Cromatografia em fase gasosa. Professor: M.Sc Fernando Pugliesi

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Cromatografia em fase gasosa

Professor: M.Sc Fernando Pugliesi

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Apresentação

Fernando Pugliesi, 35 anos, brasileiro

• Bacharel em química pelo Centro Universitário Fundação Santo André,

• Mestre em processos industriais pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT),

• Com dissertação de mestrado em química analítica, com ênfase em

desenvolvimento de metodologia analítica para avaliação eficiência de encapsulação de nanoencapsulados.

• Atuando há 9 anos com desenvolvimento e validação de métodos analíticos, para análise de compostos orgânicos voláteis e semi-voláteis através da técnica de cromatografia em fase gasosa e cromatografia em fase gasosa com espectrômetro de massas acoplado.

• Atualmente trabalha no centro de inovação da Hypera pharma (Hynova), onde desenvolve métodos analíticos para determinação de solventes residuais e impurezas em matérias-primas.

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Apresentação

Sobre vocês...

Quais são as suas expectativas para o curso?

Qual é a sua vivência?

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Conteúdo programático

Revisão de princípios da cromatografia em fase gasosa Histórico;

Introdução;

Parâmetros cromatográficos;

Instrumentação analítica.

Desenvolvimento de método analíticos

Métodos qualitativos Preparo de amostras;

Seleção de sistema de amostragem;

Seleção de injetor;

Seleção de coluna cromatográfica;

Seleção de detector;

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Técnicas de clean-up de amostras Colunas de vidro;

Extração líquido-líquido;

Quechers;

Solid phase extraction (SPE) e

Solid phase micro extraction (SPME) Métodos quantitativos

Padronização interna;

Padronização externa;

Curva analítica;

Adição de padrão;

Normalização;

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Solventes residuais

Capítulo geral 467 USP ICH Q3C (R7)

Estudos de carry-over Boas práticas de laboratório

Guia de instalação de cromatógrafo a gás Troubleshooting

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Aplicações de cromatografia em fase gasosa

Analise de compostos orgânicos voláteis e semi-voláteis;

Análise de solventes residuais;

ICH Q3C para solventes residuais;

Impurezas;

Teor.

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Histórico

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Histórico

Cromatografia

Definição de cromatografia segundo a IUPAC: é um método físico de separação no qual os componentes a serem separados são distribuídos entre duas fases: uma fase estacionária e uma fase móvel, que se move em uma direção definida.

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Histórico

Mikahil Seminovich Tswett

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Histórico

Coluna Cromatográfica

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Gerhard Hesse

Histórico

Cromatografia gás-sólido

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Anthony Trafford James Archer John Porter Martin

Histórico

Cromatografia gás-líquido

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• Synge – Cromatografia por partição líquido-líquido

• Consden e Gordon – Reintrodução da cromatografia em papel

• Howard – Desenvolvimento da cromatografia líquida em fase reversa

Histórico

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Histórico

1957 – Desenvolvimento do detector de ionização de chamas

simultaneamente por McWilliam e Dewar e por Harley e Pretorius

1958 - Marcel Golay apresentou no segundo simpósio internacional de cromatografia gasosa as colunas capilares

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Introdução

Tipos de cromatografia

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Introdução

Cromatografias em coluna

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Introdução

Absorção: é a fixação de uma substancia, no interior da massa de outra, geralmente sólida e este fenômeno é resultante da capilaridade, forças eletrostáticas, etc.

Adsorção: é a fixação das moléculas de uma substância (adsorvato ou fase móvel) na superfície de outra substância (adsorvente ou fase

estacionária).

Sorção: é o fenômeno físico-químico simultâneo de adsorção e absorção.

Dessorção: é o processo inverso da adsorção, absorção ou sorção.

Eluição: é a dessorção provocada por um fluxo de líquido ou gás através de um adsorvente (fase estacionária).

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Introdução

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Introdução

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Parâmetros cromatográficos

Tempo

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Constante de distribuição

É um fator de partição entra a fase estacionária e a fase móvel.

Representa o quão rápido o soluto se move através da coluna.

Quanto maior o valor Kc maior a afinidade do composto pela coluna e maior o tempo de retenção

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Fator de retenção (fator capacidade) K’

Revela o grau de interação do soluto com a fase estacionária

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Fator de separação (seletividade)

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Número de pratos teóricos N

Mede a eficiência da coluna em fornecer picos estreitos e com boa separação

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Número de pratos teóricos N

Está relacionado a eficiência da coluna

Quanto maior o número de pratos teóricos mais eficiente é a coluna

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Altura do prato teórico H

𝐻 = 𝐿 𝑁

Onde:

H: Altura do prato teórico L: Comprimento da coluna N: Número de pratos teóricos

Quanto menor a altura do prato teórico maior o número de pratos teóricos e mais eficiente a coluna cromatográfica.

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Volume morto

Onde:

VM: Volume morto

𝑡₀ : Tempo de retenção do ar V : Vazão do gás de arraste

O VM é o volume necessário de gás de arraste para arrastar o pico de ar ao longo de toda a extensão da coluna.

𝑉𝑀 = 𝑡_{0 × 𝑣}

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Volume de retenção

Onde:

𝑉_𝑟: Volume de retenção 𝑡_𝑟: Tempo de retenção 𝐹_𝐶: Fluxo Constante

O VR é o volume de gás de arraste necessário para eluir uma

amostra da coluna desde o momento da injeção até a eluição do pico.

𝑉𝑟 = 𝑡_{𝑟 × 𝐹}_𝐶

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Volume de retenção corrigido

Onde:

V’R: Volume de retenção corrigido VR: Volume de retenção

VM : Volume morto

O V´R é o volume de retenção– o volume morto

𝑉^′𝑅 = 𝑉𝑅 − 𝑉𝑀

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Resolução

A resolução ideal de 2 picos é acima de 1,5.

Onde :

R = Resolução;

𝑡_𝑟2 = Tempo de retenção do pico 2 𝑡_𝑟1 = Tempo de retenção do pico 1 𝑤₁ = Largura da base do pico 1 𝑤₂ = Largura da base do pico 2 Medida de separação entre dois picos

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Instrumentação

Esquema básico do cromatógrafo

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Instrumentação

Gás de arraste

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Instrumentação

Gás de arraste

Fatores a considerar na escolha do gás de arraste:

• Sensibilidade do sistema de detecção;

• Disponibilidade no mercado;

• Tempo de análise;

• Segurança;

• Pureza;

• Custo.

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Instrumentação

Gás de arraste

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Instrumentação

Escolha do gás de arraste

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Instrumentação

OBS: O valor de viscosidade está expressso em µP

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Instrumentação

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Instrumentação

Escolha do gás de arraste - influência da velocidade linear

Fonte: www.sigmaaldrich.com Velocidade linear:

25 cm/s

Velocidade linear:

50 cm/s

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Instrumentação

Gás de arraste

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Instrumentação

Gás de arraste

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Instrumentação

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Instrumentação

Regulador de pressão

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Instrumentação

Controlador de fluxo

A medição e controle do gás de arraste são importantes para a reprodutibilidade dos resultados.

O controle e aferição podem ser realizados com bolhômetros, ou medidores de fluxos eletrônicos

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Instrumentação

Amostrador

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Instrumentação

Amostradores

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Instrumentação

Injetor

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Instrumentação

Injetor

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Instrumentação

Injetor

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Instrumentação

Injetor

• A injeção deve ser feita de tal maneira que se obtenha uma banda única e estreita.

• A amostra deve ser introduzida no menor volume possível em tempo mínimo, para evitar fracionamento do material.

• Tanto a quantidade introduzida quanto a forma de introdução têm de ser reprodutíveis e com alto grau de precisão.

• As amostras gasosas podem ser injetadas com o auxílio de seringas, ou ainda através de válvulas de injeção.

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Instrumentação

Injetor

• O Emprego de válvulas resulta em excelente reprodutibilidade 0,5%. No entanto, há necessidade de balanceamento de pressão e vazão.

• Injeção de líquidos com auxílio de microseringas.

• Amostras sólidas podem ser diluídas e injetadas.

• Injeção por headspace.

• Pirólise.

• SPME.

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Instrumentação

Injetor

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Instrumentação

Injetor Split

• Este sistema de injeção particiona a amostra, enviando parte dela para coluna cromatográfica e outra parte para purga.

• O operador pode definir quanto da amostra irá para coluna e quanto será enviada para fora do sistema. Isto resulta em picos mais estreitos e simétricos e torna possível a injeção de amostras mais concentradas.

• Amostras com muita sujeira, que pode vir a danificar a coluna, é recomendado colocar uma lã de vidro para reter compostos não voláteis, além de prévia filtração.

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Instrumentação

Injetor Split

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Instrumentação

Injetor Split

• Este tipo de injetor é indicado para amostras com teor elevado de analito, porém não é indicado para amostras em níveis de traços.

• É indicado para uso em colunas com diâmetro reduzido, para evitar sobrecarga da mesma.

• Injetores split/splitless possuem maior risco de degradação de amostras.

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Instrumentação

Injetor Splitless

• Os injetores splitless são ideais para amostras em níveis de traços, pois toda a amostra é direcionada a coluna.

• Assim como no sistema Split este injetor possui um tubo vidro silanizado, onde a amostra é injetada.

• Todo fluxo de split é o mesmo que vai para a coluna, portanto, a amostra demanda mais tempo para ser removida do liner para a coluna, e deve-se aguardar um tempo maior para se iniciar a programação de temperatura.

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Instrumentação

• Problemas de alargamento de banda podem ocorrer se a amostra não for reconcentrada na coluna.

• Nesse procedimento, a temperatura inicial do forno é suficientemente baixa, de forma a que a amostra seja condensada no início da coluna, reconcentrando-a.

• Recomenda-se que a temperatura inicial da corrida seja 20°C abaixo do ponto de ebulição do analito mais leve.

• Não extrapolar o volume de expansão da amostra em relação ao volume do liner, pois isso pode contaminar a linha de gás e pode ocorrer perda de parte de amostra pela purga do septo.

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Instrumentação

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Instrumentação

Injetor On-Column (OCL)

• Toda a amostra é injetada diretamente na coluna e por esta razão é conhecido como um sistema de injeção a frio, o injetor pode ter rampa de temperatura programada.

• Recomendado para amostras termicamente instáveis, porém limita-se a amostras com baixa concentração.

• Este sistema de injeção pode contaminar rapidamente o início da coluna com amostras semi-voláteis, já que as mesmas vaporizam diretamente na coluna cromatográfica.

• Não recomendado para amostras complexas.

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Instrumentação

Injetor On-Column (OCL)

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Instrumentação

Injetor de temperatura programável (PTV)

• É possível programar a temperatura do injetor assim como no sistema OCL, porém este diferencia-se pelo fato de poder particionar a amostra.

• Indicado para amostras termicamente instáveis, pois a amostra pode ser injetada no injetor frio

.

• Pode ser utilizado para concentrar porções de uma amostra, permitindo injeções de volumes maiores do que uma coluna analítica normalmente aceita.

• O analito fica adsorvido no liner ou em um material adsorvente, e o solvente é descartado.

Então, o analito é transferido para a coluna por uma programação de temperatura.

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Instrumentação

Injetor de temperatura programável (PTV)

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Instrumentação

Injetor para colunas empacotadas

• Utilizada para amostras com baixa complexidade.

• Não há partição da amostra.

• Pode ser utilizado com colunas capilares do tipo Wide-bore.

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Instrumentação

Injetor para colunas empacotadas

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Instrumentação

Injetor multimode (MMI)

• Modos de operação:

➢ Split;

➢ Split pulsado;

➢ Splitless;

➢ Splitless pulsado;

➢ Solvent mode;

➢ Injeção Direta.

• Vantagens:

➢ 5 modos de operação;

➢ É possível fazer rampa de temperatura no injetor;

➢ Diminui risco de degradação do analito;

➢ Versatilidade;

➢ Tempo de set-up;

➢ Concentração de amostras.

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Instrumentação

Injetor multimode (MMI)

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Instrumentação

Volume de vapor (mL)

(𝑉 × 𝐷 × 𝑅 × 𝑇 × 1000 000) (𝑃𝑎 + 𝑃𝑖)

𝑀𝑊

Onde:

V = Volume da amostra (mL)

D = Densidade do solvente (g/mL) MW = Peso molecular do solvente (Da) R = Constante de Boltzman (8,314463) T = Temperatura do injetor (K)

Pa = Pressão atmosférica (Pa) PI = Pressão do Injetor (Pa)

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Instrumentação

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Instrumentação

Fase estacionária (Coluna cromatográfica)

A fase estacionária é a principal responsável pela separação dos analitos em uma análise cromatográfica.

Ela fica contida no interior de um tubo longo, que pode ser constituído de aço inox, vidro ou sílica fundida.

Ou seja, cada analito interage de maneira particular com a fase estacionária, influenciado por características físico-químicas, como pressão de vapor e forças intermoleculares (analito/fase estacionária).

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Instrumentação

Existem vários tipos de colunas utilizadas em cromatografia em fase gasosa, que diferem nas suas dimensões (comprimento e diâmetro interno), podendo ser classificadas em três tipos

fundamentais:

• Colunas preparativas;

• Colunas empacotadas e

• Colunas capilares.

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Instrumentação

Colunas Preparativas

São colunas com diâmetro interno grande e de comprimento pequeno, utilizadas em análises preparativas.

Estas colunas, devido as suas dimensões, tem um número de pratos teóricos bastante baixo, sendo consideradas de baixa resolução.

(73)

Instrumentação

Colunas empacotadas

Estas colunas têm um diâmetro interno médio de 3 mm e comprimento de 1 a 6 m. O número de pratos teóricos destas colunas é da ordem de 3000”.

As colunas empacotadas são preenchidas com partículas uniformes e finamente divididas, geralmente terra diatomácea (sílica).

Esse material pode ser a própria fase estacionária ou pode servir de suporte para uma fase estacionária líquida não volátil.

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Instrumentação

Colunas empacotadas

A uniformidade entre o tamanho das partículas propicia um fluxo mais uniforme do eluato, favorecendo o aumento da resolução.

As colunas empacotadas são, geralmente, confeccionadas com aço inoxidável, vidro ou PTFE, porém o uso de PTFE limita a temperatura máxima a 200 ºC.

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Instrumentação

Colunas empacotadas

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Instrumentação

Colunas capilares As colunas capilares foram introduzidas por GOLAY em 1958.

Essas colunas possuem diâmetro interno pequeno e grande comprimento. Essas características conferem a essas colunas elevado número de pratos teóricos o que as torna de alta resolução.

Esse tipo de coluna cromatográfica é empregado na análise de misturas.

Podem ser fabricadas com vidro, aço inoxidável ou sílica fundida (SiO2 ), com o recobrimento de um material protetor, geralmente poliamida, um polímero capaz de resistir a até 350°C.

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Instrumentação

Colunas capilares

Elas são divididas em algumas categorias como:

• WCOT (Wall Coated Open Tube) coluna tubular aberta com parede revestida;

• WBOT (Wall Bonded Open Tube) coluna capilar com fase estacionária ligada a parede;

• SCOT (Support Coated Open Tube) coluna capilar com fase líquida impregnando o suporte;

• PLOT (Poroos Layer Open Tube) coluna capilar com camada porosa.

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Instrumentação

Colunas capilares

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Instrumentação

Gás –Sólido (CGS)

Esse tipo de fase estacionária destina-se à separação de solutos muito voláteis, principalmente gases.

São constituídas de pequenas partículas porosas aderidas à parede interna da tubagem capilar por um agente aglutinante ou por meios semelhantes.

São conhecidas como colunas PLOT. A separação ocorre com base nas diferentes propriedades de adsorção.

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Instrumentação

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Instrumentação

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Instrumentação

Cromatografia gás-líquido (CGL)

Como fases líquidas, podemos citar o dimetilpolissiloxano e o polietilenoglicol.

Nessas fases, há três interações principais com os compostos da amostra forças de dispersão, momento dipolo e ligação de hidrogênio.

Há inúmeras fases estacionárias disponíveis comercialmente, com características que vão de apolar até polar.

A polaridade da fase estacionária é determinada pela polaridade dos grupos substituintes e suas quantidades relativas

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Instrumentação

(84)

Instrumentação

(85)

Instrumentação

(86)

Instrumentação

(87)

Instrumentação

Os fabricantes de coluna para cromatografia utilizam sua própria denominação, ou código, para se referir a um tipo de fase estacionária.

Ou seja, há diversas referências de colunas cromatográficas para uma mesma fase estacionária.

A Tabela a seguir relaciona os tipos de fases estacionárias mais comuns e o nome comercial similar de acordo com o fabricante:

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Instrumentação

(89)

Instrumentação

(90)

Instrumentação

(91)

Instrumentação

(92)

Instrumentação

Cuidados com a coluna cromatográfica

Fonte: agilent.com

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Instrumentação

(94)

Instrumentação

(95)

Instrumentação

Fonte: agilent.com

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Instrumentação

Sangramento de coluna

O sangramento da coluna é a degradação da fase estacionária, causada pela elevada temperatura no forno. Como consequência, os produtos de degradação que são eluídos causam elevação da linha de base no cromatograma.

(97)

Instrumentação

Sangramento de coluna

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Instrumentação

Detectores

Os detectores indicam a presença e a quantidade de substâncias que eluem da coluna, sendo que o sinal detectado é diretamente proporcional ao teor de cada substância presente no material.

As principais características que devem ser consideradas em um detector são:

• Sensibilidade;

• Seletividade;

• Nível de ruído;

• Resposta; e

• Linearidade.

(99)

Instrumentação

Detectores

Os detectores mais utilizados na cromatografia em fase gasosa são:

• TCD – detector de condutividade térmica;

• FID - detector de ionização de chama e

• ECD – detector de captura eletrônica.

Além desses detectores citados acima, o acoplamento de um espectrômetro de massas, pode ser feito no cromatógrafo a gás.

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Instrumentação

Detectores

Os detectores podem ser divididos em 2 classes:

• Detectores universais;

• Detectores seletivos.

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Instrumentação

Detectores - FID

CH + O → CHO⁺ + e^- Mistura de gases na ponta do

queimador (jet)

Fluxo de ar rodeando jet Queima desses gases

A chama encontra-se em um campo elétrico

Compostos orgânicos contendo carbono e hidrogênio, formam radicais livres que são ionizados

no campo elétrico

Aumento da corrente elétrica entre os eletrodos

A sensibilidade do FID é

aproximadamente proporcional ao número de átomos de

carbono quando se trata de série homóloga

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Instrumentação

Detectores - FID

• Composto inorgânicos não são detectáveis pelo FID.

• A eficiência do detector depende da vazão dos gases que chegam ao mesmo.

• Elevada pureza dos gases (99,995%) é requerida para evitar a formação de ruído de fundo;

• Filtros para remoção de impurezas de hidrocarbonetos, oxigênio e água são recomendados;

• Deve ser aquecido a, pelo menos, 125ºC para evitar a condensação de água e de amostras.

• Recomenda-se, utilizar a temperatura do detector 20ºC acima de temperatura final do forno.

• Quando heteroátomos (N, O, S, P) estão presentes na molécula, a sensibilidade do detector é bastante reduzida.

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Instrumentação

Detectores - FID

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Instrumentação

Detectores - ECD

Gás de arraste passa pelo detector

É ionizado pelas partículas beta geradas pela fonte

Elétrons são produzidos e se multiplicam no detector

Corrente elétrica é gerada por um eletrômetro

Os elétrons são coletados por um ânodo

Linha de base é formada

Moléculas eluindo da coluna capturam esses elétrons

A corrente diminui

Sinal é gerado proporcional a concentração da molécula

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Instrumentação

Detectores - ECD

• Este detector é seletivo e possui ótima resposta a compostos orgânicos halogenados, aldeído conjugados, nitrilas, nitratos e organometálicos;

• Praticamente insensível a hidrocarbonetos, álcoois e cetonas;

• A operação do ECD requer gases como o nitrogênio ou argônio;

• Os gases devem ser de elevada pureza (99,999%) e não devem conter mais que 1-2 ppm oxigênio e vapor de água, para evitar a diminuição da produção de elétrons no detector.

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Instrumentação

Detectores - ECD

• No caso dos halogênios, a resposta do detector diminui na seguinte ordem:

I > Br > Cl > F;

• O ECD é um tipo de detector não destrutivo e pode ser usado em série com outro detector;

• Para a investigação de resíduos de pesticidas organoclorados e organofosforados em amostras de água ou alimentos, sistemas tandem ECD-NPD podem ter grande utilidade, devido à sua alta sensibilidade e seletividade a esses componentes.

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Instrumentação

Detectores - ECD

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Instrumentação

Detectores - TCD

O corpo do detector é aquecido, e pequenos filamentos são acoplados no interior de uma câmara em dois canais de fluxo (formando uma ponte de Wheatstone) Gás de arraste ultrapuro

percorre os dois canais Os filamentos aquecidos perdem calor de maneira constante

A perda de calor pela passagem do gás gera a linha de base

Quando moléculas eluem da coluna a condutividade Térmica do meio é afetada e a temperatura do filamento muda, diminuindo a perda de calor no mesmo

O sistema fica então desestabilizado

Esse processo gera o Pico na linha de base

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Instrumentação

Detectores - TCD

• Os primeiros sistemas cromatográficos eram equipados com detector de condutividade térmica, que ainda são usados para análise de compostos, tais como H2O, CO, CO2, H2S, SO2, NO e NO2;

Um grande cuidado que se deve ter com o uso desse detector é o de não passar a corrente pelo filamento sem que haja fluxo de gás no interior da câmara;

• A sensibilidade desse detector é consideravelmente menor do que a do FID;

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Instrumentação

Detectores – Espectrômetro de massas

O uso dos cromatógrafos a gás com espectrômetros de massas vem aumentando devido a demanda de pesquisas pela indústria e institutos tecnológicos.

O mesmo é uma ferramenta eficiente no estudo de misturas complexas tais como:

• derivados de petróleo;

• óleos essenciais;

• análise de proteínas;

• análise de fármacos;

• análises ambientais;

• análise de solventes em embalagens

• alimentos, etc.

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Instrumentação

Espectrômetro de massas

Usos do GC/MS na indústria farmacêutica:

Analises investigativas;

Analises qualitativas;

Analise de pesticidas;

Confirmação estrutural;

Analise de compostos halogenados;

Deconvolução de picos;

Analise de embalagens (plastificantes ftálicos, BPA, Solventes residuais);

Analises de impurezas orgânicas;

Analise de nitrosaminas.

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Instrumentação

A espectrometria de massa é uma técnica analítica físico - química utilizada para identificar átomos e moléculas de interesse da ciência por meio da medição da relação massa/carga (m/z) dos íons, para caracterizar a estrutura da matéria.

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Instrumentação

Razão massa / carga do íon

• O número de carga do íon depende do número de perda ou ganho de elétrons, por exemplo:

Ar+ = íon de Argônio com uma carga ou razão massa carga = m/z = 40/1 = 40 u.m.a.

Ar++= íon de Argônio com duas cargas ou duplamente ionizado ou razão massa carga

= m/z = 40/2 = 20 u.m.a.

OBS: A unidade de medida em espectrômetros de massas é dada em Dalton (Da).

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Instrumentação

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Instrumentação

A ordem decrescente de grupos que darão picos intensos do íon molecular é:

Aromáticos > alquenos conjugados > alicíclicos > sulfetos orgânicos > hidrocarbonetos não ramificados > cetonas > aminas> ésteres > éteres> ácidos carboxílicos > hidrocarbonetos ramificados> álcoois

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Instrumentação

• O acoplamento do espectrômetro de massas com o cromatógrafo a gás é feito através de uma linha de transferência a qual é aquecida para evitar a condensação dos compostos.

• Após as moléculas percorrerem a coluna cromatográfica as mesmas entram na fonte de ionização onde são ionizadas

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Instrumentação

Esquema básico de um espectrômetro de massas:

• Sistema de vácuo;

• Fonte de ionização;

• Filtro de massas;

• Detector.

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Instrumentação

Sistema de vácuo

As partes do sistema de vácuo são:

• bomba de linha dianteira (rotativas);

• bomba de alto vácuo (difusão ou turbo);

• porta;

• placas frontais e traseiras;

• selos;

• válvula de calibração e válvula de ventilação;

• eletrônica de controle de vácuo e

• medidores de vácuo e controle eletrônico de manômetro.

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Instrumentação

Fontes de ionização mais comuns em GC/MS:

• Ionização por impacto de elétrons (EI);

• Ionização química (CI).

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Instrumentação

Fonte EI (Impacto de elétrons)

(121)

Instrumentação

Funcionamento Feixe de elétrons é gerado pelo

filamento e é guiado para interior da câmara por campo magnético

Os elétrons de alta energia interagem com as moléculas da amostra as quais são ionizadas e fragmentadas

O conjunto de lentes

eletrostáticas concentra os íons em um feixe estreito

A voltagem positiva do repeller empurra os íons positivo para o conjunto de lentes

Este feixe é encaminhado para o filtro de massas

Os íons são acelerados com baixa energia cinética (15eV)

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Instrumentação

Os filtros de massas mais comuns são:

• Single quadrupolo;

• Triplo quadrupolo;

• QTOF (Tempo de voo);

• Íon Trap.

(123)

Instrumentação

O filtro de massa quadrupolar separa os íons de acordo com a relação massa-carga (m / z).

O quadrupolo é composto por 4 tubos de sílica fundida (quartzo) revestidos com uma fina camada de ouro.

As quatro superfícies hiperbólicas criam o complexo campo elétrico necessário para a seleção de massas

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Instrumentação

O quadrupolo é composto por 4 varetas de sílica fundida (quartzo) revestidos com uma fina camada de ouro.

A configuração destas varetas é distribuída em pares

Cada par de varetas opostos é conectado eletricamente

formando um campo

quadrupolar bidimensional no plano x-y

Os íons oriundos da fonte de ionização viajam em uma direção Z.

Enquanto viajam na direção z os íons também oscilam no plano x-y devido ao potencial aplicado nas varetas.

Sob condições elétricas apropriadas íons com uma única razão m/z terão trajetória estável

A seletividade do filtro de massas se dá variando as magnitudes de voltagens DC e AC.

(125)

Instrumentação

Detector

O detector está localizado na saída do filtro de massa do quadrupolo e recebe os íons que passaram pelo filtro de massa.

O detector gera um sinal eletrônico proporcional ao número de íons que o atinge.

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Modos de Ionização

SCAN SIM

Escaneamento Single Ion Monitoring

Qualitativa Quantitativa

Elevada sensibilidade

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Fluxo de gás

Característica

Bomba de alto vácuo Difusora Turbo

Fluxo ótimo de coluna gás hélio (mL/min) 1 1 - 2 Fluxo máximo de gás recomendado (mL/min)* 1.5 4

Fluxo máximo de gás,(mL/min)+ 2 6.5

Diâmetro máximo de coluna 0.53 0.53

Capacidade CI Não Sim

Fluxo de reagentes CI (mL/min) N/A 1 - 2 Fluxo de gás

*Fluxo total de gás no MSD: fluxo da coluna mais fluxo do gás reagente (se aplicável) mais fluxo JetClean H2 (se aplicável). Com base no uso de gás

hélio. Para outros gases, o fluxo máximo irá variar.

+Espere degradação do desempenho espectral e da sensibilidade.

Fonte: manual do equipamento 5977B da agilent

(128)

Instrumentação

Benefícios da técnica.

• Análise de diversos compostos sem uso de muitos padrões;

• Confirmação da identidade dos compostos sem depender exclusivamente do tempo de retenção;

• Diminuição do limite de detecção;

• Possibilidade de deconvolução de picos com mesmo tempo de retenção.

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Instrumentação

Cuidados GC/MS

• Não utilizar o equipamento com a linha de transferência desligada;

• Não sobrecarregar o limite do detector;

• Utilizar a função Solvent Cut;

• Ajustar a razão de Split adequadamente;

• Não utilizar colunas com diâmetro maior que 0,32 (o ideal é até 0,25);

• Não desligar o equipamento sem quebrar o vácuo;

• Realizar o procedimento de vent do equipamento para quebrar o vácuo;

• Evitar desligar o equipamento;

• Limpar a fonte de ionização com Alumina, com cuidado para não riscar as lentes e levar o conjunto ao ultrassom com solvente apropriado;

• Não colocar partes eletrônicas da fonte de ionização em solventes ou em contato com a alumina.

(130)

Desenvolvimento

Cuidados GC/MS

• Evitar utilizar o modo SIM/SCAN, pois este não fornece significativa melhoria no resultado e prejudica a vida útil da eletromultiplicadora;

• Evitar alterar o ganho do equipamento para obter maior sensibilidade (prefira trabalhar na tomada de ensaio da sua amostra);

• Antes de performar uma análise quantitativa faça o tune do equipamento para operar o mesmo no estado ótimo;

• A temperatura da linha de transferência deve preferencialmente ser maior que a temperatura final da sua rampa;

• Para amostras semi-voláteis é recomendado trabalhar com a fonte de ionização a 300ºC.

(131)

Desenvolvimento

Cuidados GC/MS

• A válvula de vent só poderá ser aberta lentamente quando a velocidade da bomba turbo estiver abaixo de 40%;

Válvula de vent

Fonte: agilent.com

(132)

Desenvolvimento

Instalação da coluna na linha de transferência da fonte tipo SS, EI EXT, Inert ou CI

Fonte: agilent.com

(133)

Desenvolvimento

Instalação da coluna na linha de transferência da fonte tipo EI HES

Fonte: agilent.com

(134)

Instrumentação

(135)

Instrumentação

Representação triplo quadrupolo

(136)

Instrumentação

Detectores – Cromatografia bi-dimensional

Geralmente a primeira coluna é apolar e separa os compostos por peso

molecular ou ponto de ebulição

A segunda coluna em geral é de polaridade média e faz a separação dos

compostos pela polaridade cos mesmos

O modulador coleta continuamente

o efluente da primeira coluna, reconcentra o mesmo e injeta na segunda coluna

(137)

Instrumentação

Detectores – Cromatografia bi-dimensional

(138)

Instrumentação

Revisão

(139)

Desenvolvimento

Preparo de amostras

• Análise qualitativa

• Análise quantitativa

(140)

Desenvolvimento

Análises qualitativas podem ser performadas em todos os detectores vistos anteriormente, porém o mais indicado para esse fim é o espectrômetro de massas.

• Análise de diversos compostos sem uso de muitos padrões;

• Confirmação da identidade dos compostos sem depender exclusivamente do tempo de retenção;

• Diminuição do limite de detecção;

• Possibilidade de deconvolução de picos com mesmo tempo de retenção.

(141)

Desenvolvimento

Cuidados

• Não injetar amostras com materiais particulados no sistema cromatográfico;

• Se for necessário realizar filtração da amostra testar recuperação em diversos filtros;

• Não sobrecarregar o limite do liner;

• Não sobrecarregar o limite da coluna;

• Não sobrecarregar o limite do detector;

• Não injetar açucares;

• Manter os reservatórios dos solventes de limpeza cheios.

(142)

Desenvolvimento

Cuidados

• Utilizar liners novos;

• Utilizar lã de vidro;

• Sulfato de magnésio pode ser utilizado para reter umidade;

• Realizar manutenções preventivas no sistema cromatográfico;

• Qualificar o sistema;

• Fazer o tuning do espectrômetro de massas;

• Diluir amostras adequadamente;

• Condicionar colunas cromatográficas.

(143)

Desenvolvimento

Cuidados

• Não reutilizar vials, ponteiras, liners e filtros;

• Em amostras muito sujas, realizar clean-up;

• Ambientar vidrarias;

• Não devolver solventes para o frasco;

• Dar preferência a pipetas Pasteur de vidro;

• Não limpar a sala de cromatografia com produtos que contém fragrância.

(144)

Desenvolvimento

Resolução

Eficiência N = f ^{(gás, L,}r^C)

Retenção k = f ^{(T, D}^f^,r^C)

Seletividade α ⁼_f ^{(T, fase)}

L = Comprimento da coluna

r^c= Diâmetro da coluna T = Temperatura

Df= Espessura do filme

(145)

Desenvolvimento

Comprimento de coluna

0.25 mm id coluna, n/m = 4630, k = 5

Fonte: Agilent

Comprimento (m) n

15 30 60

69.450 138.900 277.800

(146)

Desenvolvimento

Comprimento de coluna

Diminuindo o comprimento da coluna

Eficiência Diminui

Resolução Diminui

Tempo de análise Diminui

Pressão Diminui

Custo DIminui

Fonte: Agilent

(147)

Desenvolvimento

Diâmetro da coluna

Diminuindo o diâmetro da coluna

Eficiência Aumenta

Resolução Aumenta

Pressão Aumenta

Capacidade Diminui

Taxa de fluxo Diminui

Fonte: Agilent

(148)

Desenvolvimento

Sites Interessantes

http://vegascience.blogspot.com/

https://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/cre_index.cgi

https://webbook.nist.gov/chemistry/

https://www.brmass.com/

https://chemicalize.com/

(149)

e-mail: fernando.pugliesi@gmail.com LinkedIn: Fernando Pugliesi WhatsApp: (11) 9-8949-3415