CURSO BÁSICO DE CROMATOGRAFIA EM FASE GASOSA

(1)

(2)

Separação dos componentes da

amostra

(3)

O Sistema GC

(4)

Cromatograma

(5)

O que analisar?

•

• Compostos voláteis de pontos Compostos voláteis de pontos ebulição de até 350

ebulição de até 350oo_{C e pesos}_{C e pesos} moleculares menores que 500.

moleculares menores que 500.

•

• Compostos que possam produzir Compostos que possam produzir derivados voláteis.

derivados voláteis.

•

• Compostos termicamente estáveis Compostos termicamente estáveis nas condições de trabalho.

(6)

Algumas Aplicações

•

• INDÚSTRIA PETROQUÍMICAINDÚSTRIA PETROQUÍMICA

•

• ALIMENTOS E BEBIDASALIMENTOS E BEBIDAS

•

• BIOCIDASBIOCIDAS

•

• MEDICAMENTOSMEDICAMENTOS

•

(7)

Formato Ideal do Pico (Gaussiana)

Distribuição

Distribuição estatística das estatística das moléculas

(8)

Seletividade da Coluna

α

= t´

_R2_R2

/ t´

_R1_R1

α

(9)

Eficiência da Coluna

coluna empacotada:

coluna empacotada: NN_eff_eff = 5.54 (t= 5.54 (t_R_R/ W)/ W)22 coluna capilar:

coluna capilar: NN_eff_eff = 5.54 (t´= 5.54 (t´_R_R/ W)/ W)22 t´

t´_R_R = tempo de retenção ajustado= tempo de retenção ajustado W

(10)

(11)

Fatores que influenciam a Eficiência da

Coluna

A. Difusão por

A. Difusão por TurbilhonamentoTurbilhonamento (efeito (efeito dos múltiplos caminhos)

(12)

B. Difusão longitudinal

(13)

C.

(14)

Equação de Van Deemter

HETP = A + B/

HETP = A + B/µµµµ + C+ Cµµµµ Onde

Onde

A = difusão de

A = difusão de eddyeddy

B = difusão longitudinal B = difusão longitudinal C = resistência a trans C = resistência a trans- -ferência

ferência de massade massa µµ

µµ = velocidade linear do = velocidade linear do gás de arraste

(15)

Medida de HETP

HETP = L /

HETP = L / NN_eff_eff onde

onde L

L = comprimento da coluna= comprimento da coluna Neff

Neff = número efetivo de = número efetivo de pratos teóricos

(16)

Efeito do gás de arraste na eficiência

(17)

Vantagens da CG Capilar

Colunas Colunas Colunas Colunas Empacotadas Empacotadas Capilares Capilares comprimento da coluna, m comprimento da coluna, m 22-3-3 1515-100-100 diâmetro interno, mm diâmetro interno, mm 22--44 0.10.1--0.80.8 pratos por segundo

pratos por segundo 55-20-20 5050-200-200 pratos por metro

pratos por metro 1500-1500-25002500 3000-3000 -4000

4000

pratos por coluna

pratos por coluna 3000-3000-75007500 50000-50000 -500000

(18)

Empacotada X Capilar

(19)

Instrumentação Básica de CG

•

Suprimento e Controle do Gás de ArrasteSuprimento e Controle do Gás de Arraste

•

• InjetoresInjetores

•

• Colunas / MateriaisColunas / Materiais

•

• Instalação de ColunasInstalação de Colunas

•

• DetetoresDetetores

•

(20)

Suprimento e Controle do Gás de Arraste

(Colunas Empacotadas

)

Detetor

Detetor TCD ECD FID TSD PFPD ELCD PID TCD ECD FID TSD PFPD ELCD PID

Gás de Ar Gás de Ar-- He NHe N₂₂ He He NHe He N₂₂ He HeHe He raste raste NN₂₂ NN₂₂NN₂₂ HH₂₂ NN₂₂ H H₂₂ HH₂₂ Ar Ar Gases Com Gases Com-- HH₂₂HH₂₂HH₂₂HH₂₂ bustíveis

(21)

Dispositivos de Injeção

•

• Injetores para Colunas EmpacotadasInjetores para Colunas Empacotadas

•

• Injetores CapilaresInjetores Capilares

•

(22)

Colunas / Materiais

Colunas Empacotadas Colunas Empacotadas

•

• Suporte SólidoSuporte Sólido

•

• SilanizaçãoSilanização

•

• Fases Líquidas (GLC)Fases Líquidas (GLC)

•

(23)

Colunas / Materiais

Colunas Capilares Colunas Capilares

•

(24)

Instalação de Colunas

(25)

Condicionamento da Coluna

Onde: Onde: T

T_cond_cond = Temperatura de condicionamento= Temperatura de condicionamento T

T_máx_máx = Temperatura máxima recomendada para a = Temperatura máxima recomendada para a coluna

coluna T

T_app_app = Temperatura máxima para a sua aplicação= Temperatura máxima para a sua aplicação T

(26)

Medida da Velocidade de Fluxo

Compostos não retidos recomendados: Compostos não retidos recomendados: Air

Air –– TCD, MSTCD, MS Butano

Butano –– FID, TCDFID, TCD Cloreto de Metileno*

Cloreto de Metileno* -- ECDECD Acetonitrila

Acetonitrila* * -- TSDTSD * Vapor de

* Vapor de HeadspaceHeadspace µµ µµ = L (cm) / t= L (cm) / t₀₀ (seg)(seg) Onde: Onde: L = comprimento da coluna L = comprimento da coluna t

(27)

(28)

FID (

(29)

Dispositivos de Saída de Dados

(30)

Injetores

• Injetores para Colunas Empacotadas e

Megabore

(31)

Injetores para Colunas Empacotadas

• Injeção On-Column

• A amostra líquida é injetada diretamente na

cabeça da coluna.

• A coluna é instalada até encostar no septo. O

empacotamento é retirado da entrada da coluna.

• Elimina perdas

• Possibilita um largo intervalo de volatilidade

de amostras

(32)

On

(33)

Injetores para Colunas Empacotadas

• Injeção Flash Vaporization

• A amostra vaporiza no “liner”(insersor) de

vidro.

• A coluna e conectada abaixo do injetor.

• O injetor deve estar pelo menos 50o C acima

da temperatura do forno da coluna.

(34)

Flash Vaporization

(35)

Injeção Sanduíche

(36)

Injetores para Colunas Capilares

• Injeção On-Column

• Apenas para colunas mega-bore (ID> 0.53 mm) • Permite a injeção lenta de grande volume (> 2µl)

de amostras diluídas.

• Temperatura de injetor relativamente baixa deve

(37)

On

(38)

Injetores para Colunas Capilares

• Injeção Flash Vaporization

• A amostra vaporiza no “liner”(insersor) de

vidro.

• A extremidade da coluna fica pressionada

contra uma restrição.Nas colunas mega bore esta restrição fica na porção mais baixa do insersor. Para colunas mais finas a restrição fica na parte superior.

• O injetor deve estar pelo menos 50o _{C acima}

da temperatura do forno da coluna.

(39)

Flash

(40)

Injeção

Split

/

Splitless

Split Split Splitless Splitless Splitter Splitter Razão de

(41)

Splitter

(42)

(43)

Injetor 1177

(44)

Pneumáticos do Injetor 1079

(45)

Insersores

para Injetores

(46)

Injeção da Amostra

•

• RelaysRelays

•

• Injeção SplitInjeção Split

•

• Injeção SplitlessInjeção Splitless

•

• Injeção com Programação de Temperatura do Injeção com Programação de Temperatura do Injetor

(47)

Injetor Tipo SPI

(48)

•

Para uso com Para uso com amostras gasosas amostras gasosas • • Operadas Operadas Manualmente ou Manualmente ou automáticamente automáticamente

Válvulas de Injeção de Gases

(49)

•

Na posição Carregar, o Na posição Carregar, o loop

loop é preenchido com a é preenchido com a quantidade conhecida

quantidade conhecida de amostra.

de amostra.

Posições da Válvula de Amostragem

•

Na posição Injetar, a Na posição Injetar, a amostra é empurrada do amostra é empurrada do

loop

loop para a coluna pelo para a coluna pelo gás de arraste.

(50)

•

Dimensões das ColunasDimensões das Colunas

•

• Fases Estacionárias LíquidasFases Estacionárias Líquidas

•

• Suportes SólidosSuportes Sólidos

•

• Fases Estacionárias SólidasFases Estacionárias Sólidas

Colunas

(51)

Dimensões das Colunas

•

• Comprimento da ColunaComprimento da Coluna

•

• Diâmetro Interno da Coluna (ID)Diâmetro Interno da Coluna (ID)

•

(52)

Diâmetro Interno de Colunas Capilares

ID He

ID He HH₂₂ CapacidadeCapacidade Pratos Pratos PratosPratos (mm)

(mm) 40cm/seg40cm/seg 40cm/seg (40cm/seg (ngng) Teóricos/m Efetivos/m ) Teóricos/m Efetivos/m

0.18

0.18 0.3cc/min 0.6cc/min <50 53000.3cc/min 0.6cc/min <50 5300 39003900 0.25

0.25 0.7cc/min0.7cc/min 1.4cc/min 501.4cc/min 50--100 3300100 3300 25002500 0.32

0.32 1.2cc/min1.2cc/min 2.4cc/min 4002.4cc/min 400--500500 2700 21002700 2100 0.53

(53)

ββ

= r / 2d

_f_f

Razão de Fase

Onde: Onde: r = raios de coluna em r = raios de coluna em µµµµmm d

(54)

Capacidade da Coluna

•

• Espessura do Filme (dEspessura do Filme (d_f_f))

•

• TemperaturaTemperatura

•

• Diâmetro InternoDiâmetro Interno

•

(55)

Fases Estacionárias Líquidas

Cadeia

(56)

(57)

Sangramento da Coluna Sangramento da Coluna

Limites de Temperatura Limites de Temperatura

Escolha de uma Fase Estacionária Líquida Escolha de uma Fase Estacionária Líquida

Fatores que Afetam a Eficiência da Coluna

(58)

Suportes Sólidos

Chromosorb

(59)

Fases Estacionárias Sólidas

Material

Aplicação

Carvão

Misturas gasosas,

hidrocarbonetos

Alumina

Misturas gasosas, C

2

, C

3

, C

4

Sílica gel

Dióxido de carbono,

hidrocarbonetos

Peneira molecular

O

2

, N

2

, CH

4

, CO

Polímero poroso

Porapak



e Hayesep



(60)

(61)

Motivos para Usar um

AutoSampler

•

Aumenta a precisão e a exatidãoAumenta a precisão e a exatidão da injeção

da injeção

•

• Libera o operador do GC

Libera o operador do GC

para

realizar outras tarefas

(62)

AutoSampler

(63)

AutoSampler

(64)

AutoSampler

(65)

Modos de Injeção

•

StandardStandard • • VolatileVolatile • • NeatNeat • • ViscousViscous •

(66)

SPME

(67)

SPME

(68)

SPME num Sistema Trifásico

(69)

SPME

–

Aplicações

•

• Solventes orgânicos em águaSolventes orgânicos em água

•

• FastFast GC com BTEX’sGC com BTEX’s

•

• Metanol em amostras corrosivasMetanol em amostras corrosivas

•

• FlavorFlavor voláteis em bebidasvoláteis em bebidas

•

• PolímerosPolímeros

•

• Álcool no sangueÁlcool no sangue

•

• FenóisFenóis

•

• PesticidasPesticidas

•

• Hidrocarbonetos Hidrocarbonetos poliaromáticospoliaromáticos

•

(70)

Os

Os DetetoresDetetores UniversaisUniversais

Os

Os DetetoresDetetores SeletivosSeletivos

Cromatografia Gasosa / Espectrometria de Cromatografia Gasosa / Espectrometria de massas

massas

Detetores

(71)

Avaliação do Sistema

•

Ruído, DriftRuído, Drift e MDQ do Detetore MDQ do Detetor

•

• Contaminação do Sistema e Sangramento da ColunaContaminação do Sistema e Sangramento da Coluna

•

• Linearidade do Linearidade do DetetorDetetor

•

• Sensibilidade do Sensibilidade do DetetorDetetor

•

(72)

Ruído,

(73)

Contaminação do Sistema e Sangramento

da Coluna

Causas Causas • •Impurezas do gás.Impurezas do gás. •

•ContaminantesContaminantes do injetor e do do injetor e do detetor

detetor..

•

•Fase estacionária decomposta.Fase estacionária decomposta.

•

•Amostras sujas.Amostras sujas.

Efeitos Efeitos

•

•Picos fantasmas.Picos fantasmas.

•

•Ruído excessivo.Ruído excessivo.

•

•DriftDrift excessivoexcessivo

Cuidados Cuidados

•

•Não Não sobreaquecersobreaquecer as as colunas.

colunas. •

•Trocar os filtros de Trocar os filtros de gases regularmente.

gases regularmente. •

(74)

Linearidade do

Detetor

(75)

Sensibilidade do

Detetor

detetor

detetor dependente de massa:dependente de massa: S= A / M

S= A / M Onde

Onde

A = área do pico integrado A = área do pico integrado

M = massa da amostra M = massa da amostra

detetor

detetor dependente da dependente da concentração: concentração: S = S = hh_t_t / C/ C Onde Onde h

(76)

Resposta do

Detetor

e Seletividade

Resposta Resposta

Quantidade de sinal gerada por uma Quantidade de sinal gerada por uma

dada dada quantidade de amostra. quantidade de amostra. Seletividade Seletividade

Iguais quantidades de diferentes classes de Iguais quantidades de diferentes classes de compostos nem sempre produzem igual

compostos nem sempre produzem igual resposta no

resposta no detetordetetor.. O

O detetordetetor requer calibração para determinar requer calibração para determinar os fatores de resposta.

(77)

Introdução

• • UniversalUniversal • • SeletivoSeletivo • • DestrutivoDestrutivo •

• Não destrutivoNão destrutivo

• • Dependente do Dependente do fluxo de massa. fluxo de massa. • • Dependente da Dependente da concentração. concentração. Tipos de

(78)

Especificações

Detetor Seletividade Detetividade LDR

TCD universal 0.2ppm 104

FID universal para hidrocarbonetos <10pg/seg 107 ECD compostos eletronega-tivos:

halogênios, peróxi-dos, quinonas, organo-metálicos e grupos nitro

<0.1ppb 103

TSD fósforo, nitrogênio <0.05pg P/seg

<0.1pg N/seg

103

FPD enxôfre, fósforo 0.1ng S/seg

1pg P/seg

104

ELCD compostos orgânicos com

nitrogênio, enxôfre ou halogênios

2pg N/seg 2pg S/seg 0.5pg Cl/seg

104

PID aromáticos, fenóis, e

hidrocarbonetos insaturados

(79)

Os

Detetores

Universais

TCD

(80)

Célula do TCD

(81)

Condutividade Térmica dos Gases

Gás Condutividade Térmica cal/(cm2.s.oC)

(82)

FID

(83)

Gases Combustíveis

(84)

Os

Detetores

Seletivos

ECD

N

₂

+

ββ →

→ e

-e- _{+ amostra}→ perda de →

(85)

TSD

(86)

ELCD (HALL)

(87)

PID

(88)

PFPD

(89)

Estágios do PFPD

(90)

Aplicações e Hardware dos

Detetores

DETETOR SELETIVIDADE MERCADOS DETETIVIDADE LDR

TCD UNIVERSAL MEIO AMBIENTE E PETROLÍFERO: GASES

INORGÂNICOS E LEVES

0.2PPM 104

FID UNIVERSAL PARA

HIDROCARBONETOS

TODOS OS MERCADOS, ESPECIALMENTE PETROLÍFERO

<10PG/SEG 107

ECD COMPOSTOS ELETRONEGA-TIVOS: HALOGÊNIOS, PERÓXI-DOS, QUINONAS, ORGANO-METÁLICOS E GRUPOS NITRO

MEIO AMBIENTE E FARMACÊUTICO <0.1PPB 103

TSD FÓSFORO, NITROGÊNIO TODOS OS MERCADOS, ESPECIALMENTE FARMACÊUTICO E MEIO AMBIENTE

<0.05PG P/SEG

<0.1PG N/SEG

103

PFPD ENXÔFRE, FÓSFORO MEIO AMBIENTE E PETROLÍFERO 0.1NG S/SEG

1PG P/SEG

104

ELCD COMPOSTOS ORGÂNICOS COM

NITROGÊNIO, ENXÔFRE OU HALOGÊNIOS

MEIO AMBIENTE, ALI-MENTOS E AROMAS, E FARMACÊUTICO

2PG N/SEG

2PG S/SEG

0.5PG CL/SEG

104

PID AROMÁTICOS, FENÓIS, E

HIDROCARBONETOS INSATURADOS

(91)

(92)

Erros na Manipulação de Dados

•

• Amostras com múltiplas fases.Amostras com múltiplas fases.

•

• Porção representativa para preparação da Porção representativa para preparação da amostra.

amostra.

•

• Decomposição, vaporização, reações.Decomposição, vaporização, reações.

•

• AdsorsãoAdsorsão no injetor, coluna ou detetorno injetor, coluna ou detetor..

•

• Fatores de resposta são necessários para tratar Fatores de resposta são necessários para tratar os componentes igualmente.

os componentes igualmente.

•

• Os parâmetros do registrador ou sistema de Os parâmetros do registrador ou sistema de dados devem ser otimizados para assegurar dados devem ser otimizados para assegurar precisão, e para que dados reprodutíveis sejam precisão, e para que dados reprodutíveis sejam coletados.

(93)

Análise Qualitativa

Técnicas Analíticas Suplementares Técnicas Analíticas Suplementares

(94)

Análise Quantitativa

•

Porcentagem de ÁreaPorcentagem de Área

•

• Padrão InternoPadrão Interno

•

• Padrão ExternoPadrão Externo

•

(95)

Porcentagem de Área

Área % = (A Área % = (A_i_i/ / ΣΣΣΣA) x 100A) x 100 Onde: Onde: A

A_i_i = área do pico individual= área do pico individual ΣΣ

ΣΣA = soma de todas as áA = soma de todas as áreas dos picosreas dos picos

•

Todos os componentes na amostra devem responder Todos os componentes na amostra devem responder igualmente no

igualmente no detetordetetor e devem ser bem separados.e devem ser bem separados.

•

• Indica a quantidade de um componente em relação aos Indica a quantidade de um componente em relação aos outros componentes na amostra.

(96)

Padrão Externo

•

• Usa uma série de compostos conhecidos (padrões Usa uma série de compostos conhecidos (padrões externos) para criar uma curva de calibração.

externos) para criar uma curva de calibração.

•

• Estas curvas são constituídas para cada componente Estas curvas são constituídas para cada componente de interesse. Estas curvas devem ser lineares e

de interesse. Estas curvas devem ser lineares e passarem pela origem.

passarem pela origem.

•

(97)

Padrão Externo

•

• O cálculo é feito pelo fator de calibração.O cálculo é feito pelo fator de calibração.

Fc

Fc_i_i = área= área_i_i / quantidade/ quantidade_i_i

Massa

Massa_i_i = área= área_i_i / Fc/ Fc_i_i

Onde: Onde:

Fc

Fc_i_i = fator de calibração do pico de interesse;= fator de calibração do pico de interesse; Área

Área_i_i = área do pico de interesse;= área do pico de interesse; quantidade

quantidade_i_i = massa ou concentração do pico de = massa ou concentração do pico de interesse;

interesse; massa

(98)

Padrão Interno

•

• Um padrão interno é adicionado aos padrões e à amostra.Um padrão interno é adicionado aos padrões e à amostra.

•

• Apenas a resolução completa dos picos de interesse e do Apenas a resolução completa dos picos de interesse e do padrão interno é requerida.

padrão interno é requerida.

•

• O Padrão Interno deve ter as seguintes características:O Padrão Interno deve ter as seguintes características: •

• Não estar presente na amostra;Não estar presente na amostra;

•

• separar completamente dos outros componentes da amostra;separar completamente dos outros componentes da amostra;

•

• estável, nãoestável, não--reativo e de alta pureza.reativo e de alta pureza.

•

(99)

Padrão Interno

RRF_i = f_i =(quantidade_i/Área_i) x (Área_ref/quantidade_ref)

massa_i = Área_if_iM_ref /Área_ref Onde:

Onde:

f

f_i_i = fator de resposta relativo do pico de interesse;= fator de resposta relativo do pico de interesse; quantidade

quantidade_i_i = concentração ou massa do pico de interesse;= concentração ou massa do pico de interesse; Área

Área_i_i = área do pico de interesse;= área do pico de interesse; Área

Área_ref_ref = área do pico de padrão interno;= área do pico de padrão interno; quantidade

quantidade_ref_ref = concentração ou massa do pico do p. interno;= concentração ou massa do pico do p. interno; massa

massa_i_i = massa ou concentração do pico de interesse;= massa ou concentração do pico de interesse; M

(100)

Padrão Interno

(101)

Exemplo 1: Calcular os fatores de resposta

relativos.

Pico Tempo Massa Área

1 2.00 10 10000

2 3.00 10 5000

IS 4.00 1.00 10000

(102)

Exemplo 2: Calcular a massa da amostra

usando os fatores relativos resposta.

Pico Tempo Massa Área

1 2.00 ? 8000

2 3.00 ? 8000

IS 4.00 1.00 8000

(103)

Porcentagem Normalizada

•

Calcula a composição percentual de cada componente.Calcula a composição percentual de cada componente.

•

(104)

Porcentagem Normalizada

Onde: Onde:

f

f_i_i = fator de resposta relativo do pico de = fator de resposta relativo do pico de interesse;

interesse; Área

Área_i_i = área do pico de interesse;= área do pico de interesse; Área

Área_ref_ref = área do pico de referência escolhido;= área do pico de referência escolhido; quantidade

quantidade_ref_ref = concentração ou massa do pico de= concentração ou massa do pico de referência

referência

f_i = (quantidade_i / A_i) x (A_ref / quantidade_ref)