14 e 15 aula - separacoes analiticas - gc

CROMATOGRAFIAHistórico

M. TSWEET (1903): Separação de misturas depigmentos vegetais em colunas recheadas com

adsorventes sólidos e solventes variados.

éter depetróleo

CaCO3

mistura depigmentos

pigmentosseparados

Cromatografia =kroma [cor] + graph [escrever]

(grego)

CROMATOGRAFIAPrincípio Básico

Separação de misturas por interação diferencial dos seuscomponentes entre uma FASE ESTACIONÁRIA (líquido ou

sólido) e uma FASE MÓVEL (líquido ou gás).

CROMATOGRAFIA GASOSAHistórico

Presentemente:Vendas de equipamentos e acessórios para CG nos EUA

estimadas em mais de US$ 750.000.000 (1995).

1940

1950

1960

“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)

CROMATOGRAFIAModalidades e Classificação

Em CG a FEpode ser:

Sólida

Líquida

CromatografiaGás-Sólido (CGS)

CromatografiaGás-Líquido (CGL)

CROMATOGRAFIA GASOSAAplicabilidade

Quais misturas podem ser separadas por CG ?

Misturas cujos constituintes sejam

VOLÁTEIS (=“evaporáveis”)

(para uma substãncia qualquer poder ser“arrastada” por um fluxo de um gás ela

deve ser dissolver - pelo menos parcialmente -nesse gás)

DE FORMA GERAL :CG é aplicável para separação e análisede misturas cujos constituintes tenhamPONTOS DE EBULIÇÃO de até 300oCe que termicamente estáveis.

O Cromatógrafo a Gás

1

2

3

4

6

5

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

INSTRUMENTAÇÃOGás de Arraste

Fase Móvel em CG: NÃO interage com a amos-tra - apenas a carrega através da coluna. Assim é usualmente referida como GGÁÁS DE ARRASTES 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:

oxida / hidroliza algumas FE

incompatíveis com DCEH2O, O2

hidrocarbonetos ruído no sinal de DIC

INSTRUMENTAÇÃOGás 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:

He , H2DCT

DIC N2 , H2

DCE N2 (SS), Ar + 5% CH 4

CU

ST

O

PUREZA

AB

CA = 99,995 % (4.5)

B = 99,999 % (5.0)

C = 99,9999 % (6.0)

INSTRUMENTAÇÃOAlimentação de Gás de Arraste

Componentes necessários à linha de gás:

controladores de vazão / pressão de gás

dispositivos para purificação de gás (“traps”)

1

2

34

5

6

1 - Cilindro de Gás2 - Regulador de Pressão Primário

3 - “Traps” para eliminar impurezas do gás4 - 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

INSTRUMENTAÇÃODispositivos 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:

t = 0

t = x

t = 0

t = x

INSTRUMENTAÇÃOParâmetros 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

COLUNA AmostrasGasosas

AmostrasLíquidas

empacotada∅ = 3,2 mm (1/4”)

0,1 ml ... 50 mL0,2 µL ... 20 µL

capilar∅ = 0,25 mm 0,001 ml ... 0,1 mL0,01 µL ... 3 µL

Sólidos: convencionalmente se dissolve em um solvente adequado e injeta-se a solução

INSTRUMENTAÇÃOMicrosseringas para Injeção

LÍQUIDOS Capacidades típicas: 1 µL, 5 µL e 10 µL

êmbolo

corpo (pirex)

agulha (inox 316)

Microseringa de 10 µµµµ L:

Microseringa de 1 µµµµ L (seção ampliada) :

corpo

guia

êmbolo (fio de aço soldado ao guia)

agulha

INSTRUMENTAÇÃOColunas: Definições Básicas

EMPACOTADA∅∅∅∅ = 3 a 6 mm

L = 0,5 m a 5 mRecheada com sólido pul-verizado (FE sólida ou FE líquida depositada sobre as partículas do recheio)

CAPILAR∅∅∅∅ = 0,1 a 0,5 mmL = 5 m a 100 m

Paredes internas recober-tas com um filme fino (fra-ção de µµµµ m) de FE líquida

ou sólida

INSTRUMENTAÇÃOTemperatura 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).

p0 = f

Estrutura químicado analito

Temperatura da coluna

Temperaturada

coluna

Pressãode

vapor

Velocidadede

migração

ANALITO ELUI MAIS RAPIDA-MENTE (MENOR RETENÇÃO)

INSTRUMENTAÇÃOTemperatura da Coluna

TE

MP

ER

AT

UR

A D

A C

OLU

NA

CONTROLE CONFIÁVEL DA TEMPERATURA DA COLUNA É ESSENCIAL PARA OBTER

BOA SEPARAÇÃO EM CG

INSTRUMENTAÇÃOForno da Coluna

Características Desejáveis de um Forno:

AMPLA FAIXA DE TEMPERATURA DE USO Pelo menos de Tambiente até 400oC. Sistemas criogênicos (T < 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.

INSTRUMENTAÇÃOForno da Coluna

Características Desejáveis de um Forno:

FÁCIL ACESSO À COLUNA A operação de troca de coluna pode ser freqüente.

AQUECIMENTO E ESFRIAMENTO RÁPIDO Importante tanto em análises de rotina e durante o desenvolvimento de metodologias analíticas novas.

TEMPERATURA ESTÁVEL E REPRODUTÍVEL

A temperatura deve ser mantida com exatidão e precisão de ± 0,1°C.

Em cromatógrafos modernos (depois de 1980),o controle de temperatura do forno é totalmente

operado por microprocessadores.

INSTRUMENTAÇÃOProgramação Linear de Temperatura

Misturas complexas (constituintes com volatilidades muito diferentes)

separadas ISOTERMICAMENTE:

TCOL BAIXA:- Componentes mais

voláteis são separados

- Componentes menos volá-teis demoram a eluir, saindo

como picos mal definidos

TCOL ALTA:

- Componentes mais volá-teis não são separados

- Componentes menos volá-teis eluem mais rapidamente


A temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separação:

Consegue-se boa separação dos

componentes da amostra em menor

tempo

TEMPO

TE

MP

ER

AT

UR

A

t INI tFIM

TINI

TFIM

R

Parâmetros de uma programação de temperatura:

TINI Temperatura Inicial

TFIM Temperatura Final

t INI Tempo Isotérmico Inicial

tFIM Tempo Final do Programa

R Velocidade de Aquecimento


Possíveis problemas associados à PLT:

VARIAÇÕES DE VAZÃO DO GÁS DE ARRASTE

A viscosidade de um gás aumenta com a temperatura.

viscosidade vazão

DERIVA (“DRIFT”) NA LINHA DE BASE Devido ao aumento de volatilização de FE líquida

INSTRUMENTAÇÃODetectores

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 = CROMATOGRAMAIdealmente: cada substância separada aparece

como um PICO no cromatograma.

INSTRUMENTAÇÃODetectores

Mais Importantes:

DETECTOR POR CAPTURA DE ELÉTRONS

(DCE OU ECD) Supressão de corrente causada pela absorção de elétrons por eluatos altamente eletrofílicos.

DETECTOR POR CONDUTIVIDADE TÉRMICA

(DCT OU TCD) Variação da condutividade térmica do gás de arraste.

DETECTOR POR IONIZAÇÃO EM CHAMA ( DICOU FID) Íons gerados durante a queima dos eluatos em uma chama de H2 + ar.

REGISTRODE

SINAL

ANALÓGICORegistradores XY

DIGITALIntegradores

Computadores

TEORIA BÁSICATempo de Retenção Ajustado, tR‘

tR

tM

tR’ = tR - tM

TEMPO

SIN

AL

tR = Tempo de Retenção (tempo decorrido entre a

injeção e o ápice do pico cromatográfico)tM = Tempo de Retenção do Composto Não-Retido(tempo mínimo para um composto que não interaja

com a FE atravesse a coluna)

tR’ = Tempo de Retenção Ajustado (tempo médio que as moléculas do analito passam sorvidas na FE)

O parâmetro diretamente mensurável de retenção de um analito é o

TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO , tR’:

TEORIA BÁSICAVolume de Retenção Ajustado, VR‘

Embora não diretamente mensurável, o parâ-metro fundamental de retenção é o

VOLUME DE RETENÇÃO AJUSTADO , VR’:

vazão do gás de arraste

MRR ttt −−−−====′′′′ x CF

VR = Volume de Retenção (volume de gás de arraste necessário para eluir um analito)

VM = Volume de Fase Móvel (volume de gás de ar-raste contido na coluna; “volume morto”)

VR’ = Volume de Retenção Ajustado (volume de gás de arraste consumido enquanto o analito está

sorvido na FE)

VR’ = f

Fatores termodinâmicos

Parâmetros dimensionais da coluna

TEORIA BÁSICAConstante de Distribuição, KC

Coluna cromatográfica: série de estágios inde-pendentes onde acontece o equilíbrio entre o analit o dissolvido na fase estacionária e no gás de arraste :

Ocorre um “quase-equilíbrio” en-tre o analito sorvido na FE e dis-

solvido no gás de arraste.

[[[[ ]]]][[[[ ]]]]M

SC A

AK ====

KC = Constante de Distribuição

[A] S = concentração do analito na FE

[A] M = concentração do analito no gás

MENOR RETENÇÃO !!!

Volatilidade [A] M

Afinidade pela FE [A] S

TEORIA BÁSICAFator de Retenção, k

Exprimindo o equilíbrio em termos da MASSA do analito em cada fase, ao invés da concentração:

M

S

WW

k ====FATOR DE RETENÇÃO, k : razão entre as massas de

analito contidas na FE (Ws) e gás de arraste (W M)

S

M

VV====ββββ

RAZÃO DE FASES, ββββ: razão entre volumes de FE e gás de arraste na coluna

O fator de retenção k depen-de da constante termodi-

nâmica de distribuição KC e da razão de fases ββββ da coluna

TEORIA BÁSICARazão de Fases, ββββ

Depende das DIMENSÕES da coluna:

L = comprimento da colunarC = raioda coluna

d f = espessura do filme de FE

(((( ))))fC

fC

drdr

2

2−−−−====ββββrC >> d f

dC / mm d f / µµµµm ββββ0.10 0.10 2500.20 0.11 4550.20 0.33 1520.25 0.25 2500.25 1.00 630.32 0.17 4710.32 0.52 1540.32 1.00 800.53 0.88 1510.53 2.65 500.53 5.00 27

Valores de ββββ para colunas capilares de

dimensões típicas :

Empacotadas :5 < ββββ < 50

TEORIA BÁSICARelações entre VR’, KC e ββββ

VR’ pode ser definido em função de KC e ββββ:

VR’ depende diretamente da constante de dis-tribuição do soluto entre a FE e o gás de arraste e

das dimensões da coluna.

Outra combinação

possível:

É possível estimar tanto o fator de

retenção quanto a constante de

distribuição a partir do cromatograma

TEORIA BÁSICAEficiência de Sistemas Cromatográficos

A migração um analito pela coluna

provoca inevitavelmente o

alargamento da sua banda:TEMPO

Efeitos do alargamento excessivo de picos:Separação deficiente de analitos com retenções

próximas .

Picos mais largos e menos intensos = menor

detectabilidade

EFICIÊNCIA Capacidade de eluição com o mínimo de dispersão do analito.

TEORIA BÁSICAQuantificação 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:

Cada “estágio” de equilíbrio é chamado de

PRATO TEÓRICO

O número de pratos teó-ricos de uma coluna (N) pode ser calculado por:

Coluna mais eficiente

tR

wb

N

TEORIA BÁSICAQuantificação da Eficiência

ALTURA EQUIVALENTE A UM PRATO TEÓRI-CO (H) “Tamanho” de cada estágio de equilíbrio

Valores típicos de H e N:

dC df H N

0.10 0.25 0.081 3703700.25 0.25 0.156 1923080.32 0.32 0.200 1500000.32 0.50 0.228 1315790.32 1.00 0.294 1020410.32 5.00 0.435 689660.53 1.00 0.426 704230.53 5.00 0.683 439242.16 10% 0.549 36432.16 5% 0.500 4000

Capilares, L = 30 m

Empacotadas, L = 2 m

Valores de H para colunas capilares e empacotadas são próximos, mas como L para capilares é MUITO

maior tipicamente elas são mais eficientes

(L = comprimento da coluna)

TEORIA BÁSICAOtimização da Eficiência

A altura equivalente a um prato teórico é função da velocidade linear média do gás de arraste u:

H

uuMAX

HMIN

O valor de H pode ser

minimizado otimizando-

se a vazão de gás de arraste

Relações algébricas entre H e u:

- Colunas Empacotadas: Equação de van Deemter

- Colunas Capilares: Equação de Golay

(A, B, C = constantes)

(B, CM, CS = constantes)

FASES ESTACIONÁRIASConceitos Gerais

FASES ESTACIONÁRIASConceitos Gerais

LÍQUIDOS Depositados sobre a superfície de: só-lidos porosos inertes (colunas empacotadas) ou de tubos finos de materiais inertes (colunas capilares )

FElíquida

SUPORTESólido inerte

poroso

Tubo capilar de material inerte

SÓLIDOS Colunas recheadas com material finamente granulado (empacotadas) ou depositado

sobre a superfície interna do tubo (capilar)

Para minimizar a perda de FE líquida por volatilização, normalmente ela é:

Entrecruzada : as cadeias poliméricas são quimicamente

ligadas entre si

Quimicamente ligadas : as cadeias poliméricas

são “presas” ao suporte por ligações químicas

FASES ESTACIONÁRIASCaracterísticas de uma FE ideal

SELETIVA Deve interagir diferencialmente com os componentes da amostra.

Regra geral: a FE deve ter características tanto quanto possível próximas das dos solutos a serem

separados (polar, apolar, aromático ...)

FE Seletiva : separação

adequada dos constituintes da

amostra

FE pouco Seletiva : má resolução

mesmo com coluna de boa eficiência

FASES ESTACIONÁRIASCaracterísticas de uma FE ideal

AMPLA FAIXA DE TEMPERATURAS DE USO Maior flexibilidade na otimização da separação.

BOA ESTABILIDADE QUÍMICA E TÉRMICA Maior durabilidade da coluna, não reage com componentes da amostra

POUCO VISCOSA Colunas mais eficientes (menor resistência à transferência do analito entre fases)

DISPONÍVEL EM ELEVADO GRAU DE PUREZA Colunas reprodutíveis; ausência de picos “fantasma” nos cromatogramas.

FASES ESTACIONÁRIASFE 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)

ABSORÇÃO

Filmes espessos de FE líquida

Interação forte entre a FE líquida e o analito (grande solubilidade)

Grande superfície líquida exposta ao gás de arraste

FASES ESTACIONÁRIASFamílias de FE Líquidas

POLIGLICÓIS Muito polares; sensíveis a umidade e oxidação; ainda muito importantes. Principal: Polietilenoglicol (nomes comerciais: Carbowax, DB-Wax, Supelcowax, HP-Wax, etc.)

CH2 CH2OH OH

n

Estrutura Química:

AMINAS ALIFÁTICASColuna :4 % Carbowax 20M s/ Carbopack B + 0,8% KOH

TCOL: 200oC (isotérmico) Gás de Arraste : N2 @ 20 mL.min -1

Detector : FID Amostra : 0,01 µµµµL da mistura de aminas


Maior parte das aplicações em CG moderna

Quatro grandes grupos estruturais:

PARAFINAS Apolares; alta inércia química; praticamente abandonadas. Principais: esqua-lano (C 30H62), Apiezon (graxas para vácuo).

POLIÉSTERES Ésteres de diálcoois com di-ácidos. Polares; altamente sensíveis a umidade e oxidação; uso em declínio. Principais: DEGS, EGA, EGS.

ÉSTERES METÍLICOS DE ÁCIDOS GRAXOS

Coluna :5%DEGS-PS s/ Supel-coport 100/120 mesh; 6’ x 1/8”TCOL: 200oC (isotérmico)Gás de Arraste : N2 @ 20 ml.min -1

Detector : FIDAmostra : 0,5 µµµµL de solução em clorofórmio contendo 0,5 µµµµg de cada éster


SILICONES (polisiloxanas) As FE mais em-pregadas em CG. Cobrem ampla faixa de pola-ridades e propriedades químicas diversas.

Si

CH3

H3C

CH3

O Si

R1

R2

O Si

CH3

CH3

CH3n

R1, R2 = qualquerradical orgânico

- 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 inorgâni co pode ser ligado à cadeia polimérica = FE “ajustáveis ” a

separações específicas + facilidade de imobilização por entrecruzamento e ligação química a suportes


Substituintes Nomes Comerciais Observações- - SE-30 OV-1 OV-101 SP-2100 mais apolares da série

pouco seletivascarborano ? - Dexsil 300GC similar a PDMS

estável até > 400 oC

fenil 5 % - SE-52 SE-54 OV-3 OV-5OV-73

pouco polar

cianopropil 7% fenil 7% OV-1701 SPB-7 CP-Sil 19CB moderadamente polar

fenil 50 % - OV-17 SP-2250 HP-50+SPB-50

moderadamente polarretém aromáticos

trifluoropropil 50% - OV-210 QF-1 moderadamente polarretém compostos carbonílicos

cianopropil 50% fenil 50% OV-225 SP-2300 CP-Sil43CB

polarretem doadores de elétrons

cianopropil 100% - SP-2340 SP-2330 Silar-9 CP altame nte polar

FE derivadas de polidimetilsiloxano (PDMS) por substituição de -CH 3 por radicais orgânicos, em

ordem crescente aproximada de polaridade:

Diferenças entre FE de composição similar provenientes de fornecedores diferentes:

pureza , viscosidade .


Separação de pesticidas - FE = 100 % PDMS

1 - TCNB2 - Dichloram3 - Lindano4 - PCNB5 - Pentacloroanilina6 - Ronilano7 - Antor8 - pp’-DDE9 - Rovral10 - Cypermetrin11 - Decametrin

Coluna: CP-Sil 5 (25 m x 0,32 mm x 0,12 µµµµm)

TCOL:195oC (6,5 min) / 195 oC a 275oC (10oC.min -1)

Gás de Arraste: He @ 35 cm.min -1 Detector: FID

Amostra: 2µµµµL de solução dos pesticidas “on-column”

17 min


Separação de piridinas - FE = 100 % CNpropilsilicone

1 - piridina2 - 2-metilpiridina3 - 2,6-dimetilpiridina4 - 2-etilpiridina5 - 3-metilpiridina6 - 4-metilpiridina

3 minColuna: CP-Sil 43CB (10 m x 0,10 mm x 0,2 µµµµm)

TCOL:110oC (isotérmico)

Gás de Arraste: N2 @ 16 cm.min -1 Detector: FID

Amostra: 0,1µµµµL de solução 1-2% das piridinas em 3-metilpiridina


Separação de fenóis - FE = fenilmetilsilicones

50% Ph

50% Me

5% Ph

95% Me

FASES ESTACIONÁRIASFE Quirais

Separação de isômeros óticos:

FÁRMACOS Em muitos fármacos apenas um dos isômeros óticos têm atividade farmacológica.

PRODUTOS BIOLÓGICOS Distinção entre pro-dutos de origem sintética e natural (natural = norm al-mente substâncias oticamente puras; sintético = mui -tas vezes são misturas racêmicas).

Propriedades físico-químicas de isômeros óticos são MUITO SIMILARES

FE convencionais não interagem diferencialmente com isômeros óticos

Separação de misturas de isômeros óticos só é possível com FE oticamente

ativas

=

FE Quirais


FE oticamente ativas mais importantes:

O Si

CH3

CH2

CHCH3

C

O N

H

C*

C

O

H

CH CH3

CH3

NH C

CH3

CH3

CH3

Si

CH3

CH3

O

n

Chiralsil-Val

Derivados de aminoácidos :

Misturas de compostos formadores de pontes de

hidrogênio.

Organometálicos :

Separação de enantiômeros formadores

de complexos.

n

O Si

CH3

CH2

Si

CH3

CH3

O

CH2

O

O

Ni

C3F7

/ 2

Chiralsil-Metal


Derivados de ciclodextrinas alquiladas :

ββββ-ciclodextrina: oligosacarídeo cíclico quiral

Chiralsil-Dex

- 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

FASES ESTACIONÁRIASFE Quirais: Aplicações

Óleo essencial artificial de limão: separação de terpenos primários

1 - (+/-) αααα-pineno2 - sabineno3 - (+/-) ββββ-pineno4 - (+/-) limoneno

Coluna: Rt-ßDEXsm (30 m x 0.32 mm x 0.25 µm)

TCOL: 1 min a 40 °°°°C / 2°°°°C min -1 / 3 min a 200 °°°°C

Gás de Arraste: H2 @ 80 cm.min -1 Detector: FID


Óleo essencial natural Essência artificial

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 40 °°°°C / 4°°°°C min -1 / 200°°°°C

Gás de Arraste: He @ 80 cm.min -1 Detector: MS


Anfetaminas: resolução dos isômeros

Coluna: Rt-ßDEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 µm)

TCOL: 1 min a 120 °°°°C / 1,5°°°°C min -1 / 3 min A 175 °°°°C

Gás de Arraste: He @ 25 cm.min -1 Detector: MS

COLUNAS CAPILARESDefinições Básicas

Tubo fino de material inerte com FE líquida ou sóli da depositada sobre as paredes internas.

MATERIALDO

TUBO

ø = 0,1 mma 0,5 mmL = 5 ma 100 m

sílica fundidavidro pirexaço inoxNylon

Silcosteel

Colunas de sílica são revestidas externamente com c amada de polímero (poliimida) para aumentar resistência mecâ nica e química

Colunas Capilares x Empacotadas:

CA

PIL

AR

ES �� L = �� N Colunas mais eficientes

FC = 1 ... 10 mL.min -1 Controle de vazão mais difícil

�� Vi Dispositivos especiais de injeção

Famílias de Colunas Capilares :

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 empa cotadas

WCOT (Wall coated open tube ) FE liquida deposida (ligada // entrecruzada) sobre as paredes internas.

COLUNAS CAPILARESDiâmetro Interno

�� dC = �� Eficiência

0,10 mm 0,25 mm0,32 mm 0,53 mm

1 2 3

Valores comuns:

1Colunas de altíssima eficiência (amostras

complexas, “Fast GC”); capacidade volumétrica limitada de processamento de amostra

2Diâmetros mais comuns; capacidade

volumétrica limitada de amostra requer dispositivos especiais de injeção

3Colunas “megabore”: menor eficiência, mas maior capacidade de processamento permite

uso de injetores convencionais

COLUNAS CAPILARES“Fast GC”: Colunas Capilares Finas

Destilação simulada de óleo diesel:

Coluna: HP-1 (1 m x 0.10 mm x 0.40 µm)

TCOL: 35°°°°C / 40°°°°C min -1 / 0,75 min A 310 °°°°C

Gás de Arraste: He @ 90 ml.min -1 Detector: FID

Além de colunas finas: necessário controle acurado de vazão (controle eletrônico de pressão)

e altas velocidades de aquecimento da coluna.

COLUNAS CAPILARESColunas Capilares: Injeção

1

2

3

45

6

1 - Septo;2 - Entrada de gás de arraste;3 - “Liner” (misturador);4 - Coluna Capilar5 - Purga de gás de arraste;6 - Válvula de controle de purga.

Baixa capacidade de processamento de amostra (sub-microlitro)

Injeção direta com microseringa muito difícil !!!

Injetores com divisão (“splitters”) Sistema pneumático despreza fração da amostra injetada

- Menor sensibilidade (boa parte da amostra é desprez ada)

- Divisão da amostra raramente é uniforme (fração pur gada dos constituintes menos voláteis é sempre menor)

- Ajuste da razão de divisão é mais uma fonte de erro s

FASES ESTACIONÁRIASFE 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

ADSORÇÃO

Sólidos com grandes áreas superficiais (partículas finas, poros)

Solutos polares

Sólidos com grande número de sítios ativos (hidroxilas, pares de eletrons...)

FASES ESTACIONÁRIASFE Sólidas

Características Gerais :- Sólidos finamente granulados (diâmetros de par-

tículas típicos de 105 µm a 420 µm).

- Grandes áreas superficiais (até 10 2 m2/g).

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 REFINARIAColuna :Carboxen-1000 60-80 mesh; 15’ x 1/8”TCOL: 35oC a 225oC / 20oC. min -1

Gás de Arraste : He @ 30 ml.min -1

Detector : TCD

Principais Aplicações:- Separação de gases fixos- Compostos leves- Séries homólogas

Modos de injeção para cromatografia a gás

Injeção (colunas empacotadas)

Injetor de metal

Lã de vidro para deposinão voláteis

Menor custo

injeção de 0,1 a 10 uL

Injeção (colunas capilares)

split1

2

3

45

6

1 - Septo;2 - Entrada de gá s de arraste;3 - “Liner” (misturador);4 - Coluna Capilar5 - Purga de gá s de arraste;6 - Válvula de controle de purga.



splitless



splitless

•Aumenta o sinal dos analitos por transferir mais composto para coluna.

•Só é aplicável a compostos que tenham tempo de retenlonge do solvente.



splitless x split

Injeção com 0,5 min de splitless split 1:50

seguido de split 1:50



Injeção “on-column” (dentro da coluna)


Vantagens:

•Substâncias termicamente instáveis

Metil-Carbamatos por GC/MS

•Evita problemas de injeção Reprodutibilidade

Limitações:

•Sem injetores automáticos

•Dificuldades de treinamento de pessoal


LVI (injeção de grandes volumes)



LVI (injeção de grandes volumes)

•Injeção de grandes volumes de amostras 10 a 250 uL de amostra

•Aumento da sensibilidade.

•Alguns aparelhos são pouco reprodutíveis o que dificulta quantificação.

•Gastos de grandes quantidades de gás.




Injeção de gás

Seringas de gás

Aula 2

DETECTORESDefinições 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 TCDDetector por

CondutividadeTérmica

DIC FIDDetector porIonização em

Chama

DCE ECDDetector porCaptura de

Eletrons

EM MSDetector Es-

pectrométrico de Massas

DETECTORESParâmetros Básicos de Desempenho

QUANTIDADE MÍNIMA DETECTÁVEL Massa de um analito que gera um pico com altura igual a t rês vezes o nível de ruído

SIN

AL

(S)

RUÍDO (N)

= 3SN

RUÍDO Qualquer componente do sinal gerado pelo detector que não se origina da amostra

Fontesde

Ruído

Contaminantes nos gases

Impurezas acumuladas no detector

Aterramento elétrico deficiente


LIMITE DE DETEÇÃO Quantidade de analito que gera um pico com S/N = 3 e w b = 1 unidade de tempo

Mesmo detector, nível de ruído e massa de analito M AS diferentes larguras de base:

wb

QMD = fDetector (sinal gerado, ruído)

Largura do pico cromatográfico

Definindo limite de detecção como:

LD é independente da eficiência do sistema cromatográfico !

[QMD] =massa

(ng, pg ...)

[LD] = massa / tempo

(ng.s -1, pg.s -1 ...)


VELOCIDADE DE RESPOSTA Tempo decorrido entre a entrada do analito na cela do detector e a geração do sinal elétrico.

63,2% FSD

ττττ

TEMPO

SIN

AL

Constante de Tempo, ττττ : tempo necessário para o sinal chegar a 63,2 % FSD (full scale

deflection = fundo de escala) após a

entrada de amostra

A constante de tempo do sistema (detector + disposi tivos de registro de sinal) igual ou menor a 10% da largu ra a

meia altura (w 0.5 ) do pico mais estreito do cromatograma

ττττ >> w0.5

t R medido > t R real

w medida > w real

Deformação no pico (cauda)

Diminuição do ruído (“damping”)


SENSIBILIDADE Relação entre o incremento de área do pico e o incremento de massa do analito

MASSA

ÁR

EA

Fator de Resposta, S : inclinação da

reta Área do pico x Massa do

analito

o mesmo incremento de massa causa um maior incremento de

área

SensibilidadeS

Na ausência de erros determinados:

A = área do pico cromatográfico

m = massa do analito


FAIXA LINEAR DINÂMICA Intervalo de massas dentro do qual a resposta do detector é linear

MASSA

ÁR

EA

A partir de certo ponto o

sinal não aumenta mais linearmente

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:

MASSA

ÁR

EA

/ M

AS

SA

0,95 S

1,05 S

DETECTORESClassificação

UNIVERSAIS:Geram sinal para qualquer

substância eluida.

SELETIVOS:Detectam apenas substânciascom determinada propriedade

físico-química.

ESPECÍFICOS:Detectam substâncias que

possuam determinado elementoou grupo funcional em suas

estruturas

DETECTORESDetector por Condutividade Térmica

PRINCÍPIO Variação na condutividade térmica do gás quando da eluição de um analito.

Cela de Detecção do DCT:

12

35

4

i1 Bloco metálico (aço)

2 Entrada de gás de arraste

3 Saída de gás de arraste

4 Filamento metálico (liga W-Re) aquecido

5 Alimentação de corrente elétrica para aquecimento do filamento

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.

DETECTORESDetector 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 :

CELAS DA AMOSTRA

CELAS DE REFERÊNCIA

CO

RT

E S

UP

ER

IOR

CELAS DA

AMOSTRA

CELAS DE REFERÊNCIA C

OR

TE

LAT

ER

AL

Quando da eluição de um composto com condutividade térmica menor que a do gás de arraste puro:

Diferença de resistência

elétrica entre os filamentos de amostra e

referência

Filamentos nas celas de amostra

se aquecem

Resistência elétrica dos filamentos nas

celas de amostra aumenta

Filamentos nas celas de

referência não se aquecem

Resistência elétrica dos

filamentos nas celas de referência

fica constante

DETECTORESDetector por Condutividade TérmicaOs filamentos do DCT são montados numa ponte de

Wheatstone que transforma a diferença de resistênci a quando da eluição de amostra numa diferença de volt agem:

V Fonte de CC / Bateria (18 V a 36 V, típico)

F Ajuste da corrente nos filamentos

I Medida da corrente nos filamentos (100 mA - 200 mA, típico)

B1 B2 Balanceamento / ajuste de zero

R1 R2 Filamentos das celas de referência

A1 A2 Filamentos das celas de amostra

DETECTORESCaracterísticas Operacionais do DCT

SELETIVIDADE Observa-se sinal para q ualquer 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 10 4 (ng - dezenas de µµµµg)

VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE O sinal é proporcional à concentração do analito no gás de arraste que

passa pela cela de amostra.

VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE CONSTANTE DURANTE A

ELUIÇÃO

VARIAÇÃO DA VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE DURANTE A

ELUIÇÃO

Fc = 0

Com DCT, a área dos picos cromatográficos é MUITO dependente da vazão do gás de arraste !!!


NATUREZA DO GÁS DE ARRASTE Quanto maior a

diferença ∆λ∆λ∆λ∆λ entre a condutividade térmica do gás de

arraste puro, λλλλA, e do analito, λλλλX, maior a resposta.

QUANTO MENOR A MASSA MOLECULAR DO GÁS DE ARRASTE, MAIOR A RESPOSTA

Como: (M = massa molecular)

Gás de arraste com DCT: He ou H2

outro gás

1 2

He ou H2

1 2

1 Usando He ou H 2 como gás de arraste, ∆λ∆λ∆λ∆λé maximizado: MAIOR RESPOSTA

2Com outros gases, eventualmenteλλλλX > λλλλA: PICOS NEGATIVOS


FATORES DE RESPOSTA Quanto menor a condutividade térmica do analito, maior o sinal.

Quantidades iguais de substâncias diferentes geram picos cromatográficos com áreas diferentes !!!

Os fatores de resposta dependem da condutividade térmica do analito

Mistura de quantidades equimolares de:

Etano →→→→ λλλλ = 17,5

Clorofórmio →→→→ λλλλ = 6,0

Etanol →→→→ λλλλ = 12,7

C2H6

CHCl3

C2H5OH

λλλλX ∆λ∆λ∆λ∆λ


TEMPERATURAS DE OPERAÇÃO Quanto maior a diferença entre a temperatura dos filamentos e do b loco

metálico maior a resposta.

Temperatura do filamento, T F: entre 300 oC e 350oC. Éfunção da corrente de alimentação dos filamentos, i .

i TF Sinal

Limitações:- Correntes excessivas podem fundir o filamento

(Ø típicos do filamento = 20 µµµµm)- Diminuição do tempo de vida útil dos filamentos

(oxidação por traços de O 2 no gás de arraste)

Temperatura do bloco, T B: mantida tão baixa quanto possível

TB Sinal

Limitação:- Temperaturas excessivamente baixas podem provocar a condensação de analitos nas celas

(erros analíticos, danos aos filamentos)

DETECTORESDCT: Aplicações

1 Separação e quantificação de compostos que não gera m sinal em outros detectores (gases nobres, gases fix os)

2 Por ser um detector não-destrutivo, pode ser usado em CG preparativa ou detecção seqüencial com dois

detectores em “tandem”

Coluna: CP Sil 5CB(50 m x 0.32 mm x 5 µm)

Gás de Arraste: He @ 3 ml.min -1

TCOL: 40°°°°C Detector: DCT

1 N2 2 CH4

3 CO2 4 n-C2

5 NH3 6 n-C3

7 i-C4 8 n-C4

Separação de Gases permanentes e Hidrocarbonetos :

DETECTORESDetector por Ionização em Chama

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

O efluente da coluna émisturado com H2 e O2 e queimado. Como numa

chama de H2 + O2 possui poucos íons, ela tem baixa

condutividade elétrica.

Quando um composto orgânico elui, ele também é

queimado. Como na sua queima são formados íons, a

chama passa a conduzir corrente elétrica


COLETOR

FLAME TIP

BLOCO

AR

H2

COLUNA

O ar e o H2 difundem para o interior do coletor, onde se

misturam ao efluente da coluna e queimam:

Uma diferença de potencial elétrico é aplicada entre o flame

tip e o coletor - quando se formam íons na chama, flue uma

corrente elétrica:


Química da Chama de Hidrogênio:

Incandescência

Reação

Quebra

Estrutura da chama

três regiões básicas

Região de quebra Mistura dos gases, pré-aquecimento, início da quebra das moléculas de H 2, O2 e dos analitos.

Zona de reação Reações exotérmicas com produção e/ou consumo de radicais H, O, OH, HO 2 (provenientes do H 2), CH e C2 (proveniente do analito) e íons CHO + (analito).

Zona de incandescência Emissão de luz por decaimento de espécies excitadas: OH (luz UV), C H e C2 (visível).

Queima de substâncias com ligações C-H

CH + O → CHO+ + e-

1 íon formado a cada ~10 5 átomos de C queimados

Queima de H 2Formam-se apenas

radicais !!!

DETECTORESCaracterísticas Operacionais do DIC

SELETIVIDADE Seletivo para substâncias que contém ligações C-H em sua estrutura química.

(como praticamente todas as substâncias analizadas por CG são orgânicas, na prática o DIC é UNIVERSAL )

Compostos que NÃO produzem resposta no DIC:

Gases nobres

H2, O2, N2

CO, CO2, CS2

CCl4, perhalogenados

NH3, NxOy

SiX4 (X = halogênio)

H2O

HCOOH, HCHO *

SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD típicas = 10 pg a 100 pg com linearidade entre 10 7 e 108 (pg a mg)

DIC

DCT N2

CH4

CO2

O2


VAZÕES DE GASES Além do gás de arraste, as vazões de alimentação de ar (comburente) e

hidrogênio (combustível) devem ser otimizadas.

Gráficos Sinal x Vazão de Gases típicos:

SIN

AL

150 300 450 600 15 30 45 60

AR H2

O sinal se mantém aproximadamente constante em uma larga faixa de vazões de ar e H 2

VARIAÇÕES NAS VAZÕES DE AR E H 2 AFETAM APENAS MARGINALMENTE O SINAL = MAIORES

REPRODUTIBILIDADE E REPETIBILIDADE


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

23

4

Diagrama eletrônico

simplificado de um DIC

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


FATORES DE RESPOSTA O fator de resposta de um determinado composto é aproximadamente proporcional ao número átomos de carbono. Presença de heteroelement os

diminui o fator de resposta.

Número Efetivo de Carbonos (NEC) Prevê com ~20% de aproximação o fator de resposta de um composto.

Átomo XC alifático +1,00

C aromático +1,00C olefiníco +0,95C carbonila +0,00

O álcool prim. -0,60Cl alifático -0,12

(X = Contribuição de cada átomo ao NEC)

C2H6 →→→→ NEC = 2,00

C2H5OH →→→→ NEC = 1,40

CH3CHO →→→→ NEC = 1,00

Mistura com quantidades equimolares de:

DETECTORESDetector de Nitrogênio - Fósforo

Modificação do DIC altamente seletiva para composto s orgânicos nitrogenados e fosforados

Pérola de sal de metal alcalino:

RbCl (normal), KCl

Seletividade S para fosforados ou nitrogenados: 10.000 x - 100.000 x em relação a hidrocarbonetos similares

QMD = 0,4 pg a 10 pg (N) e 0,1 a 1 pg (P)

Pesticidas Triazínicos usando DNP:

1 Desetilatrazina2 Desisopropilatrazina3 Atraton4 Atrazina5 Trietazina6 Secbumeton7 Sebutilazina8 Simetrin9 Dipropretrina10 Dimetametrina11 Metroprotrina

(100 pg cada)

DETECTORESDetector por Captura de Eletrons

PRINCÍPIO Supressão de um fluxo de eletrons lentos (termais) causada pela sua absorção por espécies eletrofílicas

Um fluxo contínuo de eletrons lentos é

estabelecido entre um anôdo (fonte radioativa

β β β β -emissora) e um catodo .

Na passagem de uma substância eletrofílicaalguns eletrons são

absorvidos, resultando uma supressão de corrente elétrica.

DETECTORESDetector por Captura de Elétrons

12

3

4

5

1 Anôdo (fonte radioativa ββββ - emissora)

2 Saída de gases 3 Catodo

4 Cavidade 5 Coluna cromatográfica

DETECTORESDetector por Captura de Eletrons

Mecanismo de Captura de Eletrons

1 Geração de elétrons lentos pela interação entre a r a-diação ββββ, , , , moléculas do gás de arraste G e molécu-las de bloqueador (“quencher”) Q

β β β β - + G →→→→ G + + e - + e* ±±±± energia

β β β β - + G →→→→ G* + Q →→→→ G + e - + Q ±±±± energia

2 Eletrons lentos são capturados pela espécie eletro-fílica AB

AB + e - →→→→ AB - + energia

O decréscimo na corrente elétrica fluindo pela cela de detecção é proporcional à concentração a da espécie

absorvente no gás de arraste

Ib corrente de repouso

Ie corrente na eluição do analito

K constante de captura

DETECTORESCaracterísticas Operacionais do DCE

FONTE RADIOATIVA O anôdo deve estar dopado com um isótopo radioativo ββββ - ou αααα- emissor

Emprego universal em DCE comerciais:

3H (ββββ-, 0,02 MeV)

Sob a forma de Ta 3H3

Tdet deve ser < 225 oC

Maior sensibilidade

63Ni (ββββ-, 0,06 MeV)

Usado como 63Ni 0

Maior linearidade

Útil até ~400 oC

85Kr, 90Sr, 99Tc, 147Pm, 241Am, 226RaRaramente

usados:

63Ni preferido em equipamentos

modernos

- Maior durabilidade (t 1/2 = 100 a x 12 a para 3H)

- Maior estabilidade térmica

- Menor risco de uso (radioatividade)


TEMPERATURA DO DETECTOR Dependência do sinal com temperatura de operação bastante significativa

Variação de ±±±± 3oC na temperatura

Erro de ~ 10% na área dos picos

Magnitude e sinal do erro depende do composto anali sado !

POLARIZAÇÃO DOS ELETRODOS Vários modos de polarização possíveis

VOLTAGEM PULSADA Menos anomalias elétricas: maior sensibilidade e linearidade.

VOLTAGEM CONSTANTE Pouco usada modernamente - picos cromatográficos podem ser deformados.

TEMPERATURA DO DCE DEVE SER RIGIDAMENTE CONTROLADA


GÁS DE ARRASTE Funcionamento do DCE é muito dependente da natureza do gás de arraste

MAIS USADOS:N2

Ar + 5% CH4

Geram elétrons lentos quando bom-

bardeados com β β β β -

O gás deve ser o mais puro possível !!!(traços de H 2O e O2 comprometem o sinal do DCE)

VAZÃO DE GÁS DE ARRASTE Sinal depende dire-tamente da vazão de gás fluindo no detector

SinalF

!Adsorção de contaminantes sobre os eletrodos causa

deformação nos picos


SENSIBILIDADE / LINEARIDADE QMD = 0,01 pg a 1 pg (organoclorados), linearidade ~ 10 4 (pg a ng)

10 fg Lindano (C 6H6)µµµµ-ECD HP-6890

PESTICIDAS1 tetracloro-m-xileno2 α α α α - BHC3 Lindano4 Heptachlor5 Endosulfan6 Dieldrin7 Endrin8 DDD9 DDT

10 Metoxychlor10 decaclorobifenila

~250 fg cada analito

O DCE É O DETECTOR PREFERENCIAL PARA ANÁLISES DE TRAÇOS DE ORGANOALOGENADOS E

SIMILARES

Espectometria de massas

Utiliza o movimento de íons em campos elétricos e magnéticos para classificá-los de acordo com sua relação massa -carga.

Desta maneira, a espectrometria de massas é uma técnica analítica por meio da qual as substâncias químicas se identificam, separando os íons gasosos em campos elétricos e magnéticos.

Os instrumentos usados nestes estudos chamam-se espectrômetros de massas

O dispositivo que realiza esta operação e utiliza meios elétricos para detectar os íons classificados é conhecido como espectrômetro de massas.

A MS oferece informação qualitativa e quantitativa sobre a composição atômica e molecular de materiais inorgânicos e orgânicos.

Espectometria de massas - Instrumental

Os espectrômetros de massas constam de quatro partes básicas:

O espectrômetro requer um percurso livre para os íons e, por tanto, funciona sob vácuo ou em condições de vácuo.

(em geral da ordem 10-5 a 10-6 torr)

As bombas de vácuo podem ser de duas naturesas:

•Bombas difusoras

Baratas

Menos sensíveis a variações elétricas

•Bombas turbo

Vácuos mais eficientes

Modos de ionização

Ionização químicaNa ionização química, uma pequena quantidade de átomos gasosos éionizada por colisão com átomos produzidos pelo bombardeamento do gás reativo. Alguns dos gases reativos mais comuns são metano, oxigênio, amônia e hidrogênio.

Ionização por impacto de elétronsO impacto eletrônico é o método de ionização mais usado.

Utiliza-se um fecho gerado pela lâmpada de tungstênio ou de filamento rênio para ionizar os átomos de fase de gás ou moléculas.

Formam-se íons durante a colisão do feixe com as moléculas da amostra.

M + e- → M+. + 2e-

Aqui M representa a molécula do analito e M+ é seu íon molecular.

Os íons positivos são acelerados por um campo elétrico e transportados ao Analisador.

Modos de ionização

Lentes aceleradoras e focalizadoras

Quase todos os espectometros possuem lentes elétricas que aceleram e focalizam os íons gerados na fonte para o analisador de massas.

Analisadores de Massas

O objetivo do analisador de massas éseparar os íons que são produzidos na

fonte de acordo com as diferentes relações de massa/carga.

Existem diversos modelos de analisadores que utilizam de diversas estratégias para

sua separação.

Quadrupolo

Um campo quadrupolo é formado por quatro rolos paralelos aos quais aplica-se uma corrente contínua que afeta o percurso dos íons viajando pelo trajeto centralizado entre os 4 rolos.

Para as voltagens dadas, somente os íons de uma relação massa/carga determinada podem passar através do filtro do quadrupolo, enquanto os outros são varridos como moléculas descarregadas.

Ao variar os sinais elétricos a um quadrupolo, pode-se variar a faixa da relação massa/carga transmitida. Isto possibilita a varredura espectral.



Quadrupolo


Quadrupolo

Vantagens:

•Bibliotecas comerciais (70eV);

•Baixo custo;

•Várias metodologias padronizadas com estes equipamentos;

•Muitos equipamentos difundidos;

•Baixa sensibilidade no modo SCAN (Varredura)


Analisador de massa “ion trap”

Os íons são gerados dentro de uma armadilha onde são retidos.

Por variação de radiofreqüência estes são liberados para o detector.



Vantagens:

• Alta sensibilidade, pois os íons não são jogados fora.

•Simula quadrupolo no modo SCAN podendo seus espectros de massas serem pesquisados em bibliotecas comerciais obtidas em MS quadrupolo.

•Possibilidade de realização de MS/MS

O sistema de recolhimento de íons mede a abundância relativa de fragmentos de cada massa.

Eletromultiplicadoras

Fotomultiplicadoras

Sistema de recolhimento de íons

ANÁLISE QUALITATIVAAcoplamento CG - EM

Interface cromatógrafo - espectrômetro:

CG EM

Vácuo

Separador MolecularO gás de arraste leve

(He) difunde mais rapidamente que o

analito e tende a ser drenado para o vácuo.

Câmarade Ionização

ColunaCapilar

Interface Capilar DiretaCom colunas capilares a vazão baixa de gás de

arraste pode ser drenada pelo sistema

de vácuo.

ANÁLISE QUALITATIVAAcoplamento CG - EM

Sistema de Controle e Aquisição de Dados:

É MANDATÓRIO que sistemas CG-EM sejam totalmente controlados por microcomputador.

Sistema de Controle e Aquisição de Dados:

1 Gerencia e monitora o funcionamento dos módulos deCG e EM.

2 Coleta e arquiva espectros de massa em intervalosregulares de tempo e constrói o cromatograma.

3 Após a corrida, compara espectros coletados combases de dados para identificação dos eluatos.

COMPUTADORES RÁPIDOS E COM GRANDE CAPACIDADE DE ESTOCAGEM DE DADOS

ANÁLISE QUALITATIVACG-EM: Geração do Cromatograma

Espectros de massas completos coletados e arquivados em intervalos regulares de tempo

Geração do cromatograma a partir dos espectros:

CROMATOGRAMA DE ÍONS TOTAIS ( TIC = To-tal Ion Chromatogram)

Para cada espectro o número total de íons detectado s na faixa de massas varrida é somado e plotado em

função do tempo, gerando o cromatograma.

MONITORAMENTO DO ÍON SELECIONADO (SIM = Single Ion Monitoring)

Seleciona-se um fragmento resultante da fragmentaçã o da espécie de interesse. Gera-se o cromatograma

plotando-se o número de íond detectados com a massa desse fragmento em função do tempo.

TICUniversal

Similar a DIC

SIMSeletivo

Maior Sensibilidade

ANÁLISE QUALITATIVACG-EM: TIC x SIM

Aroma de polpa industrializada de cajá após extração por SPME

TICAparecem 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)

ANÁLISE QUALITATIVAIdentificação de Eluatos

TEMPO

CO

NT

AG

EN

S

MASSA / CARGA

CO

NT

AG

EN

S

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.

ANÁLISE QUALITATIVAIdentificação de Eluatos

Busca automática em bibliotecas de espectros: comparação estatística ( Probability Based Matching )

BIBLIOTECA DEESPECTROS

ESPECTRODESCONHECIDO

PBMLista com possíveis

candidatos + porcentagem de confiabilidade

# NOME FÓRM. %1 1-dodeceno C12H24 99

2 1-dodecanol C12H26O 91

3 ciclododecano C12H24 91

4 2-dodeceno C12H24 66

5 1-undeceno C11H22 35

6 8-metil-3-undeceno C12H24 32

PBM de um eluato “desconhecido”

(1-dodeceno)

LIMITAÇÕES:

Identificação pouco confiável de es-pectros muito simples

Limitada pelo tamanho da base de dados (NIST = 66.000 espectros)

Diferenças entre espectros gerados por diversos EM

COMPARAÇÃO dos DETECTORES

14 e 15 aula - separacoes analiticas - gc

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