22/09/20101lvaroJos dos SantosNetoCROMA-IQSC11/08/2010Disciplina: SQM0418 - Anlise Instrumental IIUniversidadede So PauloInstitutode Qumicade So CarlosDepartamentode Qumicae Fsica MolecularCROMATOGRAFIAPrincpio BsicoSeparao de misturaspor interaodiferencialdos seus componentesentreuma FASE ESTACIONRIA (lquidoou slido) e umaFASE MVEL (lquidoou gs).IntroduoCaractersticas de um Pico GaussianoCromatograma Esquemtico22/09/201021. Fator de Reteno, kFator de reteno, k, definido com a relaoentre o tempo que o soluto passa na fase estacionriae o tempo que ele passa na fase mvel.[1]tM= tempo que uma molcula da fase mvelpassa na coluna; denominado de hold-up time, tempo morto ou tempo de retenode um soluto no retido.tR= tempo de retenoajustado ou tempo que o soluto passa na fase estacionria.kt ttR MM=ktt RM= 'k adimensional,enquanto que tempo de retenono .FControlado pela suficiente interao dos analitos com a fase estacionria[2]RS= Resoluoentre dois picos; tR1= Tempode retenodo pico 1;tR2= Tempode retenodo pico 2; wb1= Largura do pico 1 na base;wb2= Largura do pico 2 na base.2. Resoluo, RSRt tw wSR Rb b=+2 112 1 2( )No confundir RScom R, fator de retardamento, o qual fornece a fraodo componente da amostrana fase mvel, e est relacionadoao fator de reteno,k.[3]kR+=11FPara 2 picos adjacentes wb1 wb2 , podendo-se escrever:[4]RSvaler1 quando AtR= wb2= 4o.A separaoser completa com RS > 1,5.2. Resoluo, RSRt twtwSR RbRb==2 12 2A% Separaoem funo de RSRS0,50 0,90 1,00 1,10 1,25 1,50 2,00 2,50% separao 68,28 92,82 95,44 97,22 98,76 99,73 99,99 100,00AtR (em o) 2,0 3,6 4,0 4,4 5,0 6,0 8,0 10,02. Resoluo, RS2. Resoluo, RS 2. Resoluo, RS22/09/201033. Eficincia da ColunaA eficinciade uma coluna cromatogrfica, usualmente, medida atravsdo nmero de pratos, N, o qual mede a relaoentre o tempo de retenode um pico e sua varincia(o ou wb ).[5]NtNtwNtwR RbRh=|\

|.| =|\

|.| =|\

|.|o22222216 554 ,Quanto maiortRe menor o (ou wbou wh ), maiorserN.FControlado pela qualidade da coluna e do cromatgrafo 3. Eficincia da ColunaOutra maneirade medir-se a eficincia atravsda Altura Equivalente a um Prato, H:[6]H o comprimentonecessriode uma coluna para gerar um prato. Quanto maiorN menor ser H e mais eficientea coluna.FHLN=O fator de separao,o, a relaoexistenteentre o tempo que dois picos permanecemna fase estacionria.[7]4. Fator de separao, o Seletividadeo= =ttKKRR'' 2121Quanto maioro valorde o, maisseletivaser a fase estacionriapara aquele par de compostos. FControlado pelas diferentes caractersticasqumicas dos analitos e fases de separao (estacionria e mvel)4. Fator de separao, o Seletividade22/09/201045. Equao Mestra da ResoluoDividindonumeradores e denominadorespor k, e introduzindo o fator oda equao [7]:[13]RN kkS =+ 41122ooFeficincia separao retenok e o: so determinados por condies que afetam reteno e equilbrio de distribuio da amostra entre fase mvel e estacionriacomposio da fase mvel; composio da fase estacionria; temperaturaN: depende da qualidade da coluna; varia com as condies instrumentaisvazo da fase mvel; comprimento da coluna; tamanho da partculaEquao Mestra da ResoluoRN kkS =+ 41122ooeficincia seletividadereteno/afinidadeQualidadeda colunae do cromatgrafo Prefernciapelaa fase mvelou pela estacionria Interao suficientecom a fase estacionria EFEITO DE k, o e N NA SEPARAOt0inicialvaria kaumenta oaumenta NAB6. Relao entre tRe N[14]L = comprimentoda coluna; = velocidadelinear mdia do gs de arraste(pode ser calculado do tM ).Quando k = 0, a equao [14] pode ser escrita como:[15]Na equao[14] o comprimentoL pode ser substitudo por N.H [6]:[16]tLkR2 21 = + ( )tL LtMM= =tNHkR2 21 = +( )FPara minimizaro tempo de reteno, tR , a Resoluo(RS ) deveser minimizada,evitando-sesobre-resoluo.Para uma dada separao,o tempo de anlise ser1 minutopara RS = 1 e 4 minutos para RS = 2.7. Nmero de Pratos Requeridos, NreqFO nmero de pratos requeridos (Nreq ) para separar dois componentes que apresentam uma retenorelativaigual a , com uma resoluo RS , pode ser derivadoda equao [13] e expressocomo:[17]Substituindo equao[17] na [16], teremos:[18]t RkkHR S 22222231611=|\

|.|+ |\

|.|oo N Rkkreq S=|\

|.|+ |\

|.| 161122222oo8. Influncia de N, o e k em RS22/09/201058. Influncia de N, o e k em RS 1. Nmerode Pratos,NA resoluo proporcional a raiz quadrada de N. Aumentando-seNpor um fator de 4 (por ex.de N = 20.000para N = 80.000)a resoluo dobrar (RS = 1,40 para RS = 2,80). 2. Fator de Separao,oApresenta grande impacto em RS . Aumentandoo de 1,05 para 1,10, a resoluopraticamentedobra (de 1,40 para 2,68), enquanto que uma pequena diminuioem o (de 1,05 para 1,03) causa drstica perda de resoluo(de 1,40 para 0,86). 3. Fator de Reteno,kPara valoressuperioresa 5, a influncia de k em RS pequena.Aumentando k de 5 para 20 a resoluoaumenta apenas 14% (de 1,4 para 1,6). Aumentando k de 0,25para 5 a resoluo aumenta em maisde 300%(de 0,37 para 1,4).Apresentar PlanilhaFundamentao TericaAlargamento da banda cromatogrfica:Teoria Cintica Por que E no ?Situao ideal Situao realt0tNt0t1t2Equao de van Deemter A = Efeito dos mltiplos caminhos B = Difuso molecular C = Resistncia transferncia de massa = Velocidade linear da fase mvelH ABC = + + = LtM22/09/20106Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CGrfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CGrfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CGrfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEquao de Van Deemter(coluna empacotada)ABCH HEPT dpDkkdfDgasliq= = + ++ 22812 22 t( ).Efeito dos mltiplos caminhos (A)22/09/20107Termo A - Efeito dos mltiplos caminhos A = 2 dp = Fator de empacotamento dp= dimetro das partculasPartculas menores,bem empacotadasem tubo de d.i. pequeno diminuem A.Colunas capilares abertas no apresentamo termo A pois no h partculasde empacotamento.FTermo B - Difuso molecularTermo B - Difuso moleculart3t2t1 B = 2 DFM = Fator de tortuosidade DFM= Coeficiente de difuso da amostra na fase mvel = velocidadelinear, cm/segTermo B - Difuso molecularFluxos rpidos evitama difuso.FTermo C - Transferncia de MassaTermo C - Transferncia de massa k = Fator de reteno = tR/t0 df = Espessura do filme da fase estacionria DLiq= Coeficiente de difuso da amostra na fase lquida (FE)Usar filme fino de baixaviscosidadeespalhado uniformemente sobre um suporte slido inerte. Usar fluxos baixos.FCkkdfDLiq=+812 22t,,( )22/09/20108Grfico de Van DeemterH ABC = + + B/ACA+B/ +CEQUAO DE GOLAY- Colunas Empacotadas:Equaode van Deemter- Colunas Capilares:Equaode Golay(A, B, C = constantes)(B, CM, CS= constantes)Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:0%22/09/20109Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CPorcentagemde reduo:5%Efeito da reduo no valor do termo CGrfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:10%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:20%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:30%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:40%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo CPorcentagemde reduo:50%22/09/201010Efeito da reduo no valor do termo BPorcentagemde reduo:0%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CGrfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo BPorcentagemde reduo:10%Efeito da reduo no valor do termo BPorcentagemde reduo:50%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEfeito da reduo no valor do termo BPorcentagemde reduo:75%Grfico de van Deemtervelocidade linear mdia (m)altura do prato (H)Htermo Atermo Btermo CEFEITO DAVELOCIDADEDAFASEMVEL- A curva eficincia (HEP) x velocidadese torna menos inclinada para partculas menores.-Vazes maiores podem ser empregadas sem perda de eficincia.-Resulta em uma separaomais rpida.Fluxo (mL/min)HEP (m)Dong, M., TodaysChemistat Work, 2000.