisiloxano (POLARIDADE

MÉDIA)• Ex. de analitos: pesticidas contendo nitrogênio• Polietileno glicol (POLAR)• Ex. de analitos: ácidos graxos, aromas e álcoois.

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CG – COLUNA – FE

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

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CG – COLUNA – FE• Para minimizar a perda de FE líquida por

volatilização, normalmente ela é presa de duas maneiras: .

• A) Entrecruzada: as cadeias poliméricas são quimicamente ligadas entre si.

• B) Quimicamente ligadas: as cadeias poliméricas são “presas” ao suporte por ligações químicas

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

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CG – COLUNA – FE• SELETIVA Deve interagir diferencialmente com os

componentes da amostra.• Regra geral: a FE deve ter características tanto

quanto possível próximas das dos solutos a serem separados (polar, apolar, aromático ...).

• FE Seletiva: separação adequada dos constituintes da amostra.

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CG – COLUNA – FE

• FE pouco Seletiva: Pior resolução mesmo com coluna de boa eficiência .

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CG – COLUNA – FE

EFEITO DA TEMPERATURA DA COLUNA:

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO

CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DE UM FORNO• AMPLA FAIXA DE TEMPERATURA DE USO Pelo

menos de Tambiente até 400oC.• SISTEMAS CRIOGÊNICOS (T < Tambiente) podem ser

necessários em casos especiais.

• TEMPERATURA INDEPENDENTE DOS DEMAIS MÓDULOS Não deve ser afetado pela temperatura do injetor e detector.

• TEMPERATURA UNIFORME EM SEU INTERIORSistemas de ventilação interna muito eficientes para manter a temperatura homogênea em todo forno.

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO

CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS DE UM FORNO:

• FÁCIL ACESSO À COLUNA A operação de troca de coluna pode ser freqüente.

• AQUECIMENTO E ESFRIAMENTO RÁPIDO Importante tanto em análises de rotina e durante o desenvolvimento de metodologias analíticas novas.

• TEMPERATURA ESTÁVEL E REPRODUTÍVEL A temperatura deve ser mantida com exatidão e precisão de ± 0,1°C.

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO

PROGRAMAÇÃO LINEAR DE TEMPERATURA• Misturas complexas (constituintes com volatilidades

muito diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:.

• Componentes mais voláteis são separados • Componentes menos voláteis demoram a eluir,

saindo como picos mal definidos

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO

PROGRAMAÇÃO LINEAR DE TEMPERATURA• Misturas complexas (constituintes com volatilidades

muito diferentes) separadas ISOTERMICAMENTE:.

• Componentes mais voláteis não são separados.• Componentes menos voláteis eluem mais

rapidamente.

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO• PROGRAMAÇÃO LINEAR DE TEMPERATURA (PLT)

• Possíveis problemas associados à PLT:– VARIAÇÕES DE VAZÃO DO GÁS DE

ARRASTE A viscosidade de um gás aumenta com a temperatura.

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO• PROGRAMAÇÃO LINEAR DE TEMPERATURA (PLT)

• Possíveis problemas associados à PLT:– DERIVA (“DRIFT”) NA LINHA DE BASE

Devido ao aumento de volatilização de FE líquida.

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CG – COLUNA - DETALHAMENTO

• Temperatura da Coluna• Pressão de Vapor (p 0)

ESTRUTURA DO ANALÍTOTEMPERATURA DA COLUNAp0 = f

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOSDE

SEPARAÇÃO

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

PROCESSO FÍSICO-QUÍMICO QUE REGE A SEPARAÇÃO

• Adsorção: (Gás- Sólido)• O soluto é adsorvido na superfície das

partículas sólidas da fase estacionária.• É um fenômeno superficial, aumentado

com a formação de pontes de hidrogênio.• FE é sólida e a adsorção ocorre na

interface, entre FE e FM

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

PROCESSO FÍSICO-QUÍMICO QUE REGE A SEPARAÇÃO

• Partição: (Gás-Líquido)• O soluto se equilibra entre o líquido da

fase estacionária e a fase móvel, por diferença de solubilidade (equilíbrio ).

• O soluto dissolvido na fase líquida que reveste a superfície da fase sólida.

• Diferentes solubilidades dos componentes da amostra na FE.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

PROCESSO FÍSICO-QUÍMICO QUE REGE A SEPARAÇÃO

• Troca Iônica:• Os ânions móveis são mantidos perto dos

cations que estão ligados covalentemente a uma fase estacionaria sólida.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂOPROCESSO FÍSICO-QUÍMICO QUE REGE A

SEPARAÇÃO

• Exclusão Molecular, Filtração ou Permeação em Gel (GPC)

• Não existem interações entre a fase estacionária e o soluto. Se separa por tamanho de partícula. Moléculas grandes são excluídas e moléculas pequenas são retidas.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA CROMATOGRAFIA

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

PROCESSO FÍSICO-QUÍMICO QUE REGE A SEPARAÇÃO

• Afinidade: Um tipo de molécula de uma mistura complexa se liga a moléculas que estão covalentemente ligadas a FE. Todas outras moléculas passam.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

FE QUIRAIS(Separação de isômeros óticos)

• FÁRMACOS : Em muitos fármacos apenas um dos isômeros óticos têm atividade farmacológica.

• PRODUTOS BIOLÓGICOS : Distinção entre produtos de origem sintética e natural.

• Natural = normalmente substâncias oticamente puras;

• Sintético = muitas vezes são misturas racêmicas.

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CROMATOGRÁFIA - SEPARAÇÃO

• FE.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• EXISTEM OUTROS TIPOS DE CLASSIFICAÇÕES:

• Mecanismo de separação baseados em processos Físico, Químico e Mecânico.

• Mecanismo de separação baseado na fase estacionária (gás-sólido e gás-líquido)

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA SEPARAÇÃO• ADSORÇÃO: A fase estacionária é um sólido contendo

grupos (sítios ativos) que podem adsorver certas substâncias. Ex.: Peneira Molecular, Polímeros Porosos.

• Tem o equilíbrio :

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA SEPARAÇÃO• PARTIÇÃO• A fase estacionária é um líquido depositado ou

quimicamente ligado a um suporte sólido ou depositado ou quimicamente ligado à de um tubo capilar de sílica fundida(CG)

• As moléculas dos componentes a serem separados se distribuem entre a fase estacionária ligada e a fase móvel líquida(HPLC) ou fase móvel gasosa(CG) de acordo com sua afinidade relativa:

• Compostos com diferentes constantes de partição são separados.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA SEPARAÇÃO

• Partição : diferentes solubilidades dos componentes da amostra na FE

• Tem o equilíbrio

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

MECANISMOS DA SEPARAÇÃO• Partição:• A FM carrega as moléculas nela

dissolvidas. Para re-estabelecer o equilíbrio, moléculas na FE passam para a FM e são arrastadas. Tem-se um equilíbrio dinâmico em cada segmento da coluna. Como a FM está em contínuo movimento, esta acaba retirando todas as moléculas da coluna.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

FATORES QUE AFETAM EFICIÊNCIA• Comprimento da coluna• Diâmetro da coluna• Vida útil• Temperatura de eluição• Vazão de FM• Volume de amostra introduzida• Técnica de injeção• Características da substância• Outros

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• Escolha da coluna :– Polaridade da fase estacionária,– Diâmetro e espessura do filme

quantidade de amostras, tempo de análise, pressão (velocidade da FM), temperatura do forno.

– Comprimento dos pratos teóricos.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• TIPOS DE FASES ESTACIONÁRIAS• Apolar : hidrocarbonetos não aromáticos,

silicones (ex.: SE-30).• Polar : contém grande quantidade de grupos

polares (Ex.: Carbowax)- interações tipo pontes de hidrogênio

• Intermediária : grupos polares ou potencialmente polares em esqueleto apolar (Ex. SE-52)

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

Abreviação de algumas fases estacionárias mais usadas:

– DEGA - adipato de dietileno glicol

– DEGS - succinato de dietileno glicol– SE- 30 - metil silicone– OV - 11 - 35% fenil- metilsilicone

– Carbowax 20 M - polietilnoglicol

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

Parâmetro Coluna empacotada Coluna capilarNo de Pratos teóricos

Diam. Int. (mm) 1 – 4 0,15 - 0,75Comprimento (m) 1 - 3 10 -100Pratos teóricos 2400 3000Espessura F.E.(µm) 5 0,5 - 2Vazão gás (ml/min) 20 - 60 1- 5Vol. amostra (µl) 02 - 20 0,001- 0,5

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURA• POLI(5%DIFENIL- 95%DIMETILSILOXANE).• Não polar – fase ligada.• Quimicamente compatível com água e outros solventes.

Pode ser lavada. Faixa de temperatura: -60oC a 320oC

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLI(5%DIFENIL- 95%DIMETILSILOXANE).

• APLICAÇÃOES TÍPICAS:• hidrocarbonetos, gasolina, solventes,

pesticidas, alimentos, fame, fenois, alcaloides aromáticos, drogas de abuso, flavorizantes, fragâncias.

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CROMATOGRÁFIA

DETECTORES

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• DETECTOR: Dispositivos que examinam e detectam continuamente o material eluído, gerando sinal quando da passagem do composto que não o gás de arraste.

SINAL GRÁFICO X TEMPO = CROMATOGRAMA• Idealmente : cada substância separada aparece• como um PICO no cromatograma.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

PRINCIPAIS DETECTORES• DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA (DCT

OU TCD)Variação da condutividade térmica do gás de arraste

• DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA (DIC OU FID) Íons gerados durante a queima dos (compostos) eluatos em uma chama de H2 + ar sintético.

• DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS (DCE OU ECD) Supressão de corrente causada pela absorção de elétrons por eluatos altamente eletrofílicos.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• DETECTORES: Dispositivos que geram um sinal elétrico proporcional à quantidade eluída de um analito .

• Existem ~ 60 detectores que foram utilizados em CG.• Destes aproximadamente 15 equipam os cromatógrafos

comerciais.• Apenas 4 respondem pela maior parte das aplicações• DIC ou FID - Detector por Ionização em Chama• EM ou MS - Detector Espectrométrico de Massas• DCT ou TCD - Detector por Condutividade Térmica• DCE ou ECD - Detector por Captura de Elétrons

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

PARÂMETROS DESEJAVEL DO DETECTOR– Alta sensibilidade– Resposta rápida para todos os compostos da

amostra– Insensível à mudanças na Fase Móvel– Insensível à mudanças de temperatura– Resposta independente para a Fase Móvel– Resposta linear– Não deve destruir a amostra– Fácil operação– Fornecer informações qualitativas

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

PARÂMETROS DESEJAVEL DO DETECTOR

• Baixo nível de ruído• Faixa linear ampla p/ a resposta• Resposta p/ os compostos de interesse

(universais, seletivos, específicos)• Insensível a pequenas mudanças de fluxo

e temperatura• Destrutivos / não destrutivos

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

PARÂMETROS BÁSICOS DE DESEMPENHO• QUANTIDADE MÍNIMA DETECTÁVEL Massa de um

analito que gera um pico com altura igual a três vezes o nível de ruído.

• RUÍDO Qualquer componente do sinal gerado pelo detector que não se origina da amostra.

• Principais Fontes de Ruído: Contaminantes nos gases; Impurezas acumuladas no detector; Aterramento elétrico deficiente; inerente do próprio equipamento.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

TIPOS DE DECTORES• UNIVERSAIS: Geram sinal para qualquer substância

eluida.• SELETIVOS: Detectam apenas substâncias com

determinada propriedade físico-química.• ESPECÍFICOS: Detectam substâncias que possuam

determinado elemento ou grupo funcional em suas estruturas.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• CLASSIFICAÇÃO:

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

CARACTERÍSTICAS DOS DETECTORES• a) Seletividade: responde apenas a uma

classe de substâncias detectores seletivos (detectores universais e detectores específicos);

• b) Sensibilidade: mudança na resposta do detector em função da quantidade detectada;

• c) Ruído: deflexões da linha de base (efeitos eletrônicos do sistema de detecção);

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

CARACTERÍSTICAS DOS DETECTORES (Cont.)• d) Quantidade mínima detectável: depende de

parâmetros relacionados à coluna (10-8 - 10-12 g); • e) Faixa linear: razão entre a maior e a menor

concentração da amostra; • f) Outras características: não sofrer alterações de

vazão e de temperatura e ser resistentes às condições de trabalho.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA (FID)(quase universal)

• Detector mais usado ( sensível / destrutivo).• Adequado para compostos orgânicos.• Substâncias orgânicas (contendo C) quando queimadas

produzem íons que afetam o potencial entre dois pólos elétricos (300 V), amostra é misturada com H2 e ar.

• Os íons CHO+ são recolhidos no cátodo e a corrente gerada produz o sinal.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA (FID)(quase universal)

• Formação de íons pela combustão da amostra na presença de H2 e O2.

• Origina corrente elétrica no coletor gerando um sinal do qual a combustão do gás de arraste é descontada Ésensível à velocidade do fluxo de massa passando por ele

• Fornece sinal só a 1a vez. Para ter mais sinal tem que fornecer mais soluto e moléculas de amostra (no gás de arraste) são queimadas na chama formando íons (coletados por um eletrodo). (esquema do FID a seguir)

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• FID

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• FID

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• DETECTOR DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA (DCT)• UNIVERSAL: Detecta matéria orgânica e inorgânica

mas pouco sensível (60% FID).• não destrutivo.• O gás de arraste tem uma condutividade térmica

conhecida.• A resistência do filamento muda com a condutividade

do gás.• A presença de analitos altera a condutividade térmica

do gás de arraste (H2 ou He).• A sensibilidade aumenta com a diminuição da

temperatura, do fluxo e da corrente.• Os filamentos queimam na presença de oxigênio.

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103

CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• DETECTOR DE CONDUTIVIDADE TÉRMICA (UNIVERSAL)

• H2 e He têm uma condutividade térmica 6 a 10 x superior à dos compostos orgânicos. Sua presença leva a uma diminuição da condutividade e um aumento muito rápido da temperatura.

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104

CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS (ECD)(seletivo)

• Grupos funcionais eletronegativos.• N2 é ionizado por fonte radiativa (Ex.: 63Ni)

partículas betas (ββββ) produzindo elétrons (ânodo), que gera corrente, resultando na linha de base (constante).

• Moléculas eluindo da coluna capturam elétrons e diminuem a corrente.

• O sinal gerado é proporcional à concentração• Bastante usado para análise de pesticidas .• Esquema do ECD a seguir. ↑

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• ECD

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

DETECTOR POR ESPECTROMETRIA DE MASSA (DEM)

• Centenas de componentes presentes em sistemas naturais e biológicos;

• Caracterização de componentes que dão odor e sabor aos alimentos;

• Identificação de poluentes da água. • �GC-ICP-MS

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• ESPECTROMETRIA DE MASSA

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• APARELHO MASSA (CG-EM)

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

• DEM.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTOR

TIPOS DE DETECTORS (DETALHES)• Ionização de chamas FID (alta sensibilidade,

resposta quase universal) FM = hidrogênio ou nitrogênio, destrutivo.

• Condutividade térmica (resposta universal, não destrói a amostra) – FM = helio ou hidrogênio, não destrutivo.

• Captura de elétrons (seletivo p/ halogênios orgânicos, nitrilas, nitratos e organometálicos) FM = nitrogênio, não destrutivo

• Termiônico (seletivo p/ compostos contendo N e P) destrutivo.

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTORDetectores Detectores –– Limites de detecLimites de detec ççãoão

DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS (DCE OU ECD):SeletivoSeletivo . Responde muito bem a halogenetos orgânicos, aldeídos conjugados, nitrilas, nitratos e organometálicos. Sensibilidade: 0,01 a 1 pg com linearidade até ng. (104)

DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA (DIC OU FID):QuaseQuase --universaluniversal . Detecta qualquer substância que contenha ligações C-H. Não responde a gases nobres, H2, O2, N2, CX4, SiX4

(X=halogênio), CO, CO2, CS2, H2O, NO, N2O, NO2, NH3. Sensibilidade: 10 a 100 pg com linearidade até mg (107 – 108).

DETECTOR TERMOIÔNICO (DNP OU NPD): EspecEspecííficofico. Responde a compostos orgânicos com N e P. Sensibilidade: 0,1 a 1 pg(P) e 0,4 a 10 pg (N) com linearidade até ng. (103 - 105)

DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA (DCT OU TCD): UniversalUniversal . Observa-se para qualquer substância eluída. Sensibilidade: 0,4 a 1 ng com linearidade até dezenas de mg (104).

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CG – COLUNA - FE – SEPARAÇÂO - DETECTORDetectores Detectores –– Limites de detecLimites de detec ççãoão

DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS (DCE OU ECD):SeletivoSeletivo. Responde muito bem a halogenetos orgânicos, aldeídos conjugados, nitrilas, nitratos e organometálicos. Sensibilidade: 0,01 a 1 pg com linearidade até ng. (104)

DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA (DCT OU TCD): UniversalUniversal . Observa-se para qualquer substância eluída. Sensibilidade: 0,4 a 1 ng com linearidade até dezenas de mg (104).

DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA (DIC OU FID):QuaseQuase--universaluniversal. Detecta qualquer substância que contenha ligações C-H. Não responde a gases nobres, H2, O2, N2, CX4, SiX4

(X=halogênio), CO, CO2, CS2, H2O, NO, N2O, NO2, NH3. Sensibilidade: 10 a 100 pg com linearidade até mg (107 – 108).

DETECTOR TERMOIÔNICO (DNP OU NPD): EspecEspecííficofico. Responde a compostos orgânicos com N e P. Sensibilidade: 0,1 a 1 pg(P) e 0,4 a 10 pg (N) com linearidade até ng. (103 - 105)

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

INJETORES

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

SISTEMA DE INJEÇÃO DA AMOSTRA• Injeção (seringas ou válvulas)

– Pode injetar líquido, gás, sólido/líquido– gerar banda única e estreita.

– quantidade de amostra não deve ultrapassar a capacidade da coluna.

– Reprodutível.

– Aquecimento para vaporização total da amostra.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• TIPOS DE INJETORES

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• INJETOR:• Parte do cromatografo a gás onde a amostra é

introduzida.– Vaporiza amostra (solvente + compostos alvo)– Mistura vapor com fase móvel (gás de arraste)– Transfere vapor para dentro da coluna

• Forma mais simples:– Câmara de aquecimento– Cobertura do injetor/dispositivo de vidro– Linhas de fluxo de gás

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• INJETOR (Formato geral)

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• INJETOR:• INJETOR: SPLIT/SPLITLESS : Vantagem :

Previne introdução de compostos não voláteis da amostra.

• Desvantagem: Discriminação dos compostos com alto ponto de ebulição e termicamente instáveis; Dois modos de injeção em um único injetor.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• INJEÇÃO:• INJEÇÃO SPLIT: Para amostras com

concentrações mais altas. Razão Split = Fluxo de que sai por Split / Fluxo da Coluna.Vantagem: Pico com bom formato

• INJEÇÃO SPLITLESS: Para compostos de nível traço.

• Bom para amostras semi-voláteis (pontos de ebulição do analito são acima de ~150ºC).

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

INJETOR ON-COLUMN (OCI):• Toda amostra é introduzida diretamente na coluna.• Amostra pode ser introduzida a temperatura

relativamente baixa. • Temperatura do injetor pode ser programada

(rampa). Por ex.: 50ºC (0.1min) →→→→ 100 º C/min →→→→ 280ºC (20min).

• Não ocorre o “splitting” da amostra• Sem discriminação dos compostos com alto ponto

de ebulição.• Minimiza decomposição de compostos

termicamente instáveis.• Rápida contaminação da coluna por compostos não

voláteis.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• QUALIDADE DA INJEÇÃO :• Injeção de amostra para dentro da fase móvel

sem dispersão da amostra ou tailing (efeito cauda)

• Vaporizar todos solutos instantaneamente sem decomposição térmica

• Evitar difusão de componentes da amostra na fase móvel

• Não tenha contaminação da amostra• Não tenha perda da amostra

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

INJETORES PARA COLUNAS CAPILARES.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• TEMPERATURA DO INJETOR: Deve ser suficientemente elevada para que a amostra vaporize imediatamente, mas sem decomposição.

• REGRA GERAL: Acima da temperatura de ebulição do componente menos volátil (Tinj = 50 oC ).

• VOLUME INJETADO: Depende do tipo de coluna e do estado físico da amostra.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

SISTEMA DE INJEÇÃO/EXIGÊNCIAS• Usar quantidade de amostra tão pequena

quanto possível (<1ml).• Temperatura no injetor dever ser controlável,

constante e a recomendável pelo fabricante.• A amostra deve vaporizar Instantaneamente:

– controlar a temperatura do injetor.• O sistema de injetor é frequentemente fonte de

assimetria dos picos:– Sujidade/demasiada→amostra/temperatura

insuficiente.• A amostra não deve conter resíduos não

voláteis.

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CG – COLUNA - FE – INJETORES

• SISTEMA DE INJEÇÃO/EXIGÊNCIAS (Cont.)• O septo é fonte de problemas:

– Vedação incompleta (perda de amostra / descriminação).

– Liberação de impurezas (picos estranhos à amostra).– O septo novo deve ser pré-aquecido durante várias

horas.• O injetor deve ser limpo frequentemente.• A divisão da amostra (“splitter”) - pode ser fonte d e

discriminação entre solutos de diferentes volatilidades

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

DESENHO

(COLUNA/SEPARAÇÃO/DETECÇÃO)

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• Operação pela qual uma mistura édividida em pelo menos duas frações com diferentes composições.

• É obtida por meios físicos embora reações químicas podem ser envolvidas no processo.

• Os métodos físico-químicos de separação são baseados na utilização de alguma propriedade física das substâncias a serem separadas.

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

PRINCIPAIS TIPO DE SEPARAÇÃO• Destilação fracionada:

– Diferença de ponto de ebulição (diferença na pressão de vapor)

• Destilação por arraste a vapor: – Diferenças de solubilidades

• Cristalização/Recristalização:– Diferenças de solubilidades

• Derivados:– Preparação de derivados (Ex. Oximas)

• Extração com solvente:– Diferença na constante de distribuição (partição) dos

componentes em dois solventes imiscíveis entre si. • Cromatografia:

– Diferença de afinidade das substâncias por um material ativo ou adsorve

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• SEPARAÇÃO EM COLUNA• ANTES DE COLOCAR A FASE MOVEL (FM)

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130

CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• ÍNICIO DA FASE MÓVEL (Líquida ou gás)

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• LINHA BASE

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .PASSAGEM PELO DETECTOR

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• .

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

COMPORTAMENTO NA COLUNA• Amostra gasosa ou liquida volatilizada é introduzida

na corrente do gás de arraste que a leva sobre a FE numa coluna.

• Os constituintes se distribuem entre FE e FM, movendo-se a porção que está na fase vapor com o gás de arraste. Podem ser separados e saem da coluna em tempos diferentes característicos da coluna e das condições experimentais (vazão da FM, Temp.).

• Ao sair da coluna, os constituintes, separados, passam por um dispositivo onde são detectados, emitindo um sinal elétrico que é registrado, constituindo o que se denomina cromatograma.

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• CROMATOGRAMA

t 0

t1

t2

w w1 2

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

• IMPORTÂNCIA DA CG• Velocidade

– Cromatografos convencionais Cromatografos com sistema para Fast CG; Módulo para EZ Flash acoplado a CG convencional.

• Poder de resolução– Capacidade de separar adequadamente os

constituintes da amostra.

• Manuseio de pequenas quantidades de amostra: (10-9 – 10-15g)

• Simplicidade da técnica

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CG – COLUNA - FE – FM - SEPARAÇÃO

COMPARAÇÃO CG/HPLC

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CROMATOGRAFIA

PRATOS TEÓRICOSE

SEPARAÇÃO(CG e HPLC)

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS• EFICIÊNCIA:• Número de pratos teóricos (N)

– Cada “N ” → uma etapa de equilíbrio entre FE e FM– Quanto > N →→→→ > Eficiência = maior separação (picos

mais estreitos) – Quanto < N →→→→ < Eficiência = menor separação (picos

mais largos)

Equação de “N”

N = 16 (dr/Wd) 2

N = 5,54 (dr/Wh) 2

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

EFICIÊNCIA:– N = numero de pratos teóricos– dr = distancia de retenção (tempo de retenção) – Wd = largura do pico na linha de base– Wh = Largura a meia altura

• Altura equivalente a um prato teórico (H)– Comparação entre colunas de comprimentos

diferentes:

Equação de “H”H = L/N

L = comprimento da coluna

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS• Eficiência: Dados para o cálculo de “N”

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

• Eficiência • Dados para o cálculo de “N” ou “n”• O parâmetro diretamente mensurável de retenção de um

analito é o TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, T R’:• TR = Tempo de Retenção (tempo decorrido entre a

injeção e o ápice do pico cromatográfico);• TM = Tempo de Retenção do Composto Não-Retido

(tempo mínimo para um composto que não interaja com a FE atravesse a coluna);

• TR’ = Tempo de Retenção Ajustado (tempo médio que as moléculas do analito passam sorvidas na FE)

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

• .

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS• TEMPO DE RETENÇÃO (TR)• Por definição chamamos de TEMPO DE

RETENÇÃO, (TR), de uma substância ao tempo decorrido desde o instante em que a amostra foi introduzida até o instante do máximo do pico. (onde (To) é o tempo de retenção de um composto não retido na fase estacionária)

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOSTEMPO DE RETENÇÃO (tr)

• Na análise cromatográfica, mantido constantes a vazão da fase móvel e a temperatura da coluna, o tempo de retenção de cada componente é constante, desde que a FE não sofra modificação.

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOSPARÂMETROS CROMATOGRÁFICOS

• A partir da figura, definimos os seguintes parâmetros cromatográficos de acordo com as equações a seguir:

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

PARÂMETROS CROMATOGRÁFICOSFATOR DE RETENÇÃO (ou FATOR CAPACIDADE)

• Onde:• t’r é o tempo de retenção corrigido • tO é o tempo de retenção de um composto não

retido.

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CROMATOGRAFIA - PRATOS TEÓRICOS

• EFICIÊNCIA• Relação entre resoluç ão, seletividade e eficiência

• a – Resolução - Ruim• Seletividade - Ruim • Eficiência - Ruim

• b – Resolução - Boa• Seletividade - Boa • Eficiência - Ruim

• c – Resolução - Boa• Seletividade - Boa • Eficiência - Boa

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CROMATOGRÁFIA

ANÁLISES

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• tR= tempo de retenção.

• tm = tempo morto- tempo que a FM leva para percorrer a coluna

• t´R = tempo de retenção corrigido = tR-tm

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

ANÁLISE QUALITATIVA• a) Comparação do tR com a do composto padrão

– Identifica de forma aproximada, pois 2 componentes podem apresentar mesmo Tr.

– Confirmar o resultado: outra técnica ou testar colunas diferentes.

• b) Adição de padrão • Adicionar o composto que se imagina presente

– aumenta na altura do pico → confirma– aumento na largura do pico → não é o composto

• c) Índice de Kovats (comparar c/ literatura)

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

ANÁLISE QUANTITATIVA• Avaliar: análise qualitativa, exatidão e precisão.• Causas de erro : perdas mecânicas, amostra volátil,

contaminação. • Integração dos picos.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO• a) Normalização: compara a área com a % da

composição da mistura%A = (área A / área total) x 100

• b) Calibração externa: curva de calibração: A x C• c) Padronização interna: adição de quantidade

conhecida de um padrão na amostra Ax /A PI x C • d) Adição de padrão. • Aplicação Analítica: Áreas: ambiental;

farmacêutica; alimentícia; petroquímica, medicina,

pesquisa, ...

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• CROMATOGRAMA.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

Indices de Kovats / indices de retenção• Os índices de retenção são importantes para

assegurar a identificação e intercomparação de resultados com base de dados.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

Indices de Kovats / indices de retenção

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

MÉTODOS DE DETECÇÃO QUALITATIVOS• Cromatografia Gasosa com Detecção

Espectrométrica de Massas (CG-EM).• Cromatografia Gasosa com Detecção

Espectrométrica por Emissão Atômica (CG-EA).• Cromatografia Gasosa com Detecção

Espectrométrica por Absorção no Infra-Vermelho (CG-EIV).

• OBS.: Identificação muito confiável quando combinados a técnicas de identificação baseadas em retenção.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISESTERMOS E SÍMBOLOS MAIS USADOS CG

• tR= tempo de retenção de cada componente.• Tm = T0 = tempo de retenção de um

componente não retido (não tem afinidade) pela fase estacionária => tempo morto.

• K= fator de retenção = (tR-tM)/TM.

• As= assimetria do pico (divide-se o pico ao meio e faz-se a razão entre os dois segmentos).

• T= fator de cauda (tailing factor) – substitui a As geralmente.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

TERMOS E SÍMBOLOS MAIS USADOS CG

• α = fator de seletividade=(tR2-tM)/ (tR1 – tM)• T= tailing factor= fator de cauda.• N= eficiência= número de pratos• Rs= resolução entre os picos.• H= altura equivalente (utilizado para

comparar eficiência de colunas de diferentes comprimentos)= L/N

• Alargamento de banda.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• EXEMPLO:

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES• CLASSIFICAÇÃO QUANTO A TEMPERATURA• Cromatografia gasosa com programação de

temperatura. – Variação linear ou não – Melhora a separação – Diminui o tempo de análise

• Temperaturas menores→Solutos mais voláteis • Temperaturas maiores→Solutos menos

voláteis – maior simetria nos picos – melhor detectabilidade– Amostra composta de substancias com grandes

diferenças em seus pontos de ebulição.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

CG ISOTERMICA DA MISTURA DE ÁLCOOIS• Cromatografia gasosa isotérmica • –A temperatura da coluna permanece constante

durante a análise

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISESCG COM TEMPERATURA PROGRAMADA

• Cromatografia gasosa com programação de temperatura.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES• CÁLCULOS/ANÁLISES

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• ANÁLISES (K = FATOR DE RETENÇÃO)

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• ANÁLISES

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• ANÁLISES (AVALIAÇÃO DOS PICOS)

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES• ANÁLISES: De acordo com a fórmula de

Resolução• Para Rs aumentar, a diferença entre o tR de

dois picos adjacentes deve aumentar ou as larguras (w) dos picos deve diminuir.

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CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

• ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEÓRICO(H)“Tamanho” de cada estágio de equilíbrio.

• Valores de H para colunas capilares e empacotadassão próximos. Mas na capilar L é muito maior então são mais eficientes.

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QuantificaQuantifica çção da eficiênciaão da eficiência

CROMATOGRÁFIA - ANÁLISES

ALTURA EQUIVALENTE A UM ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEPRATO TEÓÓRICORICO (H) (H)

“Tamanho” de cada estágio de equilíbrio

Valores de H para colunas capilares e empacotadas são próximos, mas como L para capilares é MUITO maior tipicamente elas são mais eficientes

(L = comprimento da coluna)

Valores típicos de H e N:dC df H N

0,10 0,25 0,081 3703700,25 0,25 0,156 1923080,32 0,32 0,200 1500000,32 0,50 0,228 1315790,32 1,00 0,294 1020410,32 5,00 0,435 689660,53 1,00 0,426 704230,53 5,00 0,683 43924

2,16 10% 0,549 36432,16 5% 0,500 4000

Capilares, L = 30 m

Empacotadas, L = 2 m

• dc = Diâmetro da coluna• df = Espessura da FE em mm

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CROMATOGRÁFIA

• Termos e símbolos mais usados• tR= tempo de retenção de cada componente;• tM= tempo de retenção de um componente não

retido (não tem afinidade) pela fase estacionária => tempo morto;

• K= fator de retenção= (tR-tM)/tM;• As= assimetria do pico (divide-se o pico ao meio e

faz-se a razão entre os dois segmentos);

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CROMATOGRÁFIA• Termos e símbolos mais usados (Cont.)• T= fator de cauda (tailing factor) – substitui a As

geralmente;• α = fator de seletividade=(tR2-tM)/ (tR1 – tM)• T= tailing factor= fator de cauda;• N= eficiência= número de pratos;• Rs= resolução entre os picos;• H= altura equivalente (utilizado para comparar

eficiência de colunas de diferentes comprimentos) = L/N

• Alargamento de banda

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS• Termos e símbolos mais usados (Cont.)• Amostra : Porção de um determinado material que

representa a totalidade.• Analito : Espécie (iônica, atômica ou molecular) que se

deseja determinar em uma amostra.• Matriz : Conjunto de todos os constituintes que

compõem uma amostra.• Detector : Dispositivo mecânico, elétrico ou químico que

identifica, registra ou indica uma alteração em uma das variáveis na sua vizinhança (pressão, temperatura, etc.).

• Sistema de detecção : Conjunto inteiro que indica ou registra as quantidades físicas ou químicas.

• Transdutor : Dispositivo que converte informação de domínio não-elétrico em informação de domínio elétrico e vice-versa (microfone, fotocélulas, etc.).

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS

• Termos e símbolos mais usados (Cont.)Sensor : Dispositivo analítico capaz de monitorar espécies

químicas específicas de forma contínua e reversível (eletrodo de vidro, QCM, etc.). Equivale ao transdutor associado a uma fase de reconhecimento quimicamente seletiva.

Curva analítica : Representação gráfica da resposta do instrumento (sinal analítico) em função da concentração do analito proveniente de soluções-padrão (padrão externo). Também chamada de curva de trabalho ou curva de calibração.

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS

• Termos e símbolos mais usados (Cont.)• Branco (br) : Sinal do instrumento para matriz

(ou imitação) na ausência do analito ou de uma espécie que corresponda ao analito.

• Limite de detecção (LD ou Cm) : Concentração ou massa mínima do analito que pode ser detectada em um nível confiável.

• Sm = Sbr + k sbr (valor mais aceito k = 3)• onde Sm e Sbr são o sinal analítico mínimo e do

branco e s é o desvio padrão do branco.

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS• Termos e símbolos mais usados (Cont.)• Limite de quantificação (LQ) : Considera-se ser a

concentração para a qual o sinal analítico excede em 10 desvios padrões o sinal do branco.

• Limite de resposta linear (LRL) : Concentração limite a partir da qual não é mantida a linearidade.

LQ

LRL

cm

FOT

Sin

al

Ana

lític

o

Concentração

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS

• Faixa linear de trabalho (FLT) ou Faixa ótima de trabalho (FOT) ou Faixa dinâmica : Faixa de concentração que se estende de LQ até LRL.

-10 -5 0 5 10 15 20 250,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2y = 0,0382x + 0,2412R2 = 0,9999

Sin

al a

nalít

ico

Volume de solução do padrão, mL

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS

• Termos e símbolos mais usados (Cont.)Método do padrão interno : Consiste em adicionar uma

substância em quantidade constante a todas as amostras, aos brancos e aos padrões de calibração em uma análise. Compensa diversos tipos de erros, aleatórios ou sistemáticos.

Método de adição de padrão : Consiste em uma série de medidas envolvendo a adição de incrementos de uma solução-padrão do analito à alíquotas da amostra de mesmo volume com a finalidade de corrigir a interferência da matriz sobre o sinal analítico.

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS• Termos e símbolos mais usados (Cont.)Repetibilidade : Grau de concordância entre resultados

independentes obtidos com o mesmo método para um material de teste idêntico sob as mesmas condições(mesmo operador, mesmo equipamento, mesmo laboratório em um pequeno intervalo de tempo).

Reprodutibilidade : Grau de concordância entre resultados independentes obtidos com o mesmo método para um material de teste idêntico sob diferentes condições(diferentes operadores, diferentes equipamentos, diferentes laboratórios e após diferentes intervalos de tempo). A medida da reprodutibilidade é o desvio padrão qualificado com o termo

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CROMATOGRÁFIA/TERMOS USUAIS

• Termos e símbolos mais usados (Cont.)Reprodutibilidade : Em alguns contextos

reprodutibilidade pode ser definida como o valor abaixo do qual a diferença absoluta entre dois resultados individuais com um material idêntico, obtido nas condições acima, aconteçam com a mesma probabilidade especificada. Note que uma declaração completa de reprodutibilidade exige a especificação das condições experimentais que diferem.

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CROMATOGRAFIA - ANÁLISE QUANTITATIVA

• ANÁLISE QUANTITATIVA• Sensibilidade: quanto mais inclinada a curva de

calibração mais sensível é o método (diferença de sinal é maior com menores diferenças de concentração)

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CROMATOGRAFIA - ANÁLISE QUANTITATIVA

• Faixa linear: região da curva de calibração na qual o sinal possui uma relação linear com a concentração.

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CROMATOGRAFIA

ALGUMAS FASES

ESTACIONÁRIAS

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLI(14%CIANOPROPILFENIL-86%DIMETILSILOXANE)

• Polaridade intermediária. Fase ligada.• Grupo ciano torna a fase mais susceptível a danificação

por oxigênio e umidade do que outras fases de silicone. Pode ser lavada. Faixa de temperatura: sub ambiente a 280º C.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA?ESTRUTURAS• POLI(14%CIANOPROPILFENIL-86%DIMETILSILOXANE)

• APLICAÇÕES:

• Aplicações típicas: pesticidas, semivoláteis, esteróides, ac. orgânicos, álcoois, pahs, pcbs, aroclor, tranquilizantes.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLI(6%CIANOPROPILFENIL-94%DIMETILSILOXANE)

• Fase polaridade média. Fase ligada.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLI(6%CIANOPROPILFENIL-94%DIMETILSILOXANE)

• APLICAÇÕES:• Fase desenvolvida para análises de

compostos organo-voláteis, halogenados,• não halogenados e aromáticos pela

técnica de purge&trap como contaminantes em ar, água potável, e efluentes e solos.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLIETILENOGLICOL(CARBOWAX 20M)• Fase polar. Fase quimicamente compatível com água e

outros solventes, porém solventes como o metanol e água devem ser vaporizados no injetor antes de alcançar a Coluna, portanto evite usar com injeção oncolum.

• Pode ser lavada. Faixa de temperatura: 35 a 280º C.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• POLIETILENOGLICOL(CARBOWAX 20M)

• APLICAÇÕES:• Alcóois aromáticos(btex), glicois, fame, ac.

Graxos, fenois, flavorizantes, fragâncias.

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• Coluna Capilar de Parede Recoberta

(WCOT): FE líquida sobre a parede interna da coluna.

• Coluna Capilar Recoberta com um Suporte (SCOT): FE liquida recobrindo um suporte sólido que se encontra preso na parede interna da coluna.

• Coluna Capilar com camada porosa (PLOT): FE sólida sobre a parede interna da coluna. (Ex. Alumina/KCl).

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CG – COLUNA - FE - SEPARAÇÂO

• FASE ESTACIONÁRIA/ESTRUTURAS• As colunas PLOT foram desenvolvidas

para substituir colunas empacotadas com fases estacionárias sólidas, com o objetivo de proporcionar maior número de pratos da coluna e consequentemente melhor resolução dos analitos.

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CROMATOGRAFIA

• FIM

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199

CROMATOGRAFIA

• BIBLIOGRÁFIA• SKOOG, D. A; HOLLER, F. J.; NIEMAN,

T. A. . Princípios de Análise Instrumental , 5ª edição, Editora Bookman, 2006.

• COLLINS, H. C.; BRAGA, G. L.; BONATO, P. S. . Fundamentos de Cromatografia, Editora Unicamp, 2006.

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200

CROMATOGRAFIA

• BIBLIOGRÁFIA

• HARRIS, D. C. . Análise Química Quantitativa , Sétima Edição, ltc(Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda), Rio de Janeiro, (Tradução de 7th ed

Quantitative Chemical Analysis), 2008.

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