Coluna

A coluna é considerada o coração do sistema cromatográfico, pois é onde ocorre o processo de separação dos analitos. Nela se encontra a fase estacionária que interage seletivamente com os componentes da amostra realizando a separação [32].

A afinidade de um soluto pela fase móvel é determinada pela estrutura molecular, volatilidade do soluto, sua pressão de vapor e da temperatura. Se o componente não interagir com a fase estacionária, ele se movimentará através da coluna, conduzido pelo gás de arraste em um tempo relativamente curto. Se

Cilindro do gás de arraste Contr ole da vazão Injetor Detector Regis trado r Colun a Cilindro do gás de arraste Contr ole da vazão Injetor Detector Regis trado r Colun a Forno Cilindro do gás de arraste Contr ole da vazão Injetor Detector Regis trado r Colun a Cilindro do gás de arraste Contr ole da vazão Injetor Detector Regis trado r Colun a Forno

o componente interagir com a fase estacionária, um tempo mais longo será necessário para a amostra percorrer a coluna. Componentes diferentes de uma solução interagirão em graus diferentes com a coluna e então a deixarão com tempos diferentes. Se todos os componentes de uma amostra forem igualmente compatíveis com a fase estacionária, a ordem de saída coluna é determinada pelos pontos de ebulição dos componentes, ou seja, os mais voláteis saem primeiro. [31-34].

A programação de temperatura é muito importante na separação cromatográfica. Se a temperatura da coluna for excessivamente baixa, todos os constituintes da amostra terão pressões de vapor muito baixas e ficarão quase todo o tempo dissolvidos ou adsorvidos na fase estacionária, fazendo com que a sua migração pela coluna seja muito lenta. O resultado pode ser um tempo excessivo de análise e picos muito largos e pouco intensos. Por outro lado, uma temperatura muito alta implica pressões de vapor também muito grandes e os compostos quase não passam tempo nenhum dissolvido ou adsorvidos na fase estacionária, saindo muito rapidamente da coluna sem serem separados. Assim, a temperatura da coluna é uma condição que deve ser ajustada para se obter uma determinada separação [31-34].

No caso de amostras contendo constituintes com pressões de vapor muito diferentes, se a temperatura for ajustada para separação adequada dos compostos menos voláteis (temperaturas altas), eles serão muito pouco retidos e não serão separados. Por outro lado, se o ajuste for feito para separar os voláteis (temperaturas baixas), os constituintes pesados se apresentarão sob a forma de picos excessivamente largos e pouco intensos ou ficarão retidos na coluna. Este problema pode ser contornado usando a programação de temperatura (PT) através da qual a temperatura da coluna vai sendo aumentada gradualmente (rampa de aquecimento) durante a análise e pode permanecer estacionada em determinados valores no início durante e no final da análise. A PT permite separações de amostras muito complexas (petróleo, óleos essenciais, etc.), impossíveis de serem separadas com temperatura de coluna constante (GC Isotérmica) [32].

As colunas podem ser classificadas em empacotadas e capilares, como mostra a Figura 3.

(a) (b)

Figura 3. Colunas (a) empacotada e (b) capilar [38].

As colunas empacotadas são construídas preferencialmente com níquel aço inox ou vidro. Os comprimentos das colunas variam entre 0,5 a 5 m e os diâmetros variam entre 3 a 6 mm. No caso da cromatografia por partição, a fase estacionária apresenta-se como filme ou película, com espessura de aproximadamente 10 μm, sobre um suporte sólido inerte finamente dividido dentro da coluna (enchimento da coluna). Se o material de enchimento não for colocado na coluna de forma compacta e uniforme, os espaços vazios resultantes funcionarão como câmaras de diluição para a amostra, resultando em picos mais largos e menor eficiência na separação [31-34].

As colunas capilares são fabricadas depositando-se um filme finíssimo de 0,1 a 5 mícrons de espessura de fase estacionária nas paredes de um tubo capilar. Este pode de aço inoxidável, vidro, níquel e, de preferência, sílica fundida que é altamente inerte, pura e permite produzir colunas flexíveis. O diâmetro externo das colunas capilares varia de 0,1 a 0,5 mm e o seu comprimento entre 5 e 100 m [32,34].

São disponíveis vários tipos de colunas capilares (Figura 4). As colunas

capilares com parede recoberta (WCOT – wall-coated open tubular) possuem parede interna do capilar recoberta com um filme da fase estacionária. Nas colunas capilares com suporte recoberto (SCOT – support-coated open tubular), a parede interna do capilar é recoberta com uma camada de um adsorvente (suporte) recoberto com a fase estacionária líquida. Se a parede do capilar for recoberta apenas com uma camada do adsorvente que, neste caso,

é a própria fase estacionária, têm-se as colunas capilares com camada porosa (PLOT – porous-layer open tubular) [33].

Figura 4. Colunas (a) empacotada; (b) WCOT; (c) SCOT e (d) PLOT [34].

A eficiência das colunas capilares é de diversas ordens de grandeza superior à das colunas empacotadas, pois há um aumento significativo no número de pratos teóricos, definidos como o equilíbrio entre a permanência do analito na fase móvel e na fase estacionária. A pressão de trabalho nas colunas capilares é muito menor que em colunas empacotadas e o comprimento da coluna é muito maior. Outras vantagens no uso de colunas capilares sobre as empacotadas estão na eliminação do alargamento de bandas devido a irregularidades no enchimento, menores vazões da fase móvel, bem como análises mais rápidas (difusão mais rápida das moléculas, pois o tubo capilar é aberto, sem recheio) [32].

As colunas capilares devem apresentar estabilidade física e química. A primeira refere-se à homogeneidade do filme depositado sobre as paredes do capilar, pois altas velocidades do gás de arraste tendem a deslocar o filme tornando-o não-homogêneo possibilitando a formação de bolhas. A instabilidade química ocorre quando as fases, em altas temperaturas ou em contato com a superfície ativa dos capilares, sofrem decomposição, formando produtos que são arrastados para fora da coluna, causando uma instabilidade da linha base, que consiste no sinal do detector quando só passa o gás de arraste [32-34].