Upload
phunglien
View
220
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
MÉTODOS DE SEPARAÇÃOCromatografia Cromatografia GasosaGasosa
Analítica V: Analítica V: Aula 10 30-07-13
Cromatografia Cromatografia GasosaGasosa
Prof. Rafael SousaDepartamento de Química Departamento de Química -- [email protected]@ufjf.edu.br
Notas de aula: www.ufjf.br/baccanNotas de aula: www.ufjf.br/baccan
Discutindo os Exercícios da Discutindo os Exercícios da Aula 9Aula 9
EXERCEXERC 11:: Descreva um procedimento para a eliminação deNH4
+ em uma solução de amostra, empregando solução deNaOH. Justifique sua resposta com reações.
EXERCEXERC 22:: O que é um extrator de Soxhlet? Explique como oEXERCEXERC 22::mesmo funciona.
EXERCEXERC 33:: CalcularCalcular aa concentraçãoconcentração dede OHOH -- necessárianecessária parapara
precipitarprecipitar MgMg(OH)(OH)22 (s)(s) emem umauma soluçãosolução contendocontendo 00,,0101 molmol LL--11 dede
MgMg 22++,, sendosendo 55,,99..1010 --1212 molmol 33 LL--33 oo KKss00 dodo MgMg (OH)(OH)22 (s)(s)..
Discutindo os Exercícios da Discutindo os Exercícios da Aula 8Aula 8
EXERCEXERC 11:: Descreva um procedimento para a eliminação deNH4
+ em uma solução de amostra, empregando solução deNaOH. Justifique sua resposta com reações.
NHNH44++ + OH+ OH-- �� NHNH33 (g)(g) + HOH+ HOH
∆∆
EXERCEXERC 33:: CalcularCalcular aa concentraçãoconcentração dede OHOH -- necessárianecessária parapara precipitarprecipitar
MgMg(OH)(OH)22 (s)(s) emem umauma soluçãosolução contendocontendo 00,,0101 molmol LL--11 dede MgMg 22++,, sendosendo
55,,99..1010 --1212 molmol 33 LL--33 oo KKss00 dodo MgMg (OH)(OH)22 (s)(s)..
Discutindo os Exercícios da Discutindo os Exercícios da Aula 8Aula 8
MgMg(OH)(OH)2 (s ) 2 (s ) MgMg 2+2+ + + 22 OH OH --
KKSS00 MgMg(OH)(OH)2 2 = [= [MgMg 2+2+] [OH ] [OH --] ] 22
5,9 10 5,9 10 --1212 = 0,01 [OH = 0,01 [OH --] ] 22
[OH [OH --] = ] = 2,43 10 2,43 10 --55 mol/Lmol/L
CROMATOGRAFIA GASOSA (CG)
KromaKroma = cor= cor(Grego)(Grego)
em Inglêsem Inglês
GraphiaGraphia = escrever= escrever
1903 1903 –– 1906:1906:M M TsweetTsweet coloriu uma coluna de CaCOcoloriu uma coluna de CaCO33 com uma com uma
mistura de pigmentos vegetaismistura de pigmentos vegetais
(Grego)(Grego)
No início da cromatografia
Uma mistura Uma mistura de substâncias coloridas de substâncias coloridas ((carotenocaroteno, , clorofilaclorofila e e xantofilaxantofila) foi separada :) foi separada :
Éter de petróleo(solvente)
CaCO3 (s)
(adsorvente)
Mistura de Mistura de substânciassubstâncias((amostraamostra))
Tempo
Diferentes interaçõesDiferentes interaçõesAdsorvente / solvente
Princípio da cromatografia
Interação diferenciada de substâncias diferentes com umaInteração diferenciada de substâncias diferentes com uma
FASE ESTACIONÁRIA FASE ESTACIONÁRIA e uma e uma FASE MÓVEL FASE MÓVEL
sólidosólido
oulíquidolíquido
líquidolíquido
ougásgás
Crom. líquida
CromCrom. gasosa. gasosa
Início da CG: 1952
Analisar gases e substâncias voláteis Analisar gases e substâncias voláteis (termicamente estáveis e com PE de até 300 oC)
Amostra (g)Amostra (g) FEFE ComponentesComponentes
separadosseparados
Gás deGás dearrastearraste
O sinal analítico em CG
Medida em função do tempo Medida em função do tempo �� CROMATOGRAMACROMATOGRAMA
pro
pan
al
propileter
met
ano
l
bu
tan
ol InformaçõesInformações
qualiquali eequantitativas:quantitativas:
Resposta do detector
Resposta do detector
acet
ald
eíd
o
pro
pan
al
pro
pan
ol b
uta
no
l
quantitativas:quantitativas:Calibração !Calibração !
Tempo de retençãoTempo de retenção
Resposta do detector
Resposta do detector
Diferentes espécies Diferentes espécies �� SAEM DA COLUNA em tempos diferentes: SAEM DA COLUNA em tempos diferentes: trtr((trtr= tempo de retenção)= tempo de retenção)
Configuração instrumental
Registrador
Descarte
Coluna
Injetor de
amostraControlador
de vazão
Componentes básicos de um Cromatógrafo gasoso:
�� CCada componente: Função no processo analíticoada componente: Função no processo analítico
Reservatório - Injetor - Coluna - Forno - Detector-Registradorde gás
Detector
Coluna
Forno da colunaReservatório de
gás
Gás de Gás de arrastearraste (alta pureza, ≥ 99,995%)(alta pureza, ≥ 99,995%)não interage com a amostranão interage com a amostra
�� argônio, hélio, hidrogênio e nitrogênioargônio, hélio, hidrogênio e nitrogênio� gases inertes� compatíveis com os detectores
Reservatório Injetor Coluna Forno Detector-Registrador
de gás
FILTRO FILTRO sílica gel sílica gel ou
peneira molecularpeneira molecular
��Garantir a purezaGarantir a pureza
CONTROLADOR DECONTROLADOR DE� compatíveis com os detectores
�� héliohélio e nitrogênionitrogênio são os mais usados
CONTROLADOR DECONTROLADOR DEVAZÃOVAZÃO
��Manutenção de vazãoManutenção de vazãoconstanteconstante
Reservatório Injetor Coluna Forno Detector-Registrador
de gás
AmostraAmostra InjetorInjetor
LíquidaLíquida * * Vaporização em injetores próprios
Introdução direta Introdução direta (uL, mL ou ug *)
-- “vaporizador”“vaporizador”-- 50 50 00C acima do PE do analito menos C acima do PE do analito menos volátilvolátil
GásGás
SólidoSólido
* * Vaporização em injetores próprios(uL, mL ou ug *)
ExtraçãoExtração
Microextração em fase sólidaMicroextração em fase sólida
Extração por purga ou aprisionamentoExtração por purga ou aprisionamento(purga recipiente ���� fibra)
SoluçãoSolução
Extração por Extração por HeadspaceHeadspace
Microextração Microextração em fase sólidaem fase sólida
Extração por purga Extração por purga ou aprisionamentoou aprisionamento
II
NN
JJ
HeadspaceHeadspace
(Fibra de sílica com revestimento líquido)
DIFERENTES INJETORES (tipo de amostra e concentração):DIFERENTES INJETORES (tipo de amostra e concentração):Injetor direto Injetor direto ((splitlesssplitless)), , SplitterSplitter ee ““onon columncolumn” ” (injeção (injeção a frio na coluna)a frio na coluna)
NN
JJ
EE
TT
OO
RR
dessorçãodessorção dessorçãodessorção
ENTENDENDO O INJETOR ENTENDENDO O INJETOR splitsplit--splitlesssplitless
ALGUMAS CARACTERÍSTICASALGUMAS CARACTERÍSTICAS
-- Muito utilizado (colunas capilares)Muito utilizado (colunas capilares)
-- RepetibilidadeRepetibilidade no modo no modo spliterspliter é menoré menor
Reservatório Injetor Coluna Forno Detector-Registrador
de gás
Separa os constituintes da amostra Separa os constituintes da amostra �������� AquecimentoAquecimento
(enrolada: posicionada dentro do forno)
Aço inox ou CobreAço inox ou CobreФФ = 3 – 66 mm
Material metálicoMaterial metálicoФФ = 0,1 – 0,50,5 mm
EmpacotadaEmpacotada CapilarCapilar
ФФ = 3 – 66 mmLL = 0,5 – 5,05,0 mFE: sólido ou
líq.líq. sobresobre sól.sól.
ФФ = 0,1 – 0,50,5 mmLL = 5 – 100100 m
FE:líq.líq. sobresobre sól.sól.
FEPolarPolar: : polifenóispolifenóisApolarApolar: hidrocarbonetos saturados: hidrocarbonetos saturados“Intermediária”“Intermediária”: cetonas e : cetonas e ácác. . carbcarb..
MAIS USADAMAIS USADA-- menor capacidademenor capacidade
de amostrade amostra-- melhor resoluçãomelhor resolução
(de alto PE)(de alto PE)
EFICIÊNCIA DA COLUNAEFICIÊNCIA DA COLUNA
�������� Número de pratos teóricos: Número de pratos teóricos: NN
N = N = 16 16 trtr
2 2
Etapas de equilíbrio entre o soluto na FE e o soluto na FMEtapas de equilíbrio entre o soluto na FE e o soluto na FM
Sin
al d
o d
etec
tor
Sin
al d
o d
etec
tor
N = N = 16 16 trtr
WW
�� Quanto maior o número de etapas, mais eficiente é a separaçãoQuanto maior o número de etapas, mais eficiente é a separação
�� Não implica em rapidez ! (Altura do prato (H): Não implica em rapidez ! (Altura do prato (H): H= L / NH= L / N))
LL= comprimento da colunaQuanto menor HH, mais rápida é a separação
Sin
al d
o d
etec
tor
Sin
al d
o d
etec
tor
Tempo de retenção Tempo de retenção
Reservatório Injetor Coluna Forno Detector-Registrador
de gás
Detecção dos componentes conforme saem da colunaDetecção dos componentes conforme saem da coluna�UM PICO no cromatograma para CADA SUBSTÂNCIA
�� Posicionado após a colunaPosicionado após a coluna
�� Também fica aquecido (evitar condensação)Também fica aquecido (evitar condensação)
�� Diferentes tipos de detectoresDiferentes tipos de detectorespodem ser usadospodem ser usados
UniversaisUniversaisRespondem para qualquer substância
SeletivosSeletivosRespondem para substâncias comdeterminadas propriedades
EspecíficosEspecíficosRespondem para substâncias comdeterminado elemento ou grupo funcional
Principais detectores usados em CG
11-- Detector de condutividade térmica (Detector de condutividade térmica (TCD): ): universaluniversal
- Medida baseada na condutividade térmica de um filamento de W
- Não é destrutivo- Não compatível com gases oxidantes- Menos sensível
- Importante para substâncias que não geram sinal em outros detectores, como COCO22
Principais detectores usados em CG
22-- Detector por ionização em chama (Detector por ionização em chama (FID): ): seletivo - universal
- Medida baseada na variação de uma corrente devido àinfluência de íons e elétrons formados numa chama de H2/ar
bubina de ignição Eletrodos
H2 (g)
Coluna
ar
- Destrutivo- Resposta apenas a compostos orgânicos que se ionizam na chamacompostos orgânicos que se ionizam na chama-- Não detecta água Não detecta água �������� aplicação importante: poluentes em águaaplicação importante: poluentes em água
Principais detectores usados em CG
33-- Detector de captura eletrônica (Detector de captura eletrônica (ECD): ): seletivo
-- Não destrutivo- Medida baseada na variação de uma corrente de “elétrons lentos” devido à afinidade dos organohalogenados por elétrons
Provenientes da interação de uma Provenientes da interação de uma fonte radioativa fonte radioativa com o gás carregadorcom o gás carregador(3H ou 63Ni)
Elétrons são capturados pelos Elétrons são capturados pelos sítios eletronegativos (halogenetos) sítios eletronegativos (halogenetos)
�������� APLICAÇÃO APLICAÇÃO IMPORTANTE: determinação de resíduos de IMPORTANTE: determinação de resíduos de pesticidas em amostras ambientaispesticidas em amostras ambientais
Análise quantitativa
Quantidades Quantidades iguaisiguais de substâncias de substâncias diferentesdiferentes geram picosgeram picoscromatográficos com cromatográficos com áreas diferentesáreas diferentes
�������� Necessidade de calibraçãoNecessidade de calibração
�Relaciona-se as áreas dos picos com as concentrações correspondentes
� Análise de PADRÕES e AMOSTRAS nas MESMAS CONDIÇÕES
Sin
al
Sin
al
Concentração/ Concentração/ mgmg LL--11
Considerações
CG: CG: TÉCNICA RELATIVAMENTE SIMPLES TÉCNICA RELATIVAMENTE SIMPLES MAS MAS
exige escolha cuidadosa da configuração instrumental(injetor, coluna, detector)
condições instrumentais devem ser otimizadas(vazão do gás, temperatura, necessidade de PI, ...)
USANDO USANDO DETECTORES NÃO DESTRUTIVOSDETECTORES NÃO DESTRUTIVOS
o o eluatoeluato ainda pode ser reanalisado:ainda pode ser reanalisado:
acopla-se à saída do detector um outro instrumento (hifenação)
Ex: GC-MS (Espectrômetro de massas como “detector”)
Medida baseada na razão massa-carga das substâncias que saem dacoluna ���� confirmação de resultados confirmação de resultados e aumento da sensibilidadeaumento da sensibilidade
Referências consultadas
SkoogSkoog,, DD.. AA..,, Holler,Holler, FF.. JJ.;.; NiemanNieman,, TT.. AA..PrinciplesPrinciples ofof InstrumentalInstrumental AnalysisAnalysis55thth eded..,, SaundersSaunders CollegeCollege PublishingPublishing:: Philadelphia,Philadelphia, 19981998
Harris,Harris, DD.. CC..AnáliseAnálise QuímicaQuímica QuantitativaQuantitativa77aa eded..,, LTCLTC –– LivrosLivros TécnicosTécnicos ee CientíficosCientíficos Editora,Editora, 20082008
LansasLansas,, FF.. MM..CromatografiaCromatografia emem FaseFase GasosaGasosa11aa eded..,, ActaActa EventosEventos:: SãoSão Carlos,Carlos, 19931993
McNair,McNair, HH.. MM..,, Miller,Miller, JJ.. MM..BasicBasic GasGas ChromatographyChromatographyJohnJohn WileyWiley && SonsSons:: NewNew York,York, 19981998
Na internet: Na internet:
http://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/tutorials/chrom/gaschrm.htmhttp://teaching.shu.ac.uk/hwb/chemistry/tutorials/chrom/gaschrm.htm
Questões para estudo
1- De que forma uma análise cromatográfica permite identificarsubstâncias orgânicas em uma amostra?
2- Descreva os componentes básicos de um equipamento paracromatografia gasosa e explique, brevemente, a função de cadacromatografia gasosa e explique, brevemente, a função de cadaum deles.
3- Explique como funcionam as análises quantitativas por CG?