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 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI CURSO DE FARMÁCIA DISCIPLINA: FITOQUÍMICA Cromatografia gasosa Professora: Luciana Alves R. dos Santos Lima

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REICURSO DE FARMÁCIADISCIPLINA: FITOQUÍMICA

Cromatografia gasosa

Professora: Luciana Alves R. dos Santos Lima

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Introdução

A cromatografia gasosa (CG) é um método físico deseparação dos componentes de uma mistura através da fasegasosa móvel sobre um sorvente estacionário.

A cromatografia gasosa em seu início foi dividida em duascategorias principais: Cromatografia gás-líquido: ocorre a partição de uma amostraentre uma fase gasosa móvel e uma camada delgada delíquido não volátil que recobre um suporte inerte. Cromatografia gás-sólido: emprega um sólido com grandeárea superficial como fase estacionária. Maioria das aplicaçõesatuais (CG).

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Introdução À medida que aumenta o caráter iônico do composto e,portanto, diminui a sua volatilidade, também é reduzida apossibilidade de separação via cromatografia gasosa. A CG é utilizada para a separação de amostras volatilizáveis,isto é, os analitos a serem separados devem apresentar uma

razoável pressão de vapor à temperatura de separação.Introdução À medida que aumenta o caráter iônico do composto e,portanto, diminui a sua volatilidade, também é reduzida apossibilidade de separação via cromatografia gasosa. A CG é utilizada para a separação de amostras volatilizáveis,isto é, os analitos a serem separados devem apresentar umarazoável pressão de vapor à temperatura de separação. Compostos polares e não polares com pouca volatilidadepodem ser separados por cromatografia líquida.

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Cromatografia gasosa e cromatografiagasosa de alta resolução

A CG reinou absoluta até o início da década de 80, tendo sidosubstituída quase integralmente pela cromatografia gasosa de

alta resolução (CGAR). Essa modalidade de cromatografia se diferencia da CG porapresentar picos muito mais finos, aumentando enormementea resolução. A CGAR só pode ocorrer em colunas capilares de altaresolução. Colunas capilares convencionais e colunas de sílicafundida de maior diâmetro só apresentam resolução medíocre.

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Cromatografia gasosa e cromatografiagasosa de alta resolução

Características Parâmetros típicos Conseqüência relativaRecheada Tubular aberta Recheada Tubular aberta

Comprimento (L) 1,5-6 5-50 Menor N Maior resoluçãoDiâmetro, dc, int (mm) 2-4 0,2-0,7 Maior fluxo de gás Menor alargamento debandaVazão gás (mL/min) 10-60 0,5-15 Vazão elevada Limpeza do injetor devido avazão baixaPerda de carga (psi) 10-40 3-40 Grande, limitando naprática o LBem menor para colunastípicasQuantidade de analito 10 µg/pico 50 ng/pico -Injeção é críticaQuantidade de amostra (µL) 0,1-10 0,1-3 Maior volume econcentração

Menor volume e maisdiluídaQuantidade relativa de fase líquidaEspessura do filme, df, (µm)100-10001-1010,05-1,0Menor sensibilidadea contaminantesProcessos de alteração defase líquida são importantesGás de arraste N2, He H2, He Maior tempo de

análisePerigo de incêndio eexplosãoRazão sinal/ruído 1 100 Menor precisãoquantitativaMaior sensibilidade ereprodutibilidadeGama de possibilidades --Maior seleção defases buscandomelhor resoluçãoMenor seleção de fases,sem prejuízo para a RS

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Cromatografia gasosa e cromatografiagasosa de alta resolução Um conhecimento mais aprofundado do comportamento daCGAR permite otimizar análises de modo a obter umaresolução adequada no menor tempo possível. O uso dasvariáveis apresentadas garante uma separação razoável para

a maioria das aplicações.Variável Valores típicosTLdcdfuVazãoGás de arrasteVolume injetadoProgramada, isoterma inicial para injeção deamostra, gradiente de temperatura de 1-10 ºC,

isoterma final.10-25 m0,2-0,3 mm0,15-0,3 µm50 cm/s1-2 mL/minH2 (He)1 µL

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Aparelhagem para CG

Os componentes essenciais da cromatografia gasosa sãomostrados a seguir:Esquema de um cromatógrafo gasoso

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Aparelhagem para CG

Em linhas gerais, o gás de arraste ao entrar no cromatógrafopassa pelo injetor, que deve estar aquecido de modo apromover a rápida vaporização da amostra e, chega à colunaarrastando consigo o aerossol da amostra.

Depois de separados na coluna, os componentes atravessamo detector e o sinal é, então, enviado e registrado na forma deum cromatograma.

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Aparelhagem para CG

a) Gás de arraste:

O gás de arraste usado é o hélio,o nitrogênio, o hidrogênio e o

argônio. A escolha do gás depende defatores tais como: disponibilidade,pureza exigida, consumo e tipo dedetector empregado.

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Aparelhagem para CG

a) Gás de arraste:

O hélio (ou o hidrogênio) é opreferido quando se usam

detectores por condutividadetérmica. Em CG emprega-se maiscomumente o nitrogênio (e a umcusto mais elevado o hélio). EmCGAR, o hidrogênio ou hélio(mais caro).

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Aparelhagem para CG

a) Gás de arraste:

Associados a esta fonte de gásde arraste estão os reguladores

de pressão e os medidores devazão que permitem controlar emonitorar o escoamento do gás dearraste.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

O dispositivo comumenteempregado para amostras líquidas

é a micro-seringa com agulhahipodérmica. Na CGAR, a introdução daamostra é crucial para garantir aalta resolução. Como o processocromatográfico só tende a alargaros picos, quanto menor a largurainicial, melhor será a resoluçãofinal.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

Técnicas de injeção com seringa

Operação da seringa-agulha fria-agulha aquecida-lavagem com solvente-expulsão com ar-agulha cheia

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

Técnicas de injeção com seringaOperação do injetor

-Vaporização com divisão de fluxo-Vaporização sem divisão de fluxo-Introdução direta-Vaporização com temperatura programável-Na coluna

-A frio na coluna-Com esfriamento na coluna

instantâneaprogressiva

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

A injeção com divisão de fluxo éa mais recomendada, pois garanteuma banda inicial de amostraestreita e uma quantidade deamostra compatível com ascolunas capilares. Sua deficiência está na baixasensibilidade resultante dodescarte da maior parte daamostra.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

A injeção sem divisão de fluxoaumenta a sensibilidade, mas

para manter elevada resoluçãonecessita de cuidados especiaisdurante e logo após atransferência da amostra dacâmara de vaporização para ointerior da coluna.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

A injeção na coluna a frio precisade cuidados similares à injeção

sem divisão de fluxo, mas garanteque não haja discriminação decomponentes de alto ponto deebulição ou termosensíveis. A amostra é integralmentetransferida em fase líquida para ointerior do capilar.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

As injeções com ou sem divisãode fluxo envolvem a transferência

da solução da amostra para umacâmara de vaporização aquecida. A agulha é aquecidarapidamente de forma que aamostra ao ser injetada vaporiza,embora parcialmente, no seuinterior.

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Aparelhagem para CG

b) Sistema de injeção de amostra:

Desvantagens:Compostos de menor pressão de

vapor podem ficar depositados nointerior da agulha, sendoremovidos do sistema.

Na câmara de vaporização, oscompostos menos voláteis

também podem se depositar e osmais reativos podem se degradarpelo contato com as paredes doliner

ou com o recheio.

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Aparelhagem para CG

c) Coluna:

A separação efetiva doscomponentes da amostra é

efetuada na colunacromatográfica, onde são fatoresimportantes para se ter umaresolução desejada:Natureza do tubo, do suportesólido, o tipo e a quantidade dafase sólida.

O método de recheio, ocomprimento e a temperatura.

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Aparelhagem para CG

c) Coluna:

As colunas podem ser divididasem dois grupos principais:Colunas recheadasColunas tubulares abertas

O material dos tubos égeralmente cobre, aço inox,alumínio e vidro.

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Aparelhagem para CG

c) Coluna:

O material usado como suportedeve ter granulometria uniforme,

boas características operacionais(resistência suficiente para nãoquebrar durante a operação) e sercapaz de constituir um leitouniforme na coluna.

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c) Coluna: A área específica do materialdeve ser elevada a fim depromover a distribuição pelicularda fase líquida e assegurar orápido equilíbrio entre as fases

estacionária e móvel.Aparelhagem para CGc) Coluna: A área específica do materialdeve ser elevada a fim depromover a distribuição pelicularda fase líquida e assegurar orápido equilíbrio entre as fasesestacionária e móvel.Aparelhagem para CG Os suportes mais empregadossão feitos de diatomáceas.

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Aparelhagem para CG

c) Coluna:

Diversos polímeros porososforam desenvolvidos como

recheios, por exemplo,copolímeros de estirenomodificados por diferentesmonômeros. Vários outros polímeros, comdestaque os polietilenoglicóis e aspolisiloxanas, tem sidoempregados como faseestacionária.

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Aparelhagem para CG

c) Coluna:

Constituiçãogenérica

Polaridade Limites de T (°C)HidrocarbonetoCopolímero de estirenoe divinilbenzenoApolarApolar20 a 200PolisiloxanassubstituídasApolar,intermediária apolar-20 a 350

Polimetafeniléter Polar 20 a 400Polietileno-propilenoglicolca. 10/90Polar -20 a 200Polietileno-propilenoglicolca. 40/60Polar 0 a 220PolietilenoglicoloctadeciléterPolar 0 a 240PolietilenoglicolMr 200-40000Polar 0 a 250

PolietilenoglicolMr 40000000Polar 140 a 300

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Aparelhagem para CG

As colunas tubulares abertas sãoadotadas devido ao podersuperior de resolução de misturascomplexas.

Esse poder é conseqüência dogrande número de pratos teóricosque pode ser atingido em colunaslongas deste tipo, com uma quedade pressão relativamentepequena.c) Coluna:

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Aparelhagem para CG

Colunas capilares para CGAR:Capilares de vidro ou sílica fundida

Diâmetro interno menor que 0,3 mm

df menor que 0,5 mm e desativadoscom agentes silanizantes e ousimilares, que permitem acompatibilização do filme da faseestacionária com esta superfície

c) Coluna:

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Aparelhagem para CG

d) Forno de colunas:

A coluna fica dentro de um fornocom controle termostático, de modo

que a sua temperatura éreprodutível. Nos cromatógrafos modernos estareprodutibilidade é de ± 0,01 ºC. A temperatura de operação pode irda ambiente até 450 ºC.

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Aparelhagem para CG

d) Forno de colunas:

Na operação isotérmica, atemperatura se mantém constante

durante todo o processo. É muito comum o uso daprogramação da temperatura,quando a temperatura é variada auma taxa constante. Nos cromatógrafos modernos, épossível estabelecer várias rampasde temperatura em uma mesmaanálise.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Situado na saída da coluna deseparação, sua função é a de medir

as pequenas quantidades doscomponentes separados, presentesna corrente do gás de arraste queelui da coluna. O sinal de saída do detector éenviado a um registrador ou sistemade dados tais como, integrador oucomputador, que finalmente traça ocromatograma.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

O tipo de detector depende defatores tais como a natureza dos

componentes separados e o nível deconcentração a ser medido. Os detectores são de fatotransdutores, isto é, transformam asmoléculas que chegam à câmara dedetecção, em sinal elétrico.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Os detectores mais usados nacromatografia gasosa são: por

condutividade térmica, por ionizaçãode chama, por captura de elétrons,detector de nitrogênio e fósforo eespectrômetro de massas.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Detector por condutividade térmica:universal, não destrutivo e sensível à

concentração. Detecção de gasespermanentes, hidrocarbonetos levese compostos que não respondembem ao detector por ionização dechama.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Detector por ionização em chama:o efluente da coluna, misturado com

o hidrogênio e queimado ao ar,produzem uma chama (2100 ºC) quetem energia suficiente para ionizaras moléculas do soluto que tenhampotenciais de ionização baixos,formando um plasma.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Possui grande aplicabilidade,sendo um detector quase universal

na cromatografia gasosa decompostos orgânicos. A elevada sensibilidade, a altaestabilidade, resposta rápida, dentreoutros, faz com que seja o detectormais popular de uso corrente.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Detector por captura de elétrons:baseia-se na captura de elétronspelos compostos que têm afinidadepor elétrons livres, o detector mede adiminuição da corrente elétricaresultante do processo de detecção. É usado na análise de traços depesticidas e drogas. A limpeza éessencial e os gases de arrastedevem ser muito puros e secos.

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Aparelhagem para CG

e) Detectores:

Espectrômetro de massas: é bemmais caro, mas está se tornando omais popular devido à sua eficiênciana análise de misturas complexas. Além de fornecer o espectro demassas das substâncias, tambémpermite gerar fragmentos. Issopermite a resolução das substânciasque coeluem e apresentamfragmentos diferentes, o queaumenta muito o poder de

separação da cromatografia.

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Aplicações de CG

Identificação e quantificação dos componentes de biodiesel:

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Aplicações de CGIdentificação e quantificação dos componentes de biodiesel:Comparação dos tempos de retenção dos constituintes de ACS-1com aqueles dos ésteres metílicos presentes no padrão.0,16516,915

5,56151,46019,1210,8075,6567,5279,3939,63610,02410,5675,6937,505

9,3609,57210,02210,621C14 (0)C16 (0)C18 (0)C18 (1)C18 (2)C18 (3)%trtrConstituintesACS-1 PadrãoAplicações de CG

Identificação e quantificação dos componentes de biodiesel:Comparação dos tempos de retenção dos constituintes de ACS-1com aqueles dos ésteres metílicos presentes no padrão.0,16516,9155,56151,46019,1210,8075,6567,5279,393

9,63610,02410,5675,6937,5059,3609,57210,02210,621C14 (0)C16 (0)C18 (0)C18 (1)

C18 (2)C18 (3)%trtrConstituintes

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ACS-1 Padrão

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Aplicações de CG

Identificação e quantificação dos componentes de biodiesel:

OO

CH3(CH2)12

(CH2)7

OCH3

OCH3 CH3(CH2)7

Miristato de metila C14(0)

Oleato de metila C18(1)OO

(CH2)7

OCH3

OCH3 CH3(CH2)4

CH3(CH2)14

Palmitato de metila C16(0) Linolato de metila C18(2)

OO

CH3(CH2)16

(CH2)7

OCH3

OCH3 CH3CH2

Estearato de metila C18(0)

Linolenato de metila C18(3)

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Aplicações de CG

Aplicações típicas do CGAR de alta temperatura

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Referências

AQUINO NETO, F. R. & NUNES, D. S. S. Cromatografia:princípios básicos e técnicas afins. Rio de Janeiro: EditoraInterciência, 2003.

Alberto dos Santos Pereira e Francisco Radler de Aquino Neto.

ESTADO DA ARTE DA CROMATOGRAFIA GASOSA DEALTA RESOLUÇÃO E ALTA TEMPERATURA. QUÍMICANOVA, 23 (3), 370-379, 2000.

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