CAPÍTULO 4 CARACTERIZAÇÃO POR CG×CG-EM/EM
4.1 Introdução
A Cromatografia em fase Gasosa Bidimensional Abrangente (CG×CG) é uma técnica analítica que permite separações cromatográficas dos analitos em uma amostra baseada em dois mecanismos de separação (idealmente) independentes. De uma maneira simples, os principais componentes de um sistema CG×CG são duas colunas cromatográficas com diferentes fases estacionárias conectadas em série através de um modulador. A função do modulador é coletar periodicamente os analitos eluindo da primeira coluna, concentrá-los e reinjetá-los na segunda coluna antes de chegarem ao detector. Os sinais que eventualmente coeluem na primeira coluna podem ser separados na segunda, aumentando a resolução cromatográfica.
Figura 4.1 – Esquema ilustrativo mostrando o princípio da geração e visualização dos dados em CG×CG. Adaptado de Dallüge et al. (2003).
O processo de modulação (normalmente de 4 a 8 s) gera picos muito estreitos (80-600 ms na base) o que exige um detector rápido o suficiente para permitir a correta reconstrução do sinal. Considerando que seriam necessárias pelo menos 20 medidas de sinal por pico para a sua
Gráfico 3D Mapa de cores 2 1 3 1) Modulação 2nd D imensi on 1st Dime nsion 2nd Dime nsion 1st Dime nsion Cromatograma 1D Dados brutos 2) Transformação 3) Visualização 1 2 3 1 2 3
digitalização, isso demandaria taxas de aquisição de 50-200 Hz, o campo da CG×CG foi dominado quase que exclusivamente pelo Detector por Ionização em Chama (DIC). Entretanto, a informação estrutural é perdida em tais detectores. A hifenação com o espectrômetro de massas (EM), normalmente usado na CG convencional, adiciona uma terceira dimensão analítica. A configuração de EM mais usada em CG×CG é o espectrômetro de massas por tempo de voo (EMTDV). Esses sistemas podem alcançar taxas de aquisição de até 500 Hz, ideais para a construção de cromatogramas em CG×CG e, talvez mais importante, para a quantificação dos analitos (Eiserbeck et al., 2015).
Quando aplicada na caracterização de amostras de origem geológica, a CG×CG- EMTDV, tem sido aplicada na análise de biomarcadores em óleos (e.g. Silva et al., 2011; Araújo & Azevedo, 2016), para estimar a extensão da biodegradação (e.g. Soares et al., 2013; Li et al., 2014), na avaliação do paleoambiente deposicional (e.g. Oliveira et al., 2012; Kiepper et al., 2014) e na composição de misturas complexas não-resolvidas (UCM na sigla em inglês) (e.g. Ventura et al., 2008; Li et al., 2015). Infelizmente, o alto custo de tais instrumentos têm limitado sua difusão nos laboratórios.
Os espectrômetros de massas quadrupolares (EMQ), ao contrário dos EMTDV, têm custo relativamente baixo e são comumente usados em combinação com a CG. No entanto, o seu uso CG×CG tem sido historicamente limitado pelas baixas taxas de aquisição alcançadas por esses instrumentos no modo varredura (Frysinger & Gaines, 1999).
Devido aos avanços em eletrônica rápida, os EMQ modernos têm conseguido velocidades de varredura de até 20000 unidades de massa atômica por segundo (u/s), capazes de adquirir espectros cobrindo faixas úteis de massas variadas a uma taxa de 50 Hz (Adahchour et al., 2005; Mondello et al., 2005; Purcaro et al., 2010), o que é adequado para CG×CG.
Em amostras de óleo e extratos de rocha, os principais componentes são hidrocarbonetos saturados, de uma variedade de isômeros e séries homólogas e, mesmo usando EMTDV ou EMQ, alguns cromatogramas bidimensionais ainda são muito complexos. Nesse sentido, uma alternativa pode ser o uso de espectrômetros de massas triplo-quadrupolares (EMTQ) como detectores em CG×CG. Um CG×CG-EMTQ foi usado por Poliak et al. (2008) para detectar e quantificar Diazinon (um inseticida) em amostras de coentro. Os experimentos foram feitos em modo varredura com uma faixa de massas de 50-400 Da com taxa de aquisição de 6,25 Hz e velocidade de varredura de 2100 u/s.
o reconhecimento seletivo de todos os íons que, por fragmentação na câmara de colisão (q2),
levam a perda de um dado fragmento neutro (e.g. H2, H2O, CO, CO2, N2, NH3, HF, HCl, HBr,
HI e H2C=CH2) (De Hoffmann, 1996).
Hashimoto et al. (2011) usaram um CG×CG-EMTQ no modo perda neutra para a análise de compostos organo-halogenados em amostras ambientais. Eles monitoraram perdas de 35Cl, 37Cl, 79Br e 81Br a uma taxa de aquisição de 20 Hz. Fushimi et al. (2012) desenvolveram um
método para a determinação seletiva de 29 hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) e derivados (oxo-, nitro- e metil-) presentes no material particulado resultante da queima do diesel em motores de combustão interna. Os dados foram obtidos no modo MRM a uma taxa de aquisição de 24-26 Hz. Tranchida e colaboradores usaram um CG×CG-EMTQ para analisar amostras de óleos essenciais de laranja, tangerina e hortelã nos modos MRM e varredura (40-450 Da para laranja e 40-360 Da para tangerina e hortelã) com taxa de aquisição de 25 Hz e velocidade de varredura de 20000 u/s (Tranchida et al., 2013a; Tranchida et al., 2013b).
Amostras geológicas, tais como extratos orgânicos ou óleos, são misturas de milhares de compostos, desde os n-alcanos, hidrocarbonetos policíclicos saturados e aromáticos, metaloporfirinas e outros compostos contendo heteroátomos. Esses compostos variam em concentração, classes químicas e polaridades e representam um desafio para qualquer técnica de separação.
Em CG×CG a principal dificuldade é conseguir uma condição cromatográfica (combinação de colunas, temperaturas, velocidade de gás de arraste, taxa de aquisição, tipo de modulador, condições de modulação etc.) que consiga uma boa separação dos componentes em misturas com o nível de complexidade dos extratos de rochas que são alvo deste trabalho, que contém compostos com ampla faixa de volatilidades e propriedades químicas (moléculas contendo de 10 a 40+ átomos de C).
Recentemente, Zoccali et al. (2015) desenvolveram uma combinação direta de um cromatógrafo em fase líquida (CL) com um CG×CG-EMTQ. O sistema resultante, um CL- CG×CG-EMTQ foi usado para analisar uma amostra de alcatrão de hulha. O EMTQ foi operado no modo varredura, com faixa de massas de 45-360 Da e taxa de aquisição de 33 Hz bem como no modo MRM, com taxa de aquisição de 50 Hz. Segundo os autores, a fração de hidrocarbonetos saturados foi composta principalmente por alcanos lineares, ramificados e cíclicos de C11 a C28.
O grupo do prof. Fabio Augusto, do Laboratório de Cromatografia Gasosa do Instituto de Química da Unicamp, foi pioneiro no uso do CG×CG-EMTQ no Brasil. Mogollon et al. (2016) foram os primeiros a usar um CG×CG-EMTQ para avaliar a distribuição de
biomarcadores de amostras de óleo da Bacia do Recôncavo. Eles usaram o instrumento nos modos (1) varredura, com velocidade de 20000 u/s, faixa de massa de 60-600 Da e 33,3 Hz de taxa de aquisição além de (2) MRM. A taxa de aquisição não foi especificada.
Depois do trabalho Mogollon et al. (2016), outros refinamentos foram feitos no equipamento com objetivo de melhorar a separação cromatográfica e usar todo o potencial da elevada velocidade de varredura, com consequente aumento na taxa de aquisição, que o EMTQ é capaz de fornecer.
Nesse capítulo serão mostrados os resultados do uso de CG×CG-EMTQ na caracterização das frações de hidrocarbonetos saturados das amostras do Craton Amazônico, já descritas no Capítulo 3.