Cromatografia gasosa

A cromatografia gasosa é uma técnica para separação e análise de misturas de substâncias voláteis ou semivoláteis. A fase móvel é constituída de um gás e a fase estacionária pode ser: um sólido adsorvente (Cromatografia Gás-Sólido); um filme de um líquido pouco volátil, suportado sobre um sólido inerte (Cromatografia Gás-Líquido com Coluna Empacotada ou Recheada); ou sobre a própria parede do tubo (Cromatografia Gasosa de Alta Resolução).

O princípio da técnica de cromatografia a gás consiste no transporte da amostra por uma corrente de gás através de uma coluna empacotada ou uma coluna capilar. Devido a sua simplicidade, sensibilidade e efetividade para separar os componentes de misturas, a cromatografia de gás é amplamente usada para análises quantitativas e qualitativas de espécies químicas e para determinar constantes termoquímicas tais como calores de solução e vaporização, pressão de vapor e coeficientes de atividade.

O método consiste primeiramente na introdução da mistura de prova ou amostra em uma corrente de gás inerte (normalmente hidrogênio, hélio, nitrogênio ou argônio) que atuará como gás de arraste. As amostras líquidas vaporizam-se antes da injeção no gás de arraste. O fluxo de gás passa pela coluna através da qual os componentes da amostra se deslocam a velocidades influenciadas pelo grau de interação de cada componente com a fase estacionária não volátil. As substâncias que têm a maior interação com a fase estacionária da coluna são retidas por mais tempo e, deste modo, são separadas daquelas de menor interação. À medida que as substâncias eluem da coluna podem ser quantificadas por um detector e/ou tomadas para outra análise (CIOLA, 1973; KARASEK; CLEMENT, 1988).

As colunas utilizadas na cromatografia gasosa podem ser de dois tipos: empacotada ou capilar. Na coluna empacotada a fase estacionária é depositada sobre um suporte poroso que ocupará toda a extensão da coluna. Já as colunas capilares são classificadas em WCOT (coluna tubular aberta com parede revestida), onde a fase estacionária está sob a forma de filme líquido na parede interna do tubo; SCOT (coluna capilar com suporte recoberto) onde a fase estacionária é quimicamente ligada a um suporte finamente dividido; e PLOT (coluna em camada porosa aberta tubular) onde a fase estacionária é um sólido finamente dividido. O surgimento das colunas capilares foi muito importante para a aplicação da cromatografia gasosa, pois resultou no aumento da eficiência das separações cromatográficas e, ao mesmo

tempo, concorreu para o desenvolvimento de novas fases estacionárias, termicamente mais resistentes e seletivas (DA SILVA et al., 2003).

Na cromatografia a gás são utilizados diversos tipos de detectores como: ionização por chama (DIC); condutividade térmica (DCT); captura de elétrons (DCE); espectrômetro de massas (EM); entre outros. O detector de espectrometria de massas é muito empregado na análise de amostras desconhecidas, como é o caso do óleo pirolítico.

A escolha do gás de arraste depende do tipo de detector que é utilizado e dos componentes a determinar. Entretanto, esses gases devem ser de alta pureza e quimicamente inertes.

2.6.4.1 Cromatografia gasosa com detector espectrométrico de massas A técnica acoplada de cromatografia gasosa e espectrometria de massa tem como principal característica a combinação de técnicas de separação (cromatografia) e de identificação (espectrometria), possibilitando uma quantificação com menos interferências. Os componentes do espectrômetro de massas podem ser divididos conforme mostra a Figura 4.

Figura 4 – Componentes do espectrômetro de massas.

Fonte: AZEVEDO, 2004.

A fonte é responsável pela geração dos íons. A ionização por impacto eletrônico é o modo mais comum de operação nos espectrômetros de massa. Nesse modo o filamento é aquecido para gerar elétrons com energia suficiente para provocar a ionização dos

compostos de interesse, mediante impacto com elétrons ionizantes. Os íons formados são direcionados para o analisador, cuja função é separá- los de acordo com sua relação massa/carga (m/z). Após esse processo, a identificação de cada composto é feita pela comparação do espectro de massas com os espectros presentes em uma biblioteca do equipamento, utilizando um software apropriado (HOFFMANN; STROOBANT, 2007).

Os analisadores de massa podem ser de diferentes tipos como: armadilha de íons, quadrupolo, tempo de voo, magnéticos e eletromagnéticos, entre outros.

No sistema de armadilha de íons (ion trap) um feixe de elétrons de alta energia bombardeia a amostra, em fase gasosa, e o aparelho detecta e registra os fragmentos gerados pelo impacto dos elétrons. A partir do valor da massa molecular de cada um dos fragmentos, monta- se a molécula. Os fragmentos gerados podem ser íons, radicais ou moléculas neutras. No aparelho são detectados apenas os fragmentos catiônicos (íons positivos) e os íons moleculares, de carga unitária. Estes íons possuem alta energia e são capazes de romper ligações covalentes, fragmentando-se em pedaços menores (ATKINS; JONES, 2001). Os gases de arraste utilizados podem ser: hélio (He), nitrogênio (N2) e argônio (Ar). O hélio é o principal gás de arraste, pois é estável, não reativo e possui baixo peso molecular.

O sistema quadrupolo é composto por dois pares de cilindros, paralelos e equidistantes, nos quais são aplicadas diferenças de potencial (ddp) alternadas (RF) e contínuas (DC). As ddp são aplicadas de modo que em um dos pares o potencial elétrico combinado seja positivo e no outro negativo com igual amplitude. Os íons de massa ao entrarem no quadrupolo são atraídos com força proporcional a sua carga (z) e à intensidade do campo elétrico, adquirindo movimento acelerado para o cilindro de potencial negativo. Ao mudar a RF para o semiciclo positivo o íon se afasta e assim avança seguindo trajetória em espiral. Deste modo, ao selecionar uma combinação de potenciais RF e DC apropriada apenas íons ressonantes, isto é, de razão m/z específica, com o campo elétrico oscilante serão capazes de percorrer todo quadrupolo e alcançar o detector (McMASTER, 2008).

O sistema quadrupolo tem maior seletividade quando comparado ao sistema de armadilha de íons devido às características do modo de operação. O sistema de armadilha de íons armazena um grande número de íons, com uma faixa específica de m/z, em uma armadilha aprisionando-os dentro da mesma. Devido à eficiência no armazenamento de íons, esse sistema é mais sensível para a

identificação de compostos, em contraste com o tipo quadrupolo, aonde a maior parte dos íons nem chega a alcançar o detector (AGÜERA; KOK, 2005). No entanto, o sistema quadrupolo, devido à sua seletividade, é mais sensível para a quantificação de compostos.

Na cromatografia a gás os componentes da mistura são eluídos em diferentes tempos de retenção a partir da coluna cromatográfica. Quando se utiliza um espectrômetro de massas, como detector, são produzidos cromatogramas compostos com uma grande quantidade de espectros de massas adquiridos consecutivamente, cada um deles contendo dados espectrais das espécies eluídas, isto é, cada componente pode ser identificado a partir do seu espectro de massas (GROSS, 2011).

O espectro de massas é uma representação em duas dimensões da intensidade do sinal (ordenada) versus m/z (abscissa). A posição do pico reflete a m/z de um íon que foi criado a partir do analito que passa pela fonte de íons. A intensidade desse pico é correlacionada com a abundância do íon que lhe deu origem. Frequentemente, mas não necessariamente, o pico de maior m/z resulta a partir da detecção da molécula ionizada intacta, chamada de íon molecular (M+•). O pico do íon molecular é normalmente acompanhado por vários picos de m/z mais baixos causados pela sua fragmentação (picos de fragmentação de íons) que compõem o restante do cromatograma. O pico mais intenso do espectro de massas é denominado pico base. Na maioria das representações dos dados do espectro de massas a intensidade do pico base é normalizada para 100% da intensidade relativa. Isso ajuda a tornar mais fácil a comparação entre os espectros (GROSS, 2011). Um exemplo do espectro de massas do tolueno foi representado na Figura 5. Figura 5 – Espectro de massas do tolueno.

Fonte: NIST, 2008. Íon molecular Pico base Pico de fragmentação de íons

Este instrumento tem aplicação universal e ao mesmo tempo específica para os compostos analisados, sendo muito usado na análise de compostos orgânicos (produtos naturais, síntese orgânica, controle de qualidade em aplicações industriais), monitoramento ambiental (pesticidas, herbicidas, poluição em água), toxicológica, entre outros (KARASEK; CLEMENT, 1988).

2.7 CLASSES DE COMPOSTOS ENCONTRADOS NO ÓLEO