Caracterizações de suportes monolíticos capilares

A caracterização do suporte monolítico pode fornecer informação essencial para interpretação do desempenho cromatográfico de uma fase estacionária e também para indicar quais características do suporte poderiam ser modificadas para obter melhor desempenho. Dentre algumas das características de um suporte que influenciam nas propriedades cromatográficas de uma coluna estão: sua área superficial, porosidade, distribuição de tamanhos de poros e a forma do esqueleto da estrutura. A área superficial do material influencia expressivamente na capacidade retentiva da coluna, uma vez que quanto maior a área superficial, maior a possibilidade de interação entre a fase estacionária e os solutos. A distribuição do tamanho dos poros indica a homogeneidade da estrutura. Quanto menor for a variação nos tamanhos dos poros, mais homogêneo serão os perfis de fluxo dentro da coluna, resultando em uma banda cromatográfica menos dispersa. O tamanho médio dos macroporos também indica a permeabilidade do

Densidade da fase ligada C18 (µmol m-2₎

F a to r d e r ete n çã o Cafeína Fenol

material, a qual mede a facilidade que a fase móvel permeia a coluna. Uma das técnicas mais utilizadas para a caracterização morfológica de suportes monolíticos é a microscopia eletrônica de varredura.

1.7.1. Microscopia eletrônica de varredura (SEM)

A SEM é uma técnica que permite obtenção de imagens da superfície de um material, com ampliações suficientes para observar detalhes até mesmo da ordem de nanômetros, sendo, portanto, uma técnica útil para caracterizar a forma do esqueleto do suporte dentro de um capilar. Além disso, imagens de SEM fornecem informação semi-quantitativa sobre a distribuição de tamanho de macroporos, mas é importante ressaltar que estas imagens representam apenas uma seção da coluna.

O princípio de funcionamento de um microscópio eletrônico de varredura é ilustrado na Figura 21.

Figura 21 – Princípio de funcionamento um microscópio eletrônico de varredura.

Um feixe de elétrons, que pode ser gerado por um filamento de alguma liga metálica mantida sob alta voltagem (1-50 kV) é direcionado para a amostra através de lentes magnéticas. Quando os elétrons atingem a amostra, estes a penetram e são defletidos sobre amostra. Estes elétrons defletidos são coletados por um detector, para gerar a imagem.

É necessário que todo o sistema seja mantido sob vácuo para evitar choque dos elétrons com as moléculas de gases e também a oxidação do filamento da fonte de elétrons.

Os elétrons que penetram pouco na amostra e defletem com baixa energia são chamados de elétrons secundários. Estes elétrons são a principal

Filamento de tungstênio Lentes eletromagnéticas Feixe de elétrons Tratamento de dados eletrônicos Amostra

Coletor de elétrons retroespalhados

fonte capaz de formar uma imagem que represente a topografia do material, uma vez que são facilmente coletados por um dispositivo carregado positivamente e sua energia varia com a profundidade e inclinação da superfície da qual defletiram. Já os elétrons que penetram mais na amostra e defletem com alta energia são chamados de elétrons retroespalhados. Estes também fornecem informação sobre a topografia, mas são mais dificilmente coletados, uma vez que possuem alta energia e não podem ser atraídos facilmente por um campo elétrico.

Para uma amostra ser analisa por SEM, esta deve ser capaz de conduzir os elétrons recebidos, caso contrário, a amostra torna-se carregada, o que resulta em deformações na imagem formada. Portanto, além de ser capaz de conduzir os elétrons, a amostra deve estar aterrada. No caso de amostras compostas por metais, praticamente nenhum preparo da amostra é necessário. Já para amostras que são isolantes elétricos, é necessário que a amostra receba um pré-tratamento, o qual recobre sua superfície com uma fina camada de algum metal. Dentre os metais frequentemente utilizados para esta finalidade estão ouro, prata, paládio, ósmio e ligas destes metais [50].

1.7.2. Caracterização quantitativa da permeabilidade de um suporte cromatográfico

A alta permeabilidade é uma das principais vantagens dos suportes monolíticos e a caracterização quantitativa desta propriedade pode ser realizada de forma relativamente prática, utilizando medidas facilmente obtidas com o próprio sistema cromatográfico e baseando-se na chamada lei de Darcy (Equação 14), que estabelece que a vazão de um líquido através de um meio poroso é maior quanto maior for a diferença de pressão que este líquido é submetido.

𝑄 = 𝐾′ΔP

𝐿 (Equação 14)

Onde Q é a vazão, K’ é uma constante de proporcionalidade, que se refere à características do meio poroso e do líquido que o permeia, L é o comprimento do

Esta equação foi estabelecida por Henry Darcy em 1956, que se referia a um filtro vertical, composto por um leito poroso constituído de sedimentos [51]. Adicionando a viscosidade do líquido à equação, a constante de proporcionalidade K’ passa a referir-se apenas às propriedades do meio poroso e sendo chamada de K, permeabilidade intrínseca do material (Equação 15).

𝐾 =Q L η

ΔP (Equação 15)

Onde Q é a vazão, K é a permeabilidade do meio, η é a viscosidade do líquido, L é o comprimento do filtro e ΔP é a diferença de pressão entre a entrada e saída do filtro.

Portanto, a partir da Equação 15, a permeabilidade de uma coluna cromatográfica pode ser obtida conhecendo valores facilmente obtidos, como a viscosidade da fase móvel, o comprimento da coluna e a vazão e a pressão no sistema cromatográfico. A Equação 15 também pode ser escrita em função da velocidade superficial do fluxo, que é a razão da vazão pela área da seção transversal da coluna [18]. A permeabilidade intrínseca do material também pode ser definida em função da porosidade do material, de acordo com a equação de Blake-Kozeny (Equação 16) [52].

𝐾 = 1

150

𝑒3 (1−𝑒)2𝑑𝑝

2 _{(Equação 16)}

Onde K é a permeabilidade, 𝑒 é a porosidade externa do suporte e dp é o