Cromatografia Gasosa (CG ou GC)

Cromatografia Gasosa

(CG ou GC)

O que se analisa...

Compostos voláteis de pontos de ebulição de até 350ºC.

Compostos que possam produzir derivados voláteis

Compostos termicamente estáveis nas condições de trabalho

Função

Ser a F.M. mas não pode interagir com a F.E. e nem com a amostra sendo denominado de gás de arraste.

Compatível com o Detector

Cada detector demanda um gás de arraste específico para melhor funcionamento.

Seleção de gases de arraste em função do detector

Detector Gás

DCT He e H₂

DIC N₂ ; H₂ ; He

1- cilindro de gás

2- regulador de pressão primário

3- traps para eliminar impurezas do gás 4- regulador de pressão secundário

É recomendado que a cada 100 injeções se troque o septo.

Apenas o septo branco não é recomendado para análise de alta sensibilidade.

Septo Características Branco

Azul Longa validade e T máxima de 450°C Azul claro Flexível e T máxima de 350ºC

Marrom Altas temperaturas e T máxima 450°C Verde

claro

Baixo sangramento T máxima 340°C

Técnica de injeção “a frio”

Colunas empacotadas

Amostras com alta MM e ponto de ebulição elevado

Amostra não é vaporizada

Quando os analitos tem diferença de MM entre o componente mais leve e o mais pesado de 40 Carbonos

 Colunas capilares

Amostras com pequena MM e ponto de ebulição baixo

Amostras com

concentrações mais altas

Divide a amostra pela razão Split/Vazão coluna, geralmente de 100:1. O Split é um processo de eliminação de parte da amostra

gasosa para evitar saturação da coluna

 Colunas capilares

Amostras com MM e ponto de ebulição maiores

Amostras com concentrações a nível traço

Evitam o contato da amostra com o corpo do injetor. Auxiliam um aquecimento mais uniforme e portanto uma vaporização melhor da amostra.

Maneira correta de segurar a seringa

Funcionamento da

A introdução da amostra deve ser compacta e o mais rapidamente possível.

Ideal: injetar com a mesma velocidade para assegurar a reprodutibilidade de resultados.

É a extração de compostos voláteis e semi-voláteis presentes na amostra (matriz líquida ou sólida).

1º Estágio

A amostra fica em incubação

2º Estágio

A amostra fica em equilíbrio termodinâmico. A concentração dos analitos na fase vapor é representativo àquele presente na amostra original.

3º Estágio

Um volume fixo de vapor é amostrado e introduzido para o CG

Isoterma

Seleciona uma temperatura de 50ºC acima do ponto de ebulição do composto menos volátil. 150ºC 160ºC 260ºC 190ºC 178ºC

Dependendo do tipo de coluna e do estado físico da amostra.

Coluna Amostras _Líquidas Amostras _Gasosas Empacotada

 = 32 mm 0,2 - 20μL 0,1 – 50mL

Capilar

Coluna Empacotada

Vantagens Desvantagens Mais Econômica Maior capacidade de carga Maior quantidade de amostra Se o material de enchimento não for colocado na coluna

de forma compacta e

uniforme, os espaços vazios resultantes funcionarão como câmaras de diluição

da amostra

Menor eficiência Análise mais lenta

Vantagens Desvantagens Maior comprimento 

maior eficiência

Separação de misturas complexas

Análise mais rápida Maior separação

Capacidade de processamento da

amostra inferior

Saturação mais rápida Menor quantidade de

Alguns termos utilizados com relação ao diâmetro interno:

Narrow-bore (estreito): 0,25mm

Semi wide-bore (semi largo): 0,32mm Wide-bore (largo): 0,53mm

Empacotada Capilar

Diâmetro (mm) 3 - 6 0,05 – 0,053

Eficiência (prato teórico/m)

Baixa (1200) Alta (4500)

Resolução baixa Alta Comprimento máximo (m) 10 150 Capacidade de amostra Alta baixa

Sabendo a natureza do analito (substância ou amostra) se escolhe a FE.

Geralmente, segue-se a regra: “A F.E. deve ter características de polaridade semelhante à substância a se analisar”.

Amostra polar é analisada com FE polar e uma amostra semi polar com uma FE semi polar e uma amostra apolar com FE apolar.

Composição Polaridade Aplicação Fases T (ºC) 100% dimetil polissiloxano (goma) apolar Fenóis, hidrocarboneto s, aminas, compostos sulforados, gasolina e pesticidas OV-1, SE-30 -60 até 325 100% dimetil polissiloxano (fluido) apolar Derivados de aminoácidos. Óleos OV-101, SP-2100 0 até 280

Composição Polaridade Aplicação Fases T (ºC)

5% fenil 95% dimetil polissiloxano

apolar

Ácidos graxos, metil ésteres, hidrocarbonetos aromáticos, pesticidas, aromas, compostos halogenados, drogas e alcalóides SE-52 OV-23 SE-54 -60 até 325 14% cianopropil 86% fenil polissiloxano Interme-diária Drogas, esteróides e pesticidas OV-1701 -20 até 280 50% fenil 50% metil polissiloxano Interme-diária Drogas, esteróides e pesticidas OV-17 60 até 240

Composição Polaridade Aplicação Fases T (ºC) 50% cianopropil metil 50% fenil metil polissiloxano Interme-diária Ácidos graxos, metil ésteres e acetatos de alditol OV-225 60 até 240 50% trifluor-propil 50% polissiloxano Interme-diária Compostos halogenados aromáticos OV-210 45 até 240

Composição Polaridade Aplicação Fases T (ºC) Polietileno

glicol – TPA modificado

polar Ácidos livres, alcoois, aldeídos, acrilatos, nitrilos e cetonas FFAP 60 até 240 Polietileno glicol polar Álcoois, éteres, glicóis e solventes. Carbowax 20M 60 até 240 Os limites de T definem a faixa de

Temperatura controlada

A T independe dos demais módulos, ou seja, não é afetada pela T_injetor e T_detector. Com valor controlado (exatidão e precisão de ±0,1ºC).

Apresentam uma ampla faixa de trabalho, geralmente da T_amb até 400ºC ou ainda a T negativas

Temperatura controlada

É importante que se consiga esfriamento e aquecimento rápido tanto para as análises de rotina quanto pra o desenvolvimento de metodologias analíticas novas.

E devem permitir tanto isotermas quanto uma Programação de Temperatura.

 Componentes menos voláteis demoram a eluir, obtendo-se picos mal definidos.



 Componentes mais voláteis não são separados.



Com uma programação linear de Temperatura se consegue boa separação dos componentes da amostra em menor tempo.

A FM em CG não tem a mesma função que na CLAE  a programação de Temperatura é uma importante ferramenta na separação das substâncias.

Além da interação com a FE, o tempo que um analito demora para percorrer a coluna depende de sua pressão de vapor.

  

A taxa de transferência de calor entre um corpo quente e um corpo frio depende da condutividade térmica do gás no espaço que separa os corpos

Se a condutividade térmica do gás diminui, a quantidade de calor transferido também diminui - o corpo quente se aquece.

1 Bloco metálico (aço)

2 Entrada de gás de arraste

3 Saída de gás de arraste

4 Filamento metálico (Au) aquecido

5 Alimentação de corrente elétrica para aquecimento do filamento 2 filamentos ou 4, se 4 há duplicação da

Quanto mais leve for o gás maior será a condutividade térmica: H ou He Compostos Condutividade Térmica Relativa Massa Molecular Hélio 100 4 Hidrogênio 128 2 Nitrogênio 18 28

DETEC

Seletividade

Sinal para qualquer substância eluída (diferente do gás de arraste), universal.

Sensibilidade / Linearidade

Dependendo da configuração particular e do analito: LD = 0,4 ng a 1 ng com linearidade de 104 _{(ng = dezenas de g)}

DETECTORES

Natureza do Gás de Arraste:

Quanto maior a diferença de variação de condutividade (Δ) entre a condutividade térmica do gás de arraste puro, _A, e do analito _X, MAIOR A RESPOSTA.

DETECTORES

Natureza do Gás de Arraste:

Quanto menor a massa molecular do gás de arraste, maior a resposta

Vantagens  Simples

 Baixo custo

 Boa estabilidade

 Não destrutivo

Amostras tanto aquosas quanto orgânicas – polares ou apolares – de baixo ou elevado potencial de ionização.

Aplicações

Separação e quantificação de compostos que não geram sinal em outros detectores (gases nobres, gases fixos).

Limitações Práticas

Extremamente sensível a mudança de fluxo de gás de arraste

Princípio

Formação de íons quando um composto é queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio

O efluente da coluna é misturado com H₂ e O₂ e é queimado. Como numa chama de H₂ + O₂ não existem íons, ela não conduz corrente elétrica.

Quando um composto orgânico elui, ele também é queimado. Como na sua queima são formados íons, a chama passa a conduzir corrente elétrica

Seletividade

Para substâncias que contém ligações C-H em sua estrutura química.

Compostos que NÃO produzem resposta no DIC:

Gases nobres , H₂, O₂, N₂, NH₃, N_xO_y, SiX₄ (X = halogênio) CO, CO₂, CS₂, CCl₄, per-halogenados e H₂O

Limitações Práticas  Detector destrutivo

Limitações Práticas

Limitado a compostos inorgânicos (mesmo que voláteis), especialmente a gases permanentes e água

Átomos eletronegativos presentes na estrutura do composto a ser detectado (oxigênio, fósforo, enxofre, halogênios), geralmente diminuem o sinal

Pelo “desaparecimento” de um fluxo de elétrons lentos (termais) que ocorre quando há absorção de elétrons por espécies eletrofílicas.

Vantagens

 Não destrutivo

 Seletivo e sensível (picogramas)

Sensível a: haletos de alquila, nitrilos, nitratos, carbonilas conjugadas e compostos organometálicos

Insensível a: hidrocarbonetos, álcool e cetonas.

Limitações Práticas

Probabilidade de condensar analitos de alto ponto de ebulição, devido a temperatura de operação, requer limpeza periódica.

O gás de arraste precisa ser previamente seco, pois é sensível água.

Características 3_H 63_Ni

Meia-Vida 12,5a 125a Estado Físico gás Sólido

Limite de

Temperatura (o_C) 220 350

Radiotoxidez bastante alta moderada

Contaminantes em ar atmosférico

Característica Detectores

DCT DIC DCE

Seletividade universal compostos Só orgânicos Só compostos que capturam elétrons Sensibilidade 6x10-10 _9x10-13 _5x10-14 Linearidade 104 ₁₀7 _5x102

O gás de arraste compatível com cada detector:

Seleção de Gases de Arraste em Função do Detector

DCT He, H₂

DIC H₂

DCE N₂, Ar + 5% CH₄

EM He

Acoplado a Espectrometria de Massa (EM)

Seleção manual ou automática do espectro de massa correspondente a um eluato com interpretação manual do espectro e/ou comparação automática com a biblioteca do

As características fundamentais de um espectrômetro de massas são: - produção de íons em fase gasosa;

- aceleração dos íons a velocidades específicas em um campo elétrico; - separação dos íons por um analisador de massas;

- detecção de cada íon em uma m/z específica.

O analisador de massas pode separar os íons pelo uso de campos magnéticos ou elétricos. Alternativamente o tempo que os íons de diferentes massas levam para

migrar distâncias definidas pode ser medido precisamente em um analisador de massas por tempo de voo (TOF, time-of-flight).

Acoplado a Espectrometria de Massa (EM)

Os sistemas CG-EM devem ser totalmente controlados por microcomputador e devem:

Gerenciar e monitorar o funcionamento dos módulos de CG e EM.

Coletar e arquivar espectros de massa em intervalos regulares de tempo e construir o cromatograma.

Deve comparar as corridas cromatográficas com os espectros coletados e com a biblioteca identificando os eluatos.

Por:

Retenção: Uso de dados de retenção de um analito para sua identificação

Detecção: Detectores que fornecem informações estruturais sobre as substancias eluídas.

A integração da área do pico é proporcional a massa que passa pelo detector

Normalização – o método simples

Este método é utilizado quando se conhece todos os componentes de uma amostra e precisa-se da composição total.

A partir das áreas corrigidas de uma mistura de componentes, faz-se a somatória das áreas e relaciona-se a porcentagem de cada componente.

Normalização – o método simples total analito analito área área A 100( ) % 

Padronização Externa

Este método baseia-se na comparação de uma certa substância presente na amostra com seu respectivo padrão.

Primeiramente deve-se construir um gráfico de (área x diferentes concentrações) da substância padrão:

Padronização Externa

Em seguida, injeta-se a amostra, e a partir da área obtida no cromatograma tira-se do gráfico traçado a concentração dessa substância na amostra.

É importante que o gráfico deve ser construído com concentrações próximas da concentração esperada na amostra.

Utiliza uma F.M. de vapor pressurizado, em temperatura e pressão acima de seu ponto crítico.

A F.M. é um fluido, geralmente de CO₂ que pode ser (ou não) modificado com substâncias que aumente a sua polaridade.

Vantagem:

Tem viscosidade menor que um líquido e mantem as propriedades de interação com os solutos, está entre a CG e a CLAE.

É utilizada para separar amostras termicamente instáveis e de alto peso molecular (se comparada com a CG) e oferece separações mais eficientes e rápidas em relação a CLAE (HPLC).

CG - Amostra deve ser volátil ou que

possam produzir derivados voláteis, e termicamente estáveis.

- FM é um gás.

- FM não pode interagir com a F.E. e nem com a amostra.

- 2.000 a 300.000 pratos teóricos

-Tipos de amostras: Gases, líquidos e sólidos, MM= 2 a 1200 g.mol-1

- separação de amostras com até 200 componentes.

-tempo de análise: minutos até poucas horas

CLAE

-Amostras solúveis na fase móvel

-FM é um líquido

-FM deve ter polaridade diferente da FE, e interage com a amostra. - 500 a 25.000 pratos teóricos -Tipos de amostras: líquidos e sólidos, iônicos ou covalentes, MM= 32 a 4.000.000 g.mol-1

Separação de amostras com até 50 componentes.

-tempo de análise: minutos até muitas horas