Cromatografia Gasosa

1
Cromatografia Gasosa

• Petruccio Tenório Medeiros

2
CROMATOGRAFIA Histórico
M. TSWEET (1903) Separação de misturas
de pigmentos vegetais em colunas recheadas
com adsorventes sólidos e solventes variados.
Cromatografia kroma cor graph
escrever (grego)
3
CROMATOGRAFIA Princípio Básico
Separação de misturas por interação diferencial
dos seus componentes entre uma FASE ESTACIONÁRIA
(líquido ou sólido) e uma FASE MÓVEL (líquido ou
gás).
4
CROMATOGRAFIA Modalidades e Classificação
Cromatografia Líquida
FM Líquido
Cromatografia Gasosa (CG)
FM Gás
Cromatografia Gás-Sólido (CGS)
Sólida
Em CG a FE pode ser
Cromatografia Gás-Líquido (CGL)
Líquida
5
CROMATOGRAFIA GASOSA Histórico
CGS rudimentar
CGL proposta (Martin e Synge)
Separação de ácidos orgâni-cos por CGL primeiro
cro-matógrafo (Martin e James)
Primeiro equipamento comer-cial (Griffin George)
Detector por Densidade de Gás (Martin e James)
Detector por Ionização em Chama (McWillian e
Dewar)
Detector por Captura de Eletrons (Lovelock e
Lipsky)
Colunas Capilares (Golay)
Presentemente Vendas de equipamentos e
acessórios para CG nos EUA estimadas em mais de
US 750.000.000 (1995).
6
CROMATOGRAFIA GASOSA Aplicabilidade
Quais misturas podem ser separadas por CG ?
(para uma substãncia qualquer poder
ser arrastada por um fluxo de um gás ela deve
ser dissolver - pelo menos parcialmente - nesse
gás)
Misturas cujos constituintes sejam VOLÁTEIS
(evaporáveis)
DE FORMA GERAL CG é aplicável para separação e
análise de misturas cujos constituintes
tenham PONTOS DE EBULIÇÃO de até 300oC e que
termicamente estáveis.
7
O Cromatógrafo a Gás
1 - Reservatório de Gás e Controles de Vazão /
Pressão. 2 - Injetor (Vaporizador) de Amostra. 3
- Coluna Cromatográfica e Forno da Coluna. 4 -
Detector. 5 - Eletrônica de Tratamento
(Amplificação) de Sinal. 6 - Registro de Sinal
(Registrador ou Computador).
Observação em vermelho temperatura controlada
8
INSTRUMENTAÇÃO Gás de Arraste
Fase Móvel em CG NÃO interage com a amos- tra -
apenas a carrega através da coluna. Assim é
usualmente referida como GÁS DE ARRASTE
Requisitos
INERTE Não deve reagir com a amostra, fase
estacionária ou superfícies do instrumento.
PURO Deve ser isento de impurezas que possam
degradar a fase estacionária.
Impurezas típicas em gases e seus efeitos
9
INSTRUMENTAÇÃO Gás de Arraste
Requisitos
CUSTO Gases de altíssima pureza podem ser muito
caros.
COMPATÍVEL COM DETECTOR Cada detector demanda um
gás de arraste específico para melhor
funcionamento.
Seleção de Gases de Arraste em Função do Detector
10
INSTRUMENTAÇÃO Alimentação de Gás de Arraste
1 - Cilindro de Gás 2 - Regulador de Pressão
Primário 3 - Traps para eliminar impurezas do
gás 4 - Regulador de Pressão Secundário 5 -
Regulador de Vazão (Controlador Diferencial de
Fluxo) 6 - Medidor de Vazão (Rotâmetro)
Nota Tubos e Conexões Aço Inox ou Cobre
11
INSTRUMENTAÇÃO Dispositivos de Injeção de Amostra
Os dispositivos para injeção (INJETORES ou
VAPORIZADORES) devem prover meios de introdução
INSTANTÂNEA da amostra na coluna cromatográfica
Injeção instantânea
Injeção lenta
12
INSTRUMENTAÇÃO Injetor on-column Convencional
1 - Septo (silicone) 2 - Alimentação de gás de
arraste) 3 - Bloco metálico aquecido 4 - Ponta da
coluna cromatográfica
13
INSTRUMENTAÇÃO Injeção on-column de líquidos
1 - Ponta da agulha da microseringa é introduzida
no início da coluna. 2 - Amostra injetada e
vaporizada instantâneamente no início da
coluna. 3 - Plug de vapor de amostra forçado
pelo gás de arraste a fluir pela coluna.
14
INSTRUMENTAÇÃO Parâmetros de Injeção
TEMPERATURA DO INJETOR Deve ser sufi-cientemente
elevada para que a amostra vapo-rize-se
imediatamente, mas sem decomposição
Regra Geral Tinj 50oC acima da temperatura de
ebulição do componente menos volátil
VOLUME INJETADO Depende do tipo de coluna e do
estado físico da amostra
Sólidos convencionalmente se dissolve em um
solvente adequado e injeta-se a solução
15
INSTRUMENTAÇÃO Microsseringas para Injeção
LÍQUIDOS Capacidades típicas 1 ?L, 5 ?L e 10 ?L
16
INSTRUMENTAÇÃO Colunas Definições Básicas
EMPACOTADA ? 3 a 6 mm L 0,5 m a 5 m Recheada
com sólido pul-verizado (FE sólida ou FE líquida
depositada sobre as partículas do recheio)
CAPILAR ? 0,1 a 0,5 mm L 5 m a 100 m Paredes
internas recober-tas com um filme fino (fra-ção
de ? m) de FE líquida ou sólida
17
INSTRUMENTAÇÃO Temperatura da Coluna
Além da interação com a FE, o tempo que um
analito demora para percorrer a coluna depende de
sua PRESSÃO DE VAPOR (p0).
ANALITO ELUI MAIS RAPIDA-MENTE (MENOR RETENÇÃO)
18
INSTRUMENTAÇÃO Temperatura da Coluna
TEMPERATURA DA COLUNA
CONTROLE CONFIÁVEL DA TEMPERATURA DA COLUNA É
ESSENCIAL PARA OBTER BOA SEPARAÇÃO EM CG
19
INSTRUMENTAÇÃO Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno
AMPLA FAIXA DE TEMPERATURA DE USO Pelo menos de
Tambiente até 400oC. Sistemas criogênicos (T lt
Tambiente) podem ser necessários em casos
especiais.
TEMPERATURA INDEPENDENTE DOS DEMAIS MÓDULOS Não
deve ser afetado pela temperatura do injetor e
detector.
TEMPERATURA UNIFORME EM SEU INTERIOR Sistemas de
ventilação interna muito eficientes para manter a
temperatura homogênea em todo forno.
20
INSTRUMENTAÇÃO Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno
Em cromatógrafos modernos (depois de 1980), o
controle de temperatura do forno é totalmente
operado por microprocessadores.
21
INSTRUMENTAÇÃO Forno da Coluna
Características Desejáveis de um Forno
Em cromatógrafos modernos (depois de 1980), o
controle de temperatura do forno é totalmente
operado por microprocessadores.
22
INSTRUMENTAÇÃO Programação Linear de Temperatura
Misturas complexas (constituintes com
volatilidades muito diferentes) separadas
ISOTERMICAMENTE
23
INSTRUMENTAÇÃO Programação Linear de Temperatura
A temperatura do forno pode ser variada
linearmente durante a separação
Parâmetros de uma programação de temperatura
24
INSTRUMENTAÇÃO Programação Linear de Temperatura
Possíveis problemas associados à PLT
VARIAÇÕES DE VAZÃO DO GÁS DE ARRASTE A
viscosidade de um gás aumenta com a temperatura.
DERIVA (DRIFT) NA LINHA DE BASE Devido ao
aumento de volatilização de FE líquida
25
INSTRUMENTAÇÃO Detectores
Dispositivos que examinam continuamente o
material eluido, gerando sinal quando da
pas-sagem de substâncias que não o gás de arraste
Gráfico Sinal x Tempo CROMATOGRAMA Idealmente
cada substância separada aparece como um PICO no
cromatograma.
26
INSTRUMENTAÇÃO Detectores
Mais Importantes
27
TEORIA BÁSICA Tempo de Retenção Ajustado, tR
O parâmetro diretamente mensurável de retenção de
um analito é o TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, tR
28
TEORIA BÁSICA Volume de Retenção Ajustado, VR
Embora não diretamente mensurável, o parâ-metro
fundamental de retenção é o VOLUME DE RETENÇÃO
AJUSTADO, VR
29
TEORIA BÁSICA Constante de Distribuição, KC
Coluna cromatográfica série de estágios
inde-pendentes onde acontece o equilíbrio entre o
analito dissolvido na fase estacionária e no gás
de arraste
30
TEORIA BÁSICA Fator de Retenção, k
Exprimindo o equilíbrio em termos da MASSA do
analito em cada fase, ao invés da concentração
31
TEORIA BÁSICA Razão de Fases, b
Depende das DIMENSÕES da coluna
32
TEORIA BÁSICA Relações entre VR, KC e b
VR pode ser definido em função de KC e b
VR depende diretamente da constante de
dis-tribuição do soluto entre a FE e o gás de
arraste e das dimensões da coluna.
33
TEORIA BÁSICA Eficiência de Sistemas
Cromatográficos
Efeitos do alargamento excessivo de picos
EFICIÊNCIA Capacidade de eluição com o mínimo
de dispersão do analito.
34
TEORIA BÁSICA Quantificação da Eficiência
Supondo a coluna cromatográfica como uma série de
estágios separados onde ocorre o equilíbrio entre
o analito, a FE e o gás de arraste
35
TEORIA BÁSICA Quantificação da Eficiência
ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEÓRI-CO (H)
Tamanho de cada estágio de equilíbrio
Valores típicos de H e N
Valores de H para colunas capilares e empacotadas
são próximos, mas como L para capilares é MUITO
maior tipicamente elas são mais eficientes
36
TEORIA BÁSICA Otimização da Eficiência
- Colunas Empacotadas Equação de van Deemter
- Colunas Capilares Equação de Golay
37
FASES ESTACIONÁRIAS Conceitos Gerais
LÍQUIDOS Depositados sobre a superfície de
só-lidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou
de tubos finos de materiais inertes (colunas
capilares)
Para minimizar a perda de FE líquida por
volatilização, normalmente ela é
SÓLIDOS Colunas recheadas com material finamente
granulado (empacotadas) ou depositado sobre a
superfície interna do tubo (capilar)
38
FASES ESTACIONÁRIAS Características de uma FE
ideal
Regra geral a FE deve ter características tanto
quanto possível próximas das dos solutos a serem
separados (polar, apolar, aromático ...)
39
FASES ESTACIONÁRIAS Características de uma FE
ideal
40
FASES ESTACIONÁRIAS FE Sólidas Adsorção
O fenômemo físico-químico responsável pela
interação analito FE sólida é a ADSORÇÃO
A adsorção ocorre na interface entre o gás de
arraste e a FE sólida
41
FASES ESTACIONÁRIAS FE Sólidas
Características Gerais
Mais usados
Polímeros Porosos Porapak (copolímero
estireno-divi-nilbenzeno), Tenax (polióxido de
difenileno)
Sólidos Inorgânicos Carboplot, Carboxen (carvões
ativos grafitizados), Alumina, Peneira Molecular
(argila microporosa)
GASES DE REFINARIA ColunaCarboxen-1000 60-80
mesh 15 x 1/8 TCOL 35oC a 225oC / 20oC.
min-1 Gás de Arraste He _at_ 30 ml.min-1 Detector
TCD
42
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
AMINAS ALIFÁTICAS Coluna4 Carbowax 20M s/
Carbopack B 0,8 KOH TCOL 200oC (isotérmico)
Gás de Arraste N2 _at_ 20 mL.min-1 Detector
FID Amostra 0,01 mL da
mistura de aminas
43
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
Maior parte das aplicações em CG moderna
Quatro grandes grupos estruturais
ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRAXOS Coluna5DEGS-P
S s/ Supel-coport 100/120 mesh 6 x 1/8 TCOL
200oC (isotérmico) Gás de Arraste N2 _at_ 20
ml.min-1 Detector FID Amostra 0,5 mL de solução
em clorofórmio contendo 0,5 mg de cada éster
44
FASES ESTACIONÁRIAS FE Líquidas Absorção
O fenômemo físico-químico responsável pela
interação analito FE líquida é a ABSORÇÃO
A absorção ocorre no interior do filme de FE
líquida (fenômeno INTRAfacial)
45
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
- Ligação Si-O extremamente estável elevada
estabilidade térmica e química das FE.
- Silicones são fabricados em larga escala para
diversas aplicações minimização de custo do
produto tecnologia de produção e purificação
largamente estudada e conhecida.
- Praticamente qualquer radical orgânico ou
inorgânico pode ser ligado à cadeia polimérica
FE ajustáveis a separações específicas
facilidade de imobilização por entrecruzamento e
ligação química a suportes
46
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por
substituição de -CH3 por radicais orgânicos, em
ordem crescente aproximada de polaridade
Diferenças entre FE de composição similar
provenientes de fornecedores diferentes pureza,
viscosidade.
47
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
Separação de pesticidas - FE 100 PDMS
1 - TCNB 2 - Dichloram 3 - Lindano 4 - PCNB 5 -
Pentacloroanilina 6 - Ronilano 7 - Antor 8 -
pp-DDE 9 - Rovral 10 - Cypermetrin 11 -
Decametrin
17 min
Coluna CP-Sil 5 (25 m x 0,32 mm x 0,12 mm)
TCOL195oC (6,5 min) / 195oC a 275oC (10oC.min-1)
Amostra 2mL de solução dos pesticidas on-column
48
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
Separação de piridinas - FE 100
CNpropilsilicone
Coluna CP-Sil 43CB (10 m x 0,10 mm x 0,2 mm)
TCOL110oC (isotérmico)
Amostra 0,1mL de solução 1-2 das piridinas em
3-metilpiridina
49
FASES ESTACIONÁRIAS Famílias de FE Líquidas
Separação de fenóis - FE fenilmetilsilicones
50
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais
Separação de isômeros óticos
Separação de misturas de isômeros óticos só é
possível com FE oticamente ativas FE Quirais
51
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais
FE oticamente ativas mais importantes
Derivados de aminoácidos
Misturas de compostos formadores de pontes de
hidrogênio.
Chiralsil-Val
52
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais
Derivados de ciclodextrinas alquiladas
- Introduzidas em 1983
- Quando ligadas a cadeias de polisiloxano uso
extremamente favorável como FE líquida
(viscosidade baixa, estabilidade ...)
- Podem ser quimicamente imobilizadas nas colunas
- Colunas disponíveis comercialmente
53
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais Aplicações
Óleo essencial artificial de limão separação de
terpenos primários
Coluna Rt-ßDEXsm (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm)
TCOL 1 min a 40C / 2C min-1 / 3 min a 200C
54
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais Aplicações
Aroma de bergamota distinção entre aroma natural
e artificial
Coluna Rt-ßDEXse (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm)
TCOL 1 min a 40C / 4C min-1 / 200C
55
FASES ESTACIONÁRIAS FE Quirais Aplicações
Anfetaminas resolução dos isômeros
Coluna Rt-ßDEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm)
TCOL 1 min a 120C / 1,5C min-1 / 3 min A 175C
56
COLUNAS EMPACOTADAS Definições Básicas
Tubo de material inerte recheado com FE sólida
gra-nulada ou FE líquida depositada sobre suporte
sólido.
Eficiência maximizada com
57
COLUNAS EMPACOTADAS FE Líquidas Suporte
Uso quase universal TERRA DIATOMÁCEA
secagem
calcinação
fusão com soda
lavagem com ácido
silanização
58
COLUNAS EMPACOTADAS FE Líquidas Suporte
Chromosorb - características gerais
59
COLUNAS EMPACOTADAS FE Líquidas Carga de FE
df f ( FE no recheio)
TIPICAMENTE FE 1 a 30 do recheio
60
COLUNAS CAPILARES Definições Básicas
Tubo fino de material inerte com FE líquida ou
sólida depositada sobre as paredes internas.
Colunas de sílica são revestidas externamente com
camada de polímero (poliimida) para aumentar
resistência mecânica e química
Colunas Capilares x Empacotadas
Famílias de Colunas Capilares
WCOT (Wall coated open tube) FE liquida deposida
(ligada // entrecruzada) sobre as paredes
internas.
PLOT (Porous layer open tube) Camada de FE sólida
presa às paredes internas
SCOT (Support coated open tube) Predes internas
revestidas com material de recheio similar ao das
colunas empacotadas
61
COLUNAS CAPILARES Diâmetro Interno
? dC ? Eficiência
62
COLUNAS CAPILARES Fast GC Colunas Capilares
Finas
Além de colunas finas necessário controle
acurado de vazão (controle eletrônico de pressão)
e altas velocidades de aquecimento da coluna.
Destilação simulada de óleo diesel
Coluna HP-1 (1 m x 0.10 mm x 0.40 µm)
TCOL 35C / 40C min-1 / 0,75 min A 310C
63
COLUNAS CAPILARES Colunas Capilares Injeção
Injetores com divisão (splitters) Sistema
pneumático despreza fração da amostra injetada
- Menor sensibilidade (boa parte da amostra é
desprezada)
- Divisão da amostra raramente é uniforme (fração
purgada dos constituintes menos voláteis é sempre
menor)
- Ajuste da razão de divisão é mais uma fonte de
erros
64
COLUNAS CAPILARES Large Volume Injection (LVI)
Combinando injetores com temperatura programada,
vál-vulas controladas por microprocessador e
pré-colunas pode ser feita injeção de grandes
volumes (gt 100 m L) de amostra
1 Colunas e injetor frios válvula de purga
aberta (solvente é eliminado)
2 Colunas e injetor aquecidos válvula de purga
fechada (constituintes de interesse transferidos
para coluna analítica)
65
COLUNAS CAPILARES Large Volume Injection (LVI)
Separação de PAH com LVI (Vinj 25 mL, solução
400 ppb em CH2Cl2)
Coluna HP-5 (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm)
TCOL 5 min a 50C / 20C min-1 / 2 min A 320C
66
COLUNAS CAPILARES Colunas Multicapilares
- Eficiência próxima à das colunas convencionais
- Capacidade similar à das colunas empacotadas
- Colunas mais curtas análises mais rápidas
67
DETECTORES Definições Gerais
Dispositivos que geram um sinal elétrico
proporcional à quantidade eluida de um analito
60 detectores já usados em CG
15 equipam cromatógrafos comerciais
4 respondem pela maior parte das aplicações
DCT TCD Detector por Condutividade Térmica
DIC FID Detector por Ionização em Chama
DCE ECD Detector por Captura de Eletrons
EM MS Detector Es-pectrométrico de Massas
68
DETECTORES Parâmetros Básicos de Desempenho
QUANTIDADE MÍNIMA DETECTÁVEL Massa de um analito
que gera um pico com altura igual a três vezes o
nível de ruído
RUÍDO Qualquer componente do sinal gerado pelo
detector que não se origina da amostra
69
DETECTORES Parâmetros Básicos de Desempenho
LIMITE DE DETEÇÃO Quantidade de analito que gera
um pico com S/N 3 e wb 1 unidade de tempo
Mesmo detector, nível de ruído e massa de analito
MAS diferentes larguras de base
LD é independente da eficiência do sistema
cromatográfico !
70
DETECTORES Parâmetros Básicos de Desempenho
VELOCIDADE DE RESPOSTA Tempo decorrido entre a
entrada do analito na cela do detector e a
geração do sinal elétrico.
A constante de tempo do sistema (detector
dispositivos de registro de sinal) igual ou menor
a 10 da largura a meia altura (w0.5 ) do pico
mais estreito do cromatograma
71
DETECTORES Parâmetros Básicos de Desempenho
SENSIBILIDADE Relação entre o incremento de área
do pico e o incremento de massa do analito
Na ausência de erros determinados
72
DETECTORES Parâmetros Básicos de Desempenho
FAIXA LINEAR DINÂMICA Intervalo de massas dentro
do qual a resposta do detector é linear
O fim da zona de linearidade pode ser detectado
quando a razão (Área / Massa) diverge em mais de
5 da inclinação da reta na região linear
73
DETECTORES Classificação
UNIVERSAIS Geram sinal para qualquer substância
eluida.
SELETIVOS Detectam apenas substâncias com
determinada propriedade físico-química.
ESPECÍFICOS Detectam substâncias que possuam
determinado elemento ou grupo funcional em
suas estruturas
74
DETECTORES Detector por Condutividade Térmica
PRINCÍPIO Variação na condutividade térmica do
gás quando da eluição de um analito.
75
DETECTORES Detector por Condutividade Térmica
Configuração tradicional do DCT bloco metálico
com quatro celas interligadas em par - por duas
passa o efluente da coluna e por duas, gás de
arraste puro
Quando da eluição de um composto com
condutividade térmica menor que a do gás de
arraste puro
76
DETECTORES Detector por Condutividade Térmica
Os filamentos do DCT são montados numa ponte de
Wheatstone que transforma a diferença de
resistência quando da eluição de amostra numa
diferença de voltagem
77
DETECTORES Características Operacionais do DCT
SELETIVIDADE Observa-se sinal para qualquer
subs-tância eluida diferente do gás de arraste
UNIVERSAL
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE Dependendo da
configuração particular e do analito QMD 0,4
ng a 1 ng com linearidade de 104 (ng - dezenas de
mg)
VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE O sinal é proporcional à
concentração do analito no gás de arraste que
passa pela cela de amostra.
Com DCT, a área dos picos cromatográficos é MUITO
dependente da vazão do gás de arraste !!!
78
DETECTORES Características Operacionais do DCT
NATUREZA DO GÁS DE ARRASTE Quanto maior a
diferença Dl entre a condutividade térmica do gás
de arraste puro, lA, e do analito, lX, maior a
resposta.
QUANTO MENOR A MASSA MOLECULAR DO GÁS DE ARRASTE,
MAIOR A RESPOSTA
Gás de arraste com DCT He ou H2
79
DETECTORES Características Operacionais do DCT
FATORES DE RESPOSTA Quanto menor a condutividade
térmica do analito, maior o sinal.
80
DETECTORES Características Operacionais do DCT
TEMPERATURAS DE OPERAÇÃO Quanto maior a diferença
entre a temperatura dos filamentos e do bloco
metálico maior a resposta.
81
DETECTORES DCT Aplicações
1 Separação e quantificação de compostos que não
geram sinal em outros detectores (gases nobres,
gases fixos)
2 Por ser um detector não-destrutivo, pode ser
usado em CG preparativa ou detecção sequencial
com dois detectores em tandem
82
DETECTORES Detector por Ionização em Chama
PRINCÍPIO Formação de íons quando um composto é
queimado em uma chama de hidrogênio e oxigênio
83
DETECTORES Detector por Ionização em Chama
Uma diferença de potencial elétrico é aplicada
entre o flame tip e o coletor - quando se formam
íons na chama, flue uma corrente elétrica
O ar e o H2 difundem para o interior do coletor,
onde se misturam ao efluente da coluna e queimam
84
DETECTORES Detector por Ionização em Chama
Química da Chama de Hidrogênio
Região de quebra Mistura dos gases,
pré-aquecimento, início da quebra das moléculas
de H2, O2 e dos analitos.
Zona de reação Reações exotérmicas com produção
e/ou consumo de radicais H, O, OH, HO2
(provenientes do H2), CH e C2 (proveniente do
analito) e íons CHO (analito).
Zona de incandescência Emissão de luz por
decaimento de espécies excitadas OH (luz UV), CH
e C2 (visível).
85
DETECTORES Características Operacionais do DIC
SELETIVIDADE Seletivo para substâncias que contém
ligações C-H em sua estrutura química.
(como virtualmente todas as substâncias
analizáveis por CG são orgânicas, na prática o
DIC é UNIVERSAL)
Compostos que NÃO produzem resposta no DIC
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD típicas 10 pg a
100 pg com linearidade entre 107 e 108 (pg a mg)
86
DETECTORES Características Operacionais do DIC
VAZÕES DE GASES Além do gás de arraste, as vazões
de alimentação de ar (comburente) e hidrogênio
(combustível) devem ser otimizadas.
O sinal se mantém aproximadamente constante em
uma larga faixa de vazões de ar e H2
VARIAÇÕES NAS VAZÕES DE AR E H2 AFETAM APENAS
MARGINALMENTE O SINAL MAIORES REPRODUTIBILIDADE
E REPETIBILIDADE
87
DETECTORES Características Operacionais do DIC
TEMPERATURA DE OPERAÇÃO O efeito da temperatura
sobre o sinal do DIC é negligenciável.
TRATAMENTO DE SINAL Por causa da baixa magnitude
da corrente elétrica gerada (pA a nA) ela deve
ser amplificada para poder ser registrada.
1 Flame tip / Chama / Coletor
2 Bateria ou Fonte de CC Voltagens de operação
normais de 200 V a 300 V (não variável - valor
depende da geometria específica do detector).
3 Amplificador Eletrométrico Deve amplificar o
sinal e converter uma corrente variável em uma
voltagem variável (pA ? mV).
4 Saída de Registro de Sinal
88
DETECTORES Características Operacionais do DIC
FATORES DE RESPOSTA O fator de resposta de um
determinado composto é aproximadamente
proporcional ao número átomos de carbono.
Presença de heteroelementos diminui o fator de
resposta.
Número Efetivo de Carbonos (NEC) Prevê com 20
de aproximação o fator de resposta de um composto.
89
DETECTORES Detector de Nitrogênio - Fósforo
Modificação do DIC altamente seletiva para
compostos orgânicos nitrogenados e fosforados
QMD 0,4 pg a 10 pg (N) e 0,1 a 1 pg (P)
Pesticidas Triazínicos usando DNP
1 Desetilatrazina 2 Desisopropilatrazina 3 Atraton
4 Atrazina 5 Trietazina 6 Secbumeton 7 Sebutilaz
ina 8 Simetrin 9 Dipropretrina 10 Dimetametrina 11
Metroprotrina
(100 pg cada)
90
DETECTORES Detector por Captura de Eletrons
PRINCÍPIO Supressão de um fluxo de eletrons
lentos (termais) causada pela sua absorção por
espécies eletrofílicas
91
DETECTORES Detector por Captura de Eletrons
1 Anôdo (fonte radioativa b - emissora)
92
DETECTORES Detector por Captura de Eletrons
Mecanismo de Captura de Eletrons
93
DETECTORES Características Operacionais do DCE
FONTE RADIOATIVA O anôdo deve estar dopado com um
isótopo radioativo b - ou a- emissor
94
DETECTORES Características Operacionais do DCE
POLARIZAÇÃO DOS ELETRODOS Vários modos de
polarização possíveis
TEMPERATURA DO DETECTOR Dependência do sinal com
temperatura de operação bastante significativa
Magnitude e sinal do erro depende do composto
analisado !
TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGIDAMENTE CONTROLADA
95
DETECTORES Características Operacionais do DCE
GÁS DE ARRASTE Funcionamento do DCE é muito
dependente da natureza do gás de arraste
VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE Sinal depende
dire-tamente da vazão de gás fluindo no detector
96
DETECTORES Características Operacionais do DCE
SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD 0,01 pg a 1 pg
(organoclorados), linearidade 104 (pg a ng)
O DCE É O DETECTOR PREFERENCIAL PARA ANÁLISES DE
TRAÇOS DE ORGANOALOGENADOS E SIMILARES
97
DETECTORES Características Operacionais do DCE
SELETIVIDADE / FATORES DE RESPOSTA Valores de S
maximizados para compostos eletrofílicos
S típicos (clorobenzeno S 1)
98
DETECTORES DCE Aplicações
Contaminantes em ar atmosférico - detecção
paralela DIC DCE
1, 2, 3 - Hidrocarbonetos aromáticos
4, 5, 6 - Hidrocarbonetos clorados
99
ANÁLISE QUALITATIVA Conceitos Gerais
Para análise qualitativa confiável por CG é
recomendável combinação de dados provenientes de
pelo menos duas fontes
100
ANÁLISE QUALITATIVA Tempos de Retenção
Fixas as condições operacionais, o tempo de
retenção ajustado de um analito é uma constante
101
ANÁLISE QUALITATIVA Tempos de Retenção
Identificação por tR é muito pouco confiável
102
ANÁLISE QUALITATIVA Tempos de Retenção
Comparação de tR usando dopagem (spiking) da
amostra com o analito suspeito aumento da
confiabilidade de identificação.
103
ANÁLISE QUALITATIVA Índice de Retenção de Kovàts
FUNDAMENTO Os tR isotérmicos para uma série
homóloga de compostos dependem logaritmicamente
do número de átomos de carbono na cadeia.
104
ANÁLISE QUALITATIVA Índice de Retenção de Kovàts
O índice de retenção de Kovàts I para um analito
é definido por
Ex. um analito com I 874 teria um tempo de
retenção ajustado equivalente ao de um n-alcano
hipotético com cadeia de 8,74 átomos de carbono
105
ANÁLISE QUALITATIVA Índice de Retenção de Kovàts
REPETIBILIDADE - REPRODUTIBILIDADE Os efeitos de
TCOL e FC nos índices de Kovàts são pequenos
Identificação por índices de retenção é muito
confiável que comparações baseadas em tR
ÍNDICE DE RETENÇÀO DE KRATZ Para programação
linear de temperatura a relação entre tR e nC é
linear cálculo dos índices de retenção é
modificado
106
ANÁLISE QUALITATIVA Retention Time Locking (RTL)
PRINCÍPIO Em cromatógrafos com controles
pneumáticos e térmicos microprocessados,
injetores automáticos e colunas cromatográficas
de qualidade excepcional é possível alta
repetibilidade nos tR
O software RTL (Hewlett-Packard) automaticamente
ajusta as condições operacionais em um segundo CG
para reproduzir os tR obtidos em um primeiro
equipamento
107
ANÁLISE QUALITATIVA Métodos de Detecção
Qualitativos
Métodos de detecção que fornecem informações
qualitativas sobre os analitos eluídos
Identificação muito confiável quando combinados a
técnicas de identificação baseadas em retenção
108
ANÁLISE QUALITATIVA Espectrometria de Massas
PRINCÍPIO A amostra é fragmentada e ionizada em
um padrão característico da espécie química.
3 Os fragmentos iônicos formados são separados
magneticamente de acordo com suas massas
moleculares e contados
109
ANÁLISE QUALITATIVA Espectrômetro de Massas
1 Câmara de Ionização Eletrons gerados por um
filamento aquecido bombardeam a amostra. Os
fragmentos ionizados (carga 1) são repelidos
pelo eletrodo positivo e conduzidos ao separador
magnético.
2 Saída de Vácuo Todo o interior do EM deve
estar sob alto vácuo (natm).
3 Separador Magnético A ação do campo magnético
deixa apenas íons com determinada razão Massa /
Carga atravessar esta área do equipamento.
4 Detector Uma válvula fotomultiplicadora ou um
fotodiodo gera um sinal elétrico proporcional ao
número de íons que incide sobre o elemento.
110
ANÁLISE QUALITATIVA Espectro de Massas
111
ANÁLISE QUALITATIVA Acoplamento CG - EM
Interface cromatógrafo - espectrômetro
112
ANÁLISE QUALITATIVA Acoplamento CG - EM
Sistema de Controle e Aquisição de Dados
COMPUTADORES RÁPIDOS E COM GRANDE CAPACIDADE DE
ESTOCAGEM DE DADOS
113
ANÁLISE QUALITATIVA CG-EM Geração do Cromatograma
Espectros de massas completos coletados e
arquivados em intervalos regulares de tempo
Geração do cromatograma a partir dos espectros
114
ANÁLISE QUALITATIVA CG-EM TIC x SIM
Aroma de polpa industrializada de cajá após
extração por SPME
TIC Aparecem os picos correspondentes a todas
substâncias eluídas
SIM (m/z 149) Cromatograma construido a partir
dos mesmos dados acima, mas apenas usando
fragementos com massa 149 (ftalatos
plastificante)
115
ANÁLISE QUALITATIVA Identificação de Eluatos
1 Seleção manual ou automática do espectro de
massa correspondente a um eluato.
2 Interpretação manual do espectro e / ou
com-paração automática com biblioteca de
espectros padrão do equipamento.
116
ANÁLISE QUALITATIVA Identificação de Eluatos
Busca automática em bibliotecas de espectros
comparação estatística ( Probability Based
Matching )
117
ANÁLISE QUALITATIVA Emissão Atômica em Plasmas
PRINCÍPIO A amostra é fragmentada num plasma, os
fragmentos são excitados e emitem luz ao
retornarem aos seus estados fundamentais.
O MONITORAMENTO DA EMISSÃO NOS COMPRIMENTOS DE
ONDAS CARACTERÍSTICOS DE CADA FRAGMENTO GERA
CROMATOGRAMAS ELEMENTO-ESPECÍFICOS
118
ANÁLISE QUALITATIVA Geração e Sustentação de
Plasmas
PLASMA Gás ionizado por aplicação de uma
descarga elétrica e sustido por um campo elétrico
oscilante
Gás de Suporte HÉLIO (espécies formadas tem
energia suficiente para excitar átomos e
fragmentos de não metais)
Sustentação MICROONDAS (outros tipos de campos
elétricos oscilantes não mantém plasmas estáveis
de He a pressão atmosférica de forma conveniente)
119
ANÁLISE QUALITATIVA Espectro de Emissão Atômica
Mistura de raias de emissão atômicas e
moleculares de frag-mentos do analito e raias de
emissão do plasma e impurezas
120
ANÁLISE QUALITATIVA Esquema Típico de um CG-DEA
121
ANÁLISE QUALITATIVA DEA Geração de Plasma
Uma cavidade ressonante focaliza potência gerada
por uma fonte de microondas no interior de uma
cela de detecção por onde passa o gás de suporte.
CELA DE DETECÇÃO Tubo de material isolante
elétrico e altamente refratário (quartzo,
alumina, BN)
122
ANÁLISE QUALITATIVA Interface CG - DEA
Plasmas de He se extinguem pela passagem de
grandes quantidades de material ( 1 m L de
líquido vaporizado)
Interface para colunas empacotadas
Colunas capilares não há necessidade de diversão.