cromatografia de ions-uma introdução

Prticas em Cromatografia de onsUma Introduo

Monografia

Metrohm Pensalab Instrumentao Analtica Ltda.Rua Minerva, 167 PerdizesSo Paulo SP BrasilCEP 05007-030Fone +55 (11) 3868-6599Fax +55 (11) 3868-6575E-mail [email protected]

Prticas em Cromatografia de ons 1

Prticas em Cromatografia de ons

Uma Introduo

2 edio

Eng. Claudia Eith Prof. Dr. Maximilian Kolb Qumico Achim Rumi Prof. Dr. Andreas Seubert Dr. Kai Henning Viehweger (Editor)

Monografia Metrohm Todos os direitos reservados a Metrohm, incluindo traduo. Impresso pela Metrohm Ltda., CH-9101 Herisau, Sua. 8.792.5013PT 2006-07

2 Monografia Metrohm


ndice

1. Os autores ............................................................................................................................................5

2. Introduo.............................................................................................................................................6

3. Seo terica........................................................................................................................................7

3.1. A histria e a importncia da cromatografia de ons ................................................................... 73.2. Teoria da Cromatografia .............................................................................................................. 9

3.2.1. Divises da cromatografia e terminologia ............................................................................ 93.2.2. Conceitos tericos para a descrio do processo cromatogrfico..................................... 12

3.3. Princpios bsicos da cromatografia de ons (CI) ...................................................................... 163.3.1. Terminologia e classificao em CL................................................................................... 163.3.2. Troca inica ........................................................................................................................ 173.3.3. Formao de par inico ...................................................................................................... 183.3.4. Excluso de ons ................................................................................................................ 18

3.4. Modelos de reteno em cromatografia de ons ..................................................................... 193.4.1. Modelos de reteno em cromatografia de nions ............................................................ 193.4.2. Modelos de reteno em cromatografia de ctions ........................................................... 24

3.5. Sistemas de deteco em cromatografia de ons.................................................................... 273.5.1. Mtodos de deteco eletroqumica................................................................................... 273.5.2. Mtodos espectroscpicos de deteco ............................................................................ 31

3.6. Fases estacionrias em cromatografia de ons ....................................................................... 323.6.1. Viso geral das fases estacionrias comuns ..................................................................... 323.6.2. Fases estacionrias para cromatografia de nions............................................................ 343.6.3. Fases estacionrias em cromatografia de ctions ............................................................. 353.6.4. Trocadores de ctions baseados em slica gel .................................................................. 353.6.5. Trocadores de ctions baseados em polmeros orgnicos................................................ 353.6.6. Trocadores de ctions peliculares...................................................................................... 353.6.7. Fases estacionrias em cromatografia de excluso inica................................................ 363.6.8. O significado da capacidade dos trocadores de ons......................................................... 36

3.7. Eluentes em cromatografia de ons ......................................................................................... 373.7.1. Cromatografia de nions .................................................................................................... 373.7.2. Cromatografia de ctions.................................................................................................... 40

3.7.2.1. Cromatografia de ctions de ons alcalinos, alcalino-terrosos e amnia com deteco de condutividade .......................................................................................................................................... 403.7.2.2. Cromatografia de ctions de ons metal de transio e alcalino-terrosos com deteco pela derivatizao ps-coluna e fotomtrica ................................................................................................... 403.7.2.3. Cromatografia de excluso de ons............................................................................................ 42


4. Seo prtica......................................................................................................................................43

4.1. Informaes sobre a parte prtica ............................................................................................. 434.2. Experimentos abrangendo a teoria da cromatografia de ons................................................ 47

4.2.1. Experimento 1 Cromatografia de ons com e sem supresso ........................................ 474.2.2. Experimento 2 Capacidade das colunas de separao .................................................. 514.2.3. Experimento 3 Seletividade das colunas de separao.................................................. 544.2.4. Experimento 4 Limites de calibrao, deteco e determinao na cromatografia de ons...................................................................................................................................................... 60Experimento 4a Determinao de nions com supresso qumica .......................................... 614.2.5. Experimento 5 Alterao da seletividade com o auxlio de teres coroa (18 Crown-6) . 644.2.6. Experimento 6 Alterao da seletividade pela utilizao de agentes complexantes...... 674.2.7. Experimento 7 Tcnica de pr-concentrao.................................................................. 72

4.3. Experimentos para a determinao de nions ....................................................................... 754.3.1. Experimento 8 nions em gua potvel.......................................................................... 754.3.2. Experimento 9 nions em etanol e destilados (licores) .................................................. 794.3.3. Experimento 10 nions em alface................................................................................... 854.3.4. Experimento 11 cido fosfrico em refrigerantes tipo cola........................................... 884.3.5. Experimento 12 cidos orgnicos em vinho ................................................................. 934.3.6. Experimento 13 Contaminantes em borato determinao de cloretos e sulfatos em solues de brax......................................................................................................................... 984.3.7. Experimento 14 Determinao de nions em gua efluente ........................................ 1044.3.8. Experimento 15 Fluoreto em creme dental ................................................................... 1084.3.9. Experimento 16 nions em acar refinado branco e mascavo................................... 1114.3.10. Experimento 17 Contaminantes em perxido de hidrognio ...................................... 115

4.4. Experimentos para a determinao de ctions .................................................................... 1214.4.1. Experimento 18 Metais alcalinos e metais alcalino-terrosos em gua potvel............. 1214.4.2. Experimento 19 Determinao de metais de transio................................................. 125Experimento 19a Determinao de metais de transio com um eluente contendo cido tartrico, cido ctrico, etilenodiamina e acetona ....................................................................... 1264.4.3. Experimento 20 Contaminantes em slica gel determinao de ons clcio e magnsio.................................................................................................................................................... 1314.4.4. Experimento 21 Cosmticos e proteo contra corroso: determinao de etanolaminas e metais alcalinos ....................................................................................................................... 1344.4.5. Experimento 22 Metais alcalinos e metais alcalino-terrosos em vinho......................... 138

5. Literatura citada............................................................................................................................... 142


1. Os autores

Claudia Eith

Estudou Qumica na Fachhochschule em Aalen; realizou trabalhos prticos na rea de anlise de gua potvel e efluentes em Adelaide (Austrlia). Desde 2000 desenvolve trabalhos na diviso de Pesquisa e Desenvolvimento da Metrohm Ltda.

Maximilian Kolb

Estudou Qumica na Technical University em Munique, com nfase em pesquisas na rea de catlise homognea. Gerenciou o setor de qualidade da Diviso Pblica de guas em Traunstein por cinco anos. Desde 1982, professor na Fachhochschule em Aalen; reas de trabalho: tecnologia e controles ambientais e quimiometria.

Achim Rumi

Estudou Qumica no Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zurique, Sua. Desde 2005 Especialista de Produto IC na Metrohm Ltda.

Andreas Seubert

Estudou Qumica na Hannover University; promoo em 1990: Anlise de ultratraos em metais refratrios altamente puros com separao de traos da matriz por Cromatografia de ons; habilitao em 1995: Aplicaes em linha da Cromatografia Lquida acoplada a Espectrometria Atmica em anlise elementar. De 1998 a 2000: Professor temporrio em Qumica Analtica na Kassel University. Desde maro de 2000 Professor de Qumica Analtica na Philipps University em Marburg.

Kai Henning Viehweger

Estudou Qumica na Hamburg University; tese na rea de anlise inorgnica; promoo na rea de pesquisa em sistemas ecolgicos marinhos e em esturios. Desde 1996, no Setor de Marketing na Metrohm Ltda. Gerncia internacional do centro de competncia em cromatografia de ons.


2. Introduo

Examinar coisas que no se revelam por si mesmas sempre um desafio. As razes para isto variam desde uma simples curiosidade at uma real necessidade de sobrevivncia. H vrias formas de se desvendar estes mistrios. A forma mais simples usando os sentidos humanos: audio, tato, olfato, paladar e viso. Nos primrdios, os alquimistas gostavam de usar estes cinco sentidos. por isso que sentimos um sabor azedo quando provamos cidos e, o bromo tem seu nome derivado de bromos, ftido em Grego. A olho nu, uma soluo de cromo mostra-se colorida, sendo desta forma associada ao termo Grego chroma, ou seja, cor. Os alquimistas tambm expressavam seus sentimentos com insultos tais como you kobold para cobalto, cuja presena causou aos nossos ancestrais grande dificuldade na produo de ferro. Muitas vezes, componentes presentes em diversos tipos de materiais no podem ser vistos diretamente. Eles esto to fortemente misturados que os sentidos humanos no so capazes de identific-los. neste momento que a anlise utilizada. possvel extrair informao precisa de uma mistura indefinida de componentes, a qual no pode ser obtida apenas pelos sentidos humanos. Embora o organismo seja repleto deles, os sentidos humanos no podem identific-los diretamente. Estamos falando dos ons, aqueles tomos ou molculas carregados eletricamente que so parte integral de praticamente toda matria viva ou morta. Os ons so responsveis pela transferncia de informao atravs dos nervos, pela garantia de que a digesto ocorrer, de que a presso sangunea est correta e de que h oxignio suficiente no sangue. Os ons produzem sal no mar, controlam sua sede e os constituintes inicos so usados como alimento por todos os seres vivos desde as bactrias at os seres humanos. O conhecimento sobre os tipos e nmero de ons presentes no ambiente nos ajuda a entender as interaes ecolgicas e bioqumicas. Caso as concentraes inicas em um determinado alimento sejam conhecidas, isto nos permitir saber se o alimento seguro para o consumo ou no. H diferentes formas de se determinar os ons qualitativamente (pelo tipo) e quantitativamente (pela quantidade). Cada parte da informao importante. Um mtodo usado para a obteno desta informao a cromatografia de ons. Basicamente, cromatografia significa escrever em cores. Em anlise qumica clssica isto significa a separao de substncias, de acordo com suas cores, e sua determinao, pela observao visual. Apesar de nem todos os ons serem caracterizados por cores visveis, o termo mantido, mas outros mtodos de deteco so usados hoje em dia. A cromatografia de ons um membro da grande famlia de mtodos cromatogrficos. Basicamente, ela pode ser usada para determinar qualquer on que carregue uma ou mais cargas. No passado, a cromatografia de ons ou CI era um mtodo muito dispendioso, mas hoje em dia, tem um preo bem mais favorvel. Por isso, ela se tornou uma ferramenta analtica poderosa e universal, sendo fcil de usar.

Esta monografia Prticas em Cromatografia de ons demonstrar que a IC no apenas um assunto abstrato ou somente terico, mas que ela pode fornecer respostas rpidas para os problemas do dia-a-dia tais como: A gua potvel est adequada para os bebs consumirem? Qual a quantidade de nitrato que h no espinafre? Um determinado efluente causa poluio ambiental? Visto que, um trabalho analtico prtico exato quase impossvel sem uma base terica, esta monografia tambm contm informaes detalhadas em uma seo terica. Prticas em Cromatografia de ons tem como objetivo, no apenas fornecer conhecimentos sobre os princpios bsicos da CI, mas tambm uma viso geral dos princpios cromatogrficos. Alm disso, a cromatografia pode proporcnionar muitos feitos: satisfazer a curiosidade cientfica e assugurar uma sobrevivncia saudvel em um ambiente poludo.


3. Seo terica 3.1. A histria e a importncia da cromatografia de ons Os primrdios da Cromatografia de ons (CI) ou, mais precisamente da cromatografia de troca inica, remetem-se metade do sculo passado. Entre 1935 e 1950, os conhecimentos sobre trocadores inicos e suas aplicaes foram consideravelmente expandidos pelo Projeto Manhattan. Nos anos 50 e 60, foram desenvolvidos modelos tericos para a compreenso do fenmeno de troca inica e da cromatografia de ons, nos quais esta monografia se baseia. Detectores para fluxos contnuos foram usados nos anos 70; isto permitiu um salto na mudana da cromatografia de baixa-presso para a de alta-eficincia. Tabela 1. Histria dos trocadores de ons e da cromatografia de ons, a tcnica analtica baseada na troca inica

O termo cromatografia de ons foi criado em 1975 por Small, Stevens e Baumann com a introduo da deteco por condutividade combinada com um mtodo qumico de reduo da condutividade; subseqentemente, foi usada por um longo tempo como um nome comercial patenteado para fins de marketing. Enquanto isso, o termo abreviado Cromatografia de ons se estabeleceu como o termo especfico para os mtodos de cromatografia de formao de pares inicos, excluso inica e troca inica, includos sob a cromatografia lquida de alta eficincia - CLAE (HPLC, do ingls: High Performance Liquid Chromatography) [1]. Hoje, a tcnica CI aplicada na determinao de nions enquanto os mtodos de espectrometria atmica, comumente usados para a determinao de ctions, so raramente teis para a determinao dos nions eletronegativos do quinto ao stimo grupo do sistema peridico. A rea de aplicao mais importante da cromatografia de nions, hoje, a investigao de rotina dos sistemas aquosos; isto de vital importncia na anlise de gua potvel [2,3,4,]. A CI tambm usada para a anlise das espcies de elementos em complexos ou elementos aninicos, isto , principalmente para resolver problemas de relevncia ambiental. O terceiro campo de aplicao da cromatografia de nions o controle de ultratraos em processamento de reagentes ultrapuros requeridos principalmente na indstria de semicondutores. Hoje, os trocadores de ons, normalmente usados na CLAE (HPLC), consistem de partculas esfricas de polmero com um dimetro de aproximadamente 5 a 15 m. Vrios mtodos so usados para anexar os chamados grupos ncoras na superfcie deste polmero; estes so usados como espaadores entre o polmero bsico e os grupos funcionais efetivos. Estes grupos funcionais normalmente consistem de ons amnio quaternrio, os quais so quimicamente anexados aos grupos ncoras. O nmero total de grupos funcionais conhecido como a capacidade de troca; isto uma caracterstica bsica dos trocadores de ons. Materiais de empacotamento, disponveis comercialmente para cromatografia de nions, apresentam natureza de baixa capacidade com capacidades de troca de 50 a 100 mol por coluna de separao.

CL

CLAE


Desta forma, as principais aplicaes requerem o uso de detector de condutividade, o qual usado universalmente devido sua sensibilidade, e de eluentes que tenham a mais baixa condutividade possvel (background ou sinal de fundo). Trocadores aninicos de baixa capacidade permitem o uso de solues aquosas de NaOH ou de tampo carbonato muito diludas, cuja condutividade pode ser reduzida at mesmo pelo recurso da supresso qumica [2,4]. Em cromatografia de nions, so usados hoje em dia principalmente os grupos funcionais do Tipo I (trimetilamnio ou TMA) e do Tipo II (dimetiletanolamnio ou DMEA). Visto que a interao mais significativa entre a fase estacionria e os nions do analito acontece no grupo funcional, isto significa que sua estrutura tem uma influncia decisiva no comportamento seletivo dos materiais de empacotamento. De acordo com o conhecimento atual, a polaridade dos grupos funcionais, a qual pode ser controlada por um nmero de resduos hidroxietila (-CH2CH2OH) no nitrognio quaternrio, de particular importncia [2,4]. O termo cromatografia de ons inclui todas as separaes de espcies inicas dentro da Cromatografia com deteco em fluxo contnuo e independente de limitaes em equipamentos [5]. A CI tem sido o mtodo escolhido, dentre os disponveis em anlise aninica, graas grande variedade de colunas de separao, sistemas de eluio e detectores que hoje esto mais disponveis. A razo para isto que existem poucos processos de separao de nions; estes so raramente disponibilizados para fins prticos, enquanto que os mtodos gravimtricos e volumtricos so limitados pela sua sensibilidade e seletividade. Mesmo com o desenvolvimento espetacular da cromatografia gasosa desde 1965 ela no apresentou grandes vantagens para os nions, visto que estes no so volteis. Desta forma, precisavam ser primeiramente derivatizados, mas a sensibilidade deste mtodo no foi suficiente para atender a demanda que existe hoje em anlise de traos [6]. Para a anlise de ctions, existem alternativas de espectrometria atmica que possuem alta eficincia (exemplo, ICP-AES/MS), portanto, o valor da cromatografia de ctions consideravelmente menor quando comparado com o da cromatografia de nions. No entanto, a cromatografia de ctions tem alcanado grande importncia na anlise de metais alcalinos e alcalino-terrosos, na determinao de nitrognio amoniacal (anlise em gua potvel) e na especiao de compostos inicos, em combinao com detectores de elementos especficos. Os trabalhos de Haddad e Weiss [2,4] oferecem uma boa viso geral das aplicaes de CI em vrios setores.


3.2. Teoria da Cromatografia

3.2.1. Divises da cromatografia e terminologia

Cromatografia um mtodo fsico-qumico para separar misturas de substncias. O efeito de separao baseado na distribuio entre duas fases: uma fase estacionria e a segunda uma fase mvel que flui em uma determinada direo [7,8]. As tcnicas cromatogrficas so divididas de acordo com os estados fsicos das duas fases mencionadas:

Figura 1 Diviso dos mtodos cromatogrficos de acordo com os estados fsicos das fases estacionria e mvel.

Uma adicional diferenciao dos mtodos cromatogrficos pode ser feita de acordo com os processos bsicos que ocorrem durante a separao, tais como adsoro ou distribuio; ou de acordo com o tipo de procedimento utilizado (cromatografia planar ou por coluna) [9]. Parmetros de reteno Se uma mistura de substncias for submetida separao cromatogrfica, um equilbrio de distribuio formado entre as fases estacionria e mvel para cada componente individual. As substncias s podem ser separadas com sucesso quando os coeficientes de distribuio D dos componentes diferirem suficientemente uns dos outros. D definido como a relao entre as concentraes de uma substncia A na fase estacionria (ndice S) e na fase mvel (ndice M):

M

SA [A]

[A]D (1)

As substncias que possuem maiores coeficientes de distribuio D sero retidas mais fortemente do que aquelas com D menores. O procedimento de separao cromatogrfica mostrado na forma de um cromatograma, no qual um sinal de um detector registrado em funo do volume (ou do tempo) de eluio da fase mvel. Isto significa que ele corresponde ao perfil de massa ou concentrao em funo do tempo. O sinal detectado deve ser proporcional concentrao do analito no final do processo de migrao [8]. Como demonstrado na Equao 2, o tempo de reteno ou tempo de reteno bruto tR de uma substncia na fase estacionria obtido pela adio do tempo de reteno lquido tS, o qual corresponde ao tempo de reteno real no processo de migrao, e o tempo de corrida na fase mvel sem qualquer interao, o tempo morto tM.

MSR ttt (2)

Devido formao de canais, processos de difuso ou irregularidades no equilbrio adquirido entre as fases estacionria e mvel, algumas partculas podem passar atravs da fase estacionria mais lentamente ou mais rapidamente do que esperado pelo tempo de reteno lquido tS. Isto significa que um cromatograma no consiste de um nmero infinito de sinais discretos, mas idealmente de picos Gaussianos (vide Figura 2).

Lquido Fase Mvel

Fase

Est

acio

nria

Lquido

Lquido

Gasoso

Slido CSL

CLL CLG

CSG


Figura 2

Cromatograma de eluio de uma separao por cromatografia de ons com indicao dos parmetros mais importantes.

Figura 3

Distribuio Gaussiana com as quantidades mais importantes.

Como resultado de processos de difuso, os quais aumentam em importncia conforme aumento do tempo de residncia na fase estacionria, a largura do pico de uma substncia aumenta com o aumento do tempo de reteno. Este fenmeno caracterstico de todos os mtodos cromatogrficos. Conforme foi mencionado, sob circunstncias ideais, um pico em um cromatograma mostra a distribuio Gaussiana. A Figura 3 mostra um exemplo da distribuio Gaussiana. A largura na metade da altura do pico conhecida como largura-mdia b0,5 e corresponde a uma varincia V de 2,354-vezes a distribuio. A largura da base w definida como a distncia entre os pontos de interseco das tangentes inclinadas com o eixo y, a qual a mesma que a varincia 4-vezes da funo de Gauss. Ambas as quantidades so parmetros de medida do desempenho de uma coluna de separao cromatogrfica e, com uma forma de pico ideal, podem ser usadas para calcular o nmero de pratos tericos.

Analito 1

Analito 2

Sinal

rea

A lturaReso luo

Form ao de Caud a

Tem po m ortoTem po d e reteno, analito n Tem po d e reteno lquido Fator d e reteno Fator d e ass imetria Resoluo Coefici ente de sel etivi dade

Temp o o u vo lum e

Sinal

Tempo ou volume


Variaes da forma ideal de pico podem ser descritas pelo chamado fator de assimetria T. Isto definido pela relao entre as distncias A e B medidas entre a linha vertical central e as inclinaes da distribuio a 10% de sua altura (vide Figuras 2 e 3) e pode ser calculado por:

ABT (3)

Para picos perfeitamente Gaussianos, T = 1. Para valores de T maior que 1, o pico apresentar cauda, enquanto que para valores menores, uma deformao frontal. Na prtica, a inteno adquirir um fator de assimetria de T = 0,9 a 1,1.

Fator de reteno, seletividade e resoluo Como o tempo de reteno bruto tR depende muito das condies cromatogrficas, somente sob condies definidas que ele caracterstico para uma substncia em particular e, portanto, pode ser usado para identificao qualitativa. Se introduzirmos uma constante adimensional, o fator de reteno k; conseguiremos comparar diferentes sistemas cromatogrficos. Esta constante fornece informao mais precisa sobre quanto tempo a mais uma substncia permanece na fase estacionria do que na fase mvel [8]. O fator de reteno matematicamente definido como o produto do coeficiente de distribuio D pela proporo entre os volumes das fases estacionria e mvel ou como a proporo entre o tempo de reteno lquido e o tempo morto. Com um clculo envolvendo o comprimento L do caminho de migrao e a velocidade linear u da fase mvel tambm possvel definir o fator de reteno (Equao 4).

1-Ltu

tt

=

VVD=k' R

M

S

M

S (4)

Para valores pequenos de k, uma substncia elui prximo ao tempo (ou volume) morto do sistema cromatogrfico; isto significa que a separao pobre. Se o k for muito grande significa que, embora a separao seja boa, a um longo tempo de residncia no caminho de migrao e o pico torna-se mais largo. Idealmente, o fator de reteno deve estar entre 2 e 5. Duas substncias sero adequadamente separadas apenas se seus fatores de reteno diferirem um do outro significativamente. O coeficiente de seletividade D, tambm conhecido como o fator de separao relativa, uma medida da capacidade de separao de duas substncias e definido como segue:

(5)

Se duas substncias no podem ser separadas, ento D = 1 e a coeluio ocorre. Quanto maior o valor de D, melhor a separao. Entretanto, se D aumenta, o tempo requerido para a separao tambm aumenta, sendo que na prtica, os coeficientes de seletividade so ideais quando so prximos de 1.5 [10]. O coeficiente de seletividade no descreve a qualidade do processo de separao. A resoluo R,entretanto, considera tanto as posies relativas dos picos, bem como suas larguras-mdias b0.5 ou larguras da base w, como pode ser visto na Equao 6.

(6)

Se a diferena entre os tempos de reteno de dois picos for grande em relao das larguras da base ou larguras-mdias, ento a resoluo boa. No caso de uma simetria de pico ideal, duas substncias podem ainda ser identificadas com R = 0,5. Para separao qualitativa, R deve ser de, pelo menos, 1 (separao com 4V); para quantificao, uma resoluo de R = 1,2 a 1,5 requerida [25]. Resolues de R t 2 (separao com 8V) so evitadas devido ao longo tempo de anlise envolvido.


3.2.2. Conceitos tericos para a descrio do processo cromatogrfico

O modelo dos estgios tericos de separao

O modelo dos estgios tericos de separao derivado do processo de destilao e usado para descrever separaes cromatogrficas [11]. Ele divide a fase estacionria em sees discretas, estgios ou pratos tericos de separao, nos quais, a princpio, um equilbrio infinitamente rpido e completamente reversvel entre as fases estacionria e mvel alcanado. A performance (eficincia) de um sistema cromatogrfico , portanto, caracterizada por um nmero maior possvel de estgios tericos de separao. O nmero de pratos tericos N pode ser determinado diretamente do cromatograma pela utilizao da varincia V, a largura da base w ou a largura-mdia b0.5, e calculado como se segue [12]:

2R

2

0,5

R2

R t=

bt(2)ln8=

w

t16=N

V (7)

Ao invs do nmero de pratos tericos, a Altura Equivalente ao Prato Terico (HETP) pode tambm ser usada para descrever a eficincia da separao.

(8)

Das Equaes 5 a 8, pode ser visto que uma fase estacionria com um grande nmero de pratos tericos pode ainda separar duas substncias, mesmo que seus fatores de reteno no sejam to diferentes. As equaes tambm permitem o clculo do nmero de pratos tericos, os quais so necessrios para resolver um problema de separao. O modelo de estgios tericos de separao pode ser usado para explicar a ocorrncia de sinais Gaussianos na cromatografia se for assumido que, devido aos processos de fluxo e difuso, apenas um equilbrio incompleto e finitamente rpido alcanado entre as fases estacionria e mvel. Isto resulta em um processo de alargamento do pico, visto que uma zona estreita contendo a substncia, no incio do caminho de migrao, torna-se, claramente, mais larga com o aumento do tempo de residncia na fase estacionria. O clculo do nmero dos pratos tericos, de acordo com a Equao 7, assume que a forma do pico ideal; entretanto, isto raramente ocorre na realidade. Com picos de formas assimtricas, o clculo deve ser realizado de acordo com o mtodo momentneo [13]. A Equao 9 inclui o fator de assimetria T e produz valores aproximados.

(9)

Um nmero de pratos efetivos n, que representa a real eficcia de separao mais precisamente do que o nmero de pratos tericos N corrigido pelo fator de reteno k e obtido de:

(10)

A teoria dinmica (teoria de Van Deemter)

A decisiva fragilidade do modelo de estgios tericos de separao que a destilao e a cromatografia so baseadas em dois processos fsico-qumicos fundamentalmente diferentes. Alm disso, nenhuma hiptese foi feita sobre a influncia de parmetros importantes, que sejam experimentalmente acessveis e que no afetam o tipo ou qualidade da fase estacionria em si [14,15]. Estes poderiam ser:

x Vazo da fase mvel x Dimetro das partculas da fase estacionria x Espessura dos filmes superficiais no material de empacotamento.

1,25+Tbt

41,7=N

2

0,5

R

2

k'+1k'N=n


Alm disso, quantidades tais como os coeficientes de difuso nas fases estacionria e mvel, a temperatura ou o volume do detector na cromatografia lquida so muito importantes para a eficincia da separao. A teoria dinmica desenvolvida por van Deemter , em princpio, uma extenso do modelo de estgios tericos de separao, a qual no leva em considerao as condies limitantes no-ideais [16]. As seguintes suposies so feitas:

x no h alcance espontneo ou desimpedido de equilbrio x h transporte de massa atrasado nas fases estacionria e mvel x no h vazo homognea da fase mvel sobre a completa seo cruzada da coluna x h ocorrncia de difuso de espalhamento e formao de canais na fase estacionria x h difuso longitudinal independente da velocidade da fase mvel e diretamente proporcional

ao tempo de reteno no caminho A relao entre os efeitos dinmicos mencionados acima e a altura equivalente a um prato terico dada pela equao de van Deemter.

(11) Os trs termos A, B e C dependem, de diferentes maneiras, da vazo u da fase mvel. Os termos Ae B descrevem o completo transporte de massa atravs da fase estacionria; o termo C determinado pela interferncia no alcance do equilbrio entre as fases estacionria e mvel. O Termo A descreve a difuso circular em contra-fluxo, a qual pode ser considerada como sendo uma causa do alargamento do pico devido a um efeito multi-vias. Este termo tambm conhecido como o fator de empacotamento e, independente da vazo linear u da fase mvel, pelo menos em uma primeira aproximao. A seguinte relao se aplica ao termo A:

pd2A O (12)

Na Equao (12), dP o dimetro mdio de partculas na fase estacionria, O descreve a irregularidade estatstica do empacotamento; este deveria ser o mais homogneo possvel e consistir de partculas uniformes.

uCu

B A HETP


O Termo B descreve a difuso longitudinal a favor ou contra a direo do fluxo da fase mvel. de particular interesse quando colunas capilares so usadas em cromatografia gasosa (CG), uma vez que os coeficientes de difuso em gases so maiores em 4 a 5 potncias de dez do que em lquidos. B calculado como sendo o produto do coeficiente de difuso na fase mvel DM e o fator labirinto J, o qual descreve a porosidade da fase estacionria.

MD2B J (13)

Como a importncia da difuso diminui com o aumento da vazo da fase mvel, isto significa que B inversamente proporcional a u.O Termo C conhecido como o termo de transferncia de massa. O atraso na transferncia de massa entre as fases estacionria e mvel, geralmente, tem a maior influncia sobre o alargamento do pico. A interferncia no alcance do equilbrio entre as fases estacionria e mvel aumenta com o aumento de u, e por isso que h uma proporcionalidade direta para com a vazo linear. Atrasos na transferncia de massa resultam de um coeficiente de difuso DS muito pequeno na fase estacionria em comparao com a fase mvel. O termo C pode ser consideravelmente reduzido por caminhos de difuso curtos e processos de transferncia rpidos. Isto pode, principalmente, ser alcanado pela localizao dos poros na superfcie, para que apenas um pouco se estenda para o interior da fase estacionria. O termo C de transferncia de massa calculado como segue:

S2

Ddp

k'+1k'16

=C

S

(14)

A representao grfica da equao de van Deemter mostra uma curva hiperblica, da qual o valor mnimo de vazo u para a mnima altura de prato (nmero mximo de pratos) pode ser determinada (Figura 4).

Termo B Termo A

Termo C

Vazo u

Figura 4 Representao dos termos individuais da teoria de van Deemter com a curva mostrando o valor timo de vazo.

Mesmo a teoria dinmica baseada em aspectos ideais. Na realidade, os trs termos A, B e C s so independentes um do outro em uma primeira aproximao, havendo uma influncia adicional da vazo u na difuso circular em contra-fluxo (Termo A). O termo C pode ser diferenciado pela utilizao dos termos CM e CS, os quais descrevem a transferncia de massa na fase mvel (CM) e da fase estacionria (CS). por isso que a equao original de van Deemter tem sido modificada por numerosas aplicaes em CLAE, CG e camada delgada [17,18].

Cromatografia lquida moderna

A cromatografia lquida (CL) deve ser considerada como o termo genrico para muitos mtodos modernos de separao usando componentes no estado lquido. Ela pode ser usada para uma grande variedade de substncias diferentes e caracterizada por sua excelente performance analtica. A CL tambm inclui a cromatografia de ons (CI), que provavelmente o mais importante mtodo de separao usado em qumica analtica moderna [3]. A CLAE um desenvolvimento subseqentemente lgico da cromatografia lquida clssica (CL). Na CL clssica, introduzida por Tswett em 1906, colunas de vidro com dimetro de 1 a 5 cm e


comprimento de at 500 cm foram usadas; estas eram preenchidas com fases de separao contendo partculas medindo de 150 a 200 m. Mesmo as separaes de substncias em misturas simples freqentemente duravam horas com uma eficcia mdia de separao. Como resultado da compreenso do processo cromatogrfico, o qual foi posteriormente desenvolvido (vide Equao 11), tornou-se claro que o aumento na eficcia s poderia ser alcanado pela reduo do dimetro das partculas da fase estacionria; entretanto, isto implicou em exigncias completamente novas para os equipamentos usados em cromatografia. Desde aproximadamente 1970, uma tecnologia especial e poderosa de instrumentos tornou-se disponvel, a qual capaz de ultrapassar uma alta contra-presso de 10 a 50 MPa que ocorre quando materiais de empacotamento com partculas de dimetro de 3 a 10 m e colunas de separao de 125 a 250 mm de comprimento por 4 mm de dimetro interno so usadas. Como resultado da miniaturizao, a CLAE desenvolveu-se como um mtodo de separao puramente analtico; em contraste, a CL clssica atualmente utilizada praticamente apenas para fins preparativos. As vantagens da CLAE em comparao CL clssica so principalmente:

x excelente eficincia cromatogrfica x processo de trabalho contnuo x deteco on-line das substncias separadas x alta sensibilidade e reprodutibilidade x utilizao do tempo de reteno para identificao qualitativa das substncias x menor tempo de anlise

Independente de sua rea de aplicao, um sistema CLAE consiste principalmente dos componentes mostrados na Figura 5: a bomba de alta eficincia com estoque da fase mvel (eluente), injetor (para introduo da amostra), coluna de separao e sistema de deteco (incluindo derivatizao, aquisio e tratamento dos dados):

Eluente

Vlvula de injeo

Coluna de Separao

Loop de Amostra

Condutividade UV VIS Amperometria Espectrometria atmica

Reator ps-coluna/

derivatizao

Amostra

Detector

Bomba CLAE

Figura 5 Unidade de CLAE ou CI montada com os componentes mais importantes.

Com exceo da coluna de separao, a bomba o corao de qualquer sistema CLAE. Ela deve transferir (bombear) o eluente to uniformemente e livre de pulsao quanto possvel, mesmo em presena de alta contra-presso. Isto significa que tambm necessrio usar um injetor com loop especial para a introduo da amostra. Uma vlvula de seis vias normalmente usada; ela capaz de receber um volume definido da amostra na ala loop em presso padro e transferir para o sistema CLAE operando em alta presso. A composio da fase mvel e o tipo de coluna de separao devem ser adaptados ao problema analtico a ser resolvido. Isto tambm se aplica seleo do sistema de deteco. Hoje, a aquisio e o tratamento de todos os dados so realizados por computador. Esta montagem bsica de um sistema CLAE pode ser estendida conforme necessrio para resolver um problema analtico particular.

Princpios de separao em CL

A CLAE pode ser diferenciada de acordo com diferentes interaes fsico-qumicas entre as substncias da amostra e da fase estacionria. Embora, na realidade existam vrios mecanismos diferentes responsveis pela separao eficiente [9], uma classificao geral de acordo com os seguintes mecanismos de separao possvel:


x adsorox distribuio x excluso por tamanho x afinidade x troca inica x formao de par inico x excluso inica

Cromatografia de adsoro definida por reaes interfaciais, nas quais substncias lquidas ou gasosas so enriquecidas em uma fase slida. Vrios modelos esto disponveis fornecendo uma descrio qualitativa e quantitativa dos processos de adsoro; aqui, ns apenas nos referimos relevante literatura fsico-qumica [19]. Duas tcnicas diferentes so usadas. Em cromatografia de fase normal, a fase estacionria geralmente a slica gel e, portanto, consideravelmente mais polar do que a fase mvel (hidrocarbonetos). Em cromatografia de fase reversa CFR (ou RPC, em Ingls), as condies so exatamente opostas. Por razes prticas, principalmente quando se refere ao manuseio do eluente, a CFR mais utilizada atualmente [3,9]. Na cromatografia de distribuio, a fase estacionria um lquido, o qual imiscvel com a fase mvel. A separao baseada nas diferentes solubilidades dos analitos nas duas fases. Em um caso ideal, aplicada a lei de distribuio de Nernst. Este mecanismo de separao tem um importante papel, particularmente em cromatografia gasosa quando capilares recobertos com lquidos de separao so usados como fase estacionria. A cromatografia de distribuio tambm pode ocorrer em CLAE se a slica gel modificada com hidrocarbonetos no-polares, ou seja, as chamadas fases com grupo octadecil (ou octil) forem usadas como material de separao. Cromatografia por excluso de tamanho (SEC, em Ingls) permite a separao de acordo com o tamanho molecular como resultado de efeitos de seleo de partculas. Slica gel ou resinas de polmero orgnico, com uma estrutura de poro definida, so usadas como fase estacionria. Analitos menores podem se difundir nos poros e so retardados. Com o aumento do tamanho da molcula, torna-se menor qualquer interao com os poros, at que com um certo tamanho, as molculas so completamente excludas e praticamente eluem no volume morto. Este tipo de cromatografia muito utilizado na anlise de polmeros e bioanlise. Cromatografia de afinidade permite a separao de misturas de substncias pela seletividade ou por foras de interao especficas. Interaes altamente especficas podem ser observadas entre antgenos e anticorpos (princpio chave-fechadura), bem como entre enzimas e seus substratos particulares. Na prtica, enzimas ou anticorpos so quimicamente imobilizados na fase estacionria. Se houver um substrato ou antgeno correspondente na amostra, ento ocorre seu retardo com extrema seletividade. por isso que a cromatografia de bioafinidade indispensvel para o setor de anlise de princpios ativos (farmacologia). Cromatografia de troca inica (CI) juntamente com as cromatografias por excluso inica e de par inico esto descritas em detalhes na seo seguinte.

3.3. Princpios bsicos da cromatografia de ons (CI)

3.3.1. Terminologia e classificao em CL

Cromatografia de troca inica ou cromatografia de ons (CI) uma subdiviso da CLAE. De acordo com a IUPAC, a cromatografia de troca inica definida como segue [7,8]: Na cromatografia de troca inica, a separao baseada nas diferenas das afinidades de troca inica dos analitos individuais. Se ons inorgnicos so separados e podem ser detectados por detectores de condutividade ou por deteco por ultravioleta (UV) indireta, ento, esta tambm chamada de cromatografia de ons. Por vrias razes, esta definio uma escolha infeliz. A tcnica de deteco deveria ser considerada separadamente do mecanismo de separao existente. Alm disso, uma limitao do termo cromatografia de ons para ons inorgnicos difcil de ser entendida, visto que na prtica, tanto os ons orgnicos como os inorgnicos podem ser separados e identificados simultaneamente em qualquer sistema. Uma definio antiga e mais geral mais adequada para definir a cromatografia de ons [20]:


Cromatografia de ons inclui qualquer separao cromatogrfica lquida rpida de ons em colunas acopladas on-line com deteco e quantificao em um detector em fluxo.

Esta definio caracteriza a cromatografia de ons independente do mecanismo de separao e do mtodo de deteco, ao mesmo tempo em que a distingue da troca inica clssica. Os seguintes princpios de separao aplicam-se na cromatografia de ons:

x troca inica x formao de par inico x excluso inica

Os mtodos cromatogrficos so definidos pelo principal mecanismo de separao utilizado. Hoje, a cromatografia de troca inica simplesmente conhecida como cromatografia de ons (CI), enquanto a cromatografia de par inico e a cromatografia por excluso inica so consideradas como sendo aplicaes mais especficas.

3.3.2. Troca inica

A cromatografia de troca inica (CI) baseada em uma reao qumica estequiomtrica entre os ons de uma soluo e uma substncia slida contendo os grupos funcionais, que podem fixar ons como resultado de foras eletrostticas. No caso mais simples em cromatografia de ctions, so grupos de cido sulfnico; em cromatografia de nions, so grupos de amnio quaternrio. Teoricamente, ons com mesma carga podem ser completa e reversivelmente trocados entre as duas fases. O processo de troca inica leva a uma condio de equilbrio. O lado em que ocorre o equilbrio depende da afinidade dos ons participantes em relao aos grupos funcionais da fase estacionria. A Figura 6 um diagrama esquemtico mostrando os processos de troca para ctions e nions. Os ons do analito so chamados A, os ons do eluente competindo com eles para a troca so marcados com E.

Fase Mvel

Fase EstacionriaTroca Aninica

A: ons do analito E: ons do eluente

Troca Catinica

Vazo

Figura 6 Diagrama esquemtico mostrando o processo de troca inica em cromatografia de ons. Esquerda: troca catinica. Direita: troca aninica.

Aspectos termodinmicos do processo de troca inica

Trocadores de ons normalmente consistem de fases slidas em cuja superfcie so fixados os grupos inicos. Por causa da condio de eletroneutralidade, h sempre um contra-on de carga oposta nas proximidades do grupo funcional. O contra-on geralmente se origina da fase mvel e , portanto, tambm conhecido como on do eluente. Se uma amostra for adicionada contendo dois ons A- e B-, ento estes brevemente substituem os ons do eluente E- e so retidos na carga fixa antes que sejam de volta trocados pelo on do eluente. Para a cromatografia de nions isto resulta nos seguintes equilbrios reversveis:

resina - N+R3 E + A resina - N+R3 A + E (15)

resina - N+R3 E + B resina - N+R3 B + E (16) As diferentes afinidades de A- e B- para com os grupos funcionais significam que a separao possvel. A constante de equilbrio K tambm conhecida como o coeficiente de seletividade e calculada, como se segue, para o nion A-:

(17)


Pode-se assumir que a concentrao dos ons do eluente normalmente maior do que a dos ons do analito por vrias potncias de dez, ento [E-] pode ser considerada como sendo uma constante nas fases estacionria e mvel. Isto significa que o coeficiente de distribuio DA (Equao 1) e o fator de reteno KA (Equao 4) podem ser calculados. Estritamente falando, tais clculos apenas so permissveis se as concentraes na Equao 17 corresponderem s atividades; entretanto, este s o caso para uma diluio infinita [19]. A princpio, as atividades dos ons na fase estacionria so inacessveis [4]. Para os trocadores de ons de baixa capacidade mais freqentemente usados, os quais s podem ser usados como fase mvel com eletrlitos bastante diludos, as atividades so simplesmente desconsideradas. Tais estimativas to grosseiras no so mais vlidas para materiais de empacotamento de alta capacidade (>200 mmol/g) e eluentes concentrados; isto mostra variaes claras do comportamento ideal.

3.3.3. Formao de par inico

Com o auxlio da cromatografia de par inico possvel separar os mesmos analitos da mesma forma que na cromatografia por excluso inica, mas o mecanismo de separao completamente diferente. As fases estacionrias usadas so materiais de fase reversa como as que so usadas na cromatografia de distribuio. O chamado reagente de par inico adicionado aos eluentes e este consiste de surfactantes catinicos ou aninicos, tais como sais de tetraalquilamnio ou cidos n-alquilsulfnicos. Juntamente com os ons do analito de carga oposta, os reagentes do par inico formam um par de ons no carregado, o qual pode ser retardado na fase estacionria por interaes hidrofbicas. A separao possvel devido s constantes de formao dos pares inicos e seus diferentes graus de adsoro. A Figura 7 mostra um modelo simplificado de troca inica esttica, no qual assumido que interaes com os analitos s ocorrem aps a adsoro do reagente do par inico na fase estacionria.

Figura 7 Diagrama esquemtico mostrando o modelo de troca inica esttica em cromatografia de par inico. O princpio de separao aplica-se tanto para nions como para ctions.

3.3.4. Excluso de ons

A cromatografia por excluso de ons principalmente usada para a separao de cidos ou bases fracas [2,4]. Sua maior importncia a determinao de cidos fracos, tais como cidos carboxlicos, carboidratos, fenis ou aminocidos. A Figura 8 mostra o princpio de separao, usando um cido carboxlico RCOOH como exemplo.

Figura 8 Excluso de Donnan como o princpio de separao em cromatografia por excluso de ons.

Reagente do par inico

on do Eluente

Fase Mvel

on do Analito

Fase Estacionria

Vazo

Membrana de Donnan

Fase Mvel

R COOH (Analito)

H+ Cl- (Eluente)

Fluxo

Fase Estacionria


Na cromatografia por excluso inica, um trocador de ctions completamente sulfonado, cujos grupos de cidos sulfnicos so eletricamente neutralizados com prtons como contra-ons, freqentemente usado como material de empacotamento. Em eluentes aquosos, os grupos funcionais so hidratados. A camada de hidrato limitada por uma membrana (imaginria) carregada negativamente (membrana de Donnan). Ela s atravessada por molculas no-dissociadas e no carregadas como a gua. cidos carboxlicos orgnicos podem ser separados se cidos minerais fortes, por exemplo, o cido sulfrico, forem usados como fase mvel. Devido s constantes baixas de cido (valores pKA) dos cidos carboxlicos, eles esto presentes em forma completamente no-dissociada em eluentes fortemente cidos. Eles podem passar atravs da membrana de Donnan e serem adsorvidos na fase estacionria, enquanto os ons sulfato do cido sulfrico completamente dissociado so excludos. A Figura 9 mostra a dependncia tpica do volume de eluio de um cido em seu valor pKA para separao por excluso de ons. Adsoro sobreposta (cidos carboxlicos de cadeia longa, H2S) e os limites da faixa de trabalho prtico podem ser claramente reconhecidos. Em ltima instncia, cidos carboxlicos so separados por causa de seus diferentes valores de pKA.

Volume de Eluio

For

a do

ci

do /

pKA

Figura 9 Dependncia do volume de eluio sobre o valor pKA particular de cidos em cromatografia por excluso de ons.

3.4. Modelos de reteno em cromatografia de ons Em uma situao ideal, a reteno de um analito em cromatografia de ons s poderia ser determinada por sua afinidade aos grupos funcionais do trocador de ons. Esta afinidade pode ser descrita pela formulao de uma reao qumica, a reao de troca inica, e pode ser explicada pelo uso da lei da ao das massas. Os modelos de reteno descritos abaixo tentam predizer sobre o comportamento de reteno dos analitos participantes sob condies cromatogrficas particulares, baseadas na lei da ao das massas. Se os modelos resultantes so aptos a explicar observaes macroscpicas, ento, com sua ajuda possvel, por exemplo, otimizar um sistema de eluio para um problema de separao particular.

3.4.1. Modelos de reteno em cromatografia de nions

As seguintes observaes envolvem, inicialmente, apenas a eluio por deslocamento isotnico como o mais simples mecanismo de eluio em cromatografia de ons. O exemplo real refere-se cromatografia de nions, mas as mesmas consideraes aplicam-se similarmente cromatografia de ctions. S quando agentes complexantes so adicionados aos eluentes, necessrio estender o modelo de reteno; isto descrito na seo Modelo de reteno para eluio em presena de agentes complexantes (captulo 3.4.2.). Modelo de reteno para eluentes com um nion

Se a eletroneutralidade for assumida, ento o mais simples enfoque para um modelo de reteno para deslocamento isotnico aquele em que um nico on eluente Ey compete com um nion de


analito Ax em relao aos grupos funcionais da fase estacionria [4]. A concentrao dos nions do eluente Ey permanece constante com o tempo (eluio isocrtica). Os stios de troca em uma coluna de separao com uma capacidade Q so ocupados por nions do eluente Ey no incio do processo cromatogrfico. Se uma amostra contendo o on do analito Ax for adicionada, ento o seguinte equilbrio se estabelece entre a fase estacionria (ndice S) e a fase mvel (ndice M):

y AMx + x ESy y ASx + x EMy (18) De acordo com a lei da ao das massas, este equilbrio pode ser descrito por uma constante de equilbrio termodinmico. Se as atividades dos ons participantes foram consideradas, ento a seguinte constante de equilbrio termodinmico obtida:

x

EyA

x

EyA

xyS

yxM

xyM

yxS

EA,yS

xM

yM

xS

][E][A][E][AK

(19)

Visto que as atividades dos ons participantes no podem ser determinadas nas fases estacionria e mvel, a atividade na fase estacionria ignorada e assumida como 1. Se para o nion do analito Ax duas quantidades, o coeficiente de distribuio DA e o fator de reteno KA, so agora introduzidas (captulo 3.2.1.),

M

SA [A]

[A]D com M

SAA V

VDk' (20)

ento, incluindo estas quantidades e desprezando as atividades, a Equao 19 pode ser convertida para:

x

yS

yM

y

S

MAEA, ][E

][EVVk'K

(21)

Como a concentrao dos ons do eluente E normalmente maior do que a dos nions do analito Ax por vrias potncias de dez, uma boa estimativa pode ser obtida assumindo-se que todos os grupos funcionais so ocupados por Ey. Sob esta hiptese, a concentrao no-determinvel de Ey na fase estacionria pode ser substituda pelos parmetros mais facilmente acessveis de capacidade de troca Q e carga do nion do eluente y:

yQ][EyS (22)

Isto significa que a Equao 21 pode ser convertida para:

xyM

xy

S

M'AEA, ][Ey

QVVkK

(23)

O fator de reteno KA do nion do analito Ax pode facilmente ser obtido de um cromatograma. A Equao 23 , portanto, resolvida para esta quantidade.

yx

yM

yx

y1

EA,M

S'A ][Ey

Q)(KVVk

(24)

Esta equao de suma importncia para cromatografia de nions, uma vez que ela fornece uma relao quantitativa entre o fator de reteno KA e vrios parmetros, experimentalmente acessveis tais como a concentrao do eluente e a capacidade de troca. Na prtica, uma verso logartmica da Equao 24 usada por razes de clareza.

][Elogyxlog

yQlog

yxKlog

y1k'log yMEA,A ) para

M

S

VV

) (25)

Da Equao 25 pode ser visto que: x Aumentando a concentrao do eluente [Ey], a eluio se acelera,

o maiores fatores de reteno resultam de maiores constantes de equilbrio KA,E, maior capacidade de troca Q e maior proporo fase-volume ).

x Analitos multivalentes Anx so retardados mais fortemente do que monovalentes Ax,


o pelo menos enquanto a concentrao do eluente [Ey] for relativamente baixa. Isto tambm conhecido como eletro-seletividade.

x Eluentes multivalentes Eny tm uma capacidade de eluio maior do que monovalentes Ey,o a eluio de analitos multivalentes Anx mais fortemente influenciada por

concentraes elevadas de ons eluentes monovalentes Ey do que daquela de analitos monovalentes Ax.

Como uma primeira aproximao, pode-se assumir que coeficientes de seletividade so independentes de Q quando ) constante; isto resulta na seguinte proporcionalidade:

(26)

Da Equao 26 pode ser visto que se a capacidade de troca Q for aumentada, ento a concentrao do eluente [Ey] deve ser aumentada proporcionalmente a fim de se obter fatores de reteno constantes. por isso que fases de separao de baixa capacidade so, normalmente, usadas em cromatografia de ons, uma vez que altas concentraes de eletrlitos tornariam o uso do mais importante mtodo de deteco em cromatografia de ons, deteco por condutividade, praticamente impossvel.A fim de otimizar os problemas de separao, a concentrao do eluente [Ey] freqentemente variada. Se todos os outros parmetros presentes na Equao 25 permanecerem constantes, ento isto pode ser simplificado para:

][ElogyxCk'log yM1A (27)

Uma apresentao grfica da Equao 27 origina uma linha reta com uma inclinao m = x/y e uma interseo no eixo C1, que contm as quantidades Q, ) e KA,E. Se um eluente aninico monovalente for usado, ento m tambm conhecido como a carga efetiva. A Figura 10 mostra o resultado da Equao 27 para vrias combinaes de nions do analito e de eluente diferentemente carregados.

Figura 10 Apresentao grfica da Equao 27 para vrias combinaes de nions do analito e de eluentes diferentemente carregados [4].

A Equao 27 tem sido confirmada por numerosas publicaes; entretanto, sob a hiptese de que materiais de separao de baixa capacidade e eluentes diludos tm sido usados. Se a capacidade de troca Q variar enquanto os outros parmetros permanecerem constantes, ento a Equao 25 pode ser simplificada para:

yQlog

yxCk'log A (28)

A representao grfica desta equao similar Figura 10, mas com uma inclinao positiva. Investigaes cromatogrficas sobre a variao de Q foram realizadas em apenas uma ocasio, at hoje, para a separao de ctions bivalentes. Isto tem mostrado que, em contraste s hipteses prvias, o fator de reteno e os coeficientes de seletividade no podem ser considerados como sendo independentes da capacidade de troca. Para a otimizao dos problemas de separao, est claro que alm da concentrao do eluente [Ey], a capacidade de troca Q tambm uma quantidade importante.


As consideraes acima s se aplicam para um nion analito. Se dois nions diferentes Ax e Bzesto competindo por grupos funcionais, ento o seguinte se aplica para os coeficientes de seletividade KA,B:

xzS

zxM

xzM

zxS

BA, ][A][A][B][AK

(29)

Considerando-se a Equao 20, a seletividade D primeiramente obtida

][B][A][B][A

k'k'

zS

xM

zM

xS

B

ABA,

(30)

e depois, converte-se nas Equaes 31 a e b,

S

MBBA,A.B V

Vk'logz

zxKlogz

1log (31a)

S

MABA,A.B V

Vk'logz

zxKlogx

1log (31b)

as quais podem ser simplificadas para analitos com mesma carga (x = z):

BA,BA, Klogz

1log (32) ou A,BA,B Klogx

1log (33)

Para a seletividade entre dois nions analitos similarmente carregados, isto significa que: x apenas uma funo dos coeficientes de seletividade KA,B e das cargas z e x, x com KA,B constante, a seletividade no depende da concentrao [Ey] nem da constituio

qumica do nion eluente Se A e B tm cargas diferentes, ento:

x DA,B depende do fator de reteno de um dos dois analitos, x os dois fatores de reteno KA e KB no so independentes um do outro

Nas Equaes 31 a 33, particularmente interessante que as seletividades de dois nions, inicialmente, no dependem da constituio qumica nem da carga do nion eluente, fazendo com que a proporo fase-volume e o coeficiente de seletividade sejam constantes. Entretanto, na prtica, uma alterao em DA,B pode ser alcanada pela variao de [Ey], uma vez que dois analitos com a mesma carga podem ter, todavia, propriedades qumicas diferentes, por exemplo, polarizabilidade e hidratao; isto pode resultar em diferentes afinidades para com a fase estacionria. Entretanto, estas interaes no so consideradas na derivatizao clssica.

Modelos de reteno para eluentes com vrios nions

As observaes prvias referem-se aos sistemas de eluio com apenas um nion eluente. Na prtica, geralmente esto presentes vrias espcies eluentes, por exemplo, em tampes carbonato/hidrogenocarbonato ou em cidos poliprticos tais como cido fosfrico, cuja dissociao e, conseqentemente a distribuio de espcies, dependem fortemente do pH. Mesmo em casos simples, nos quais nenhum dos nions eluentes participantes est envolvido no equilbrio cido-base, a relao entre o fator de reteno K e a concentrao do eluente [E] no pode ser representada na forma de uma simples relao log-log, de acordo com a Equao 28. Isto s seria possvel se a concentrao ou o poder de eluio dos outros nions eluentes fossem ignorados; isto ento corresponderia ao modelo de reteno para eluentes monovalentes. Na literatura, vrios modelos sobre eluentes polivalentes so descritos; estes esto brevemente discutidos abaixo:

x modelo do equilbrio dominante [21] x modelo da carga efetiva [22-24] x modelo do eluente de mltiplas espcies [25, 26]


Se um eluente baseado em fosfato com H2PO4, HPO42 e PO43, (ou H2P, HP2 e P3) e o on analisado monovalente A forem considerados, ento os seguintes equilbrios so formados:

S2M PHA M2S PHA ; x1 (34) 2S2

1M HPA

2M21

S HPA ; x2 (35) 3S3

1M PA 3M31S PA ; x3 (36)

Aqui, as quantidades x1.3 correspondem s contribuies de uma dada reao na reteno, por isso que: x1 + x2 + x3 = 1 (37) Ambos os modelos, do equilbrio dominante e da carga efetiva, postulam uma carga particular para o nion eluente, mesmo que vrias espcies estejam presentes; isto significa que o modelo de reteno para eluentes aninicos monovalentes (vide acima) pode ser usado. O modelo do equilbrio dominante assume que o equilbrio na Equao 36 est completamente do lado direito, uma vez que P3 est ligado muito mais fortemente fase estacionria do que H2P eHP2, como um resultado de sua maior carga. Isto significa que P3 sozinho decisivo para a eluio sendo que a carga do nion eluente 3. Entretanto, na prtica este modelo s alcana uma boa concordncia com analitos multivalentes [4]. No modelo da carga efetiva, uma carga efetiva calculada, levando-se em considerao o valor do pH, a partir das fraes molares das espcies possveis H2P, HP2 e P3 [22]. Utilizando-se estes juntamente com as concentraes das espcies eluentes, uma relao anloga Equao 27 pode ser obtida. Entretanto, um pr-requisito para este tipo de clculo que as seletividades das espcies eluentes no sejam muito diferentes em relao s dos ons analitos A. O modelo de carga efetiva principalmente adequado para uso com analitos monovalentes [4]. Na realidade, o modelo do eluente de mltiplas espcies o mais adequado para a descrio de eluentes cujos componentes so quimicamente derivados uns dos outros. As observaes seguintes so baseadas no modelo de Mongay [27], que um desenvolvimento posterior do trabalho de Jenke e Pagenkopf [25]. As Equaes 34 a 36 podem ser usadas para expressar o equilbrio global na coluna de separao (Equao 38). Considerando-se a Equao 37, as constantes de equilbrio KA,P podem ser definidas para o processo de troca se as atividades forem ignoradas (Equao 39).

(38)

][HP][HP]P[H][A][HP][HP]P[H][AK /3X3

S/2X2

S/1X

S2M

/3X3M

/2X2M

/1XM2S

PA, 321

321

(39)

O posterior tratamento matemtico realizado voltado para a derivao do modelo de reteno para eluentes aninicos monovalentes. O que se segue deve ser considerado:

x a (possvel) dissociao do nion analito Ax a concentrao total das espcies eluentes: CP= [H3P] + [H2P] + [HP2] + [P3]x a extenso das interaes entre as espcies do eluente e os grupos funcionais

A introduo dos fatores de reteno kA (Equao 20) e a capacidade Q (Equao 22) supre, aps posterior converso matemtica, uma expresso complicada para kA [28]; a qual dada aqui apenas em sua forma logartmica e, posteriormente, simplificada:

P321

3A clog3x

2x

1xCk'log

(40)

C3 uma constante que, similarmente Equao 27, contm quantidades tais como a proporo fase-volume, a capacidade e a constante de equilbrio; CP a soma das concentraes das espcies do eluente. Da Equao 40, pode-se deduzir que inclinaes das linhas retas em um grfico bilogartmico devem ser sempre menores do que aquelas obtidas com o modelo de reteno simples para eluentes aninicos monovalentes (Equao 27), uma vez que o total entre parnteses sempre


menor que um. Est claro tambm que o valor do pH tem uma influncia decisiva na extenso para a qual a relao log-log influenciada. Para as espcies do eluente que no so quimicamente derivadas umas das outras, Jano (et al.) desenvolvou um modelo para descrever eluentes contendo tampo fosfato e perclorato adicionalmente [29]. Este modelo foi derivado de acordo com consideraes similares s descritas acima, porm, um equilbrio de troca deve ser considerado para um posterior on eluente monovalente. Os clculos fornecem expresses muito complicadas para o fator de reteno; eles podem ser dramaticamente simplificados para eluentes cidos ou neutros. Se, apenas uma adicional espcie monovalente do eluente estiver presente, alm do perclorato, ento a Equao 41 obtida onde x e y representam as contribuies das reaes de equilbrio correspondentes (x: tampo fosfato, y: perclorato) reteno. Assim como em outros modelos, C uma constante, enquanto o fator a, to precisamente definido, deve mostrar o quanto mais fortemente o on perclorato est ligado fase estacionria do que as espcies de fosfato envolvidas.

(41)

Como na Equao 41, os termos entre parnteses so sempre menores que um, a inclinao da plotagem log-log sempre menor do que seria esperado do modelo de reteno simples. Em aplicaes reais, o modelo fornece boa concordncia com os dados experimentais. Entretanto, a forma descrita acima no pode ser usada para sistemas alcalinos de eluio.

3.4.2. Modelos de reteno em cromatografia de ctions

A cromatografia de ctions deve ser dividida em dois grupos de modelos de reteno. Um grupo est relacionado com ctions metais alcalinos e alcalino-terrosos como analitos e s requerem um sistema de eluio baseado em deslocamento isotnico. Neste caso, a fase estacionria tem grupos cido-carboxlicos como grupos funcionais. Na separao de ons metlicos com duas ou mais cargas, o uso de um agente complexante essencial; sua influncia na reteno descrita abaixo. Modelo de reteno para eluentes com um ction

As explicaes dadas na seo Modelo de reteno para eluentes com um nion aplicam-se de forma anloga para cromatografia de ctions com eluio por deslocamento isotnico. Na prtica, isto relevante para a determinao de metais alcalinos e alcalino-terrosos, amnio e aminas de cadeia curta. Alm de H+, ctions orgnicos tais como o cido 2,3-diaminopropinico (DAP), so usados como ctions eluentes em combinao com cido clordrico diludo. Dependendo do pH do eluente, DAP est presente nas formas inicas (1) e (2) (Figura 11). Aps supresso, a forma zwitterinica (3) obtida, a qual no tem condutividade prpria.

Figura 11 Espcies inicas do cido diaminopropinico.

Modelo de reteno para eluio na presena de agentes complexantes

Em cromatografia de ctions, eluentes contendo um agente complexante alm do ction eluente En+so usados para separao de ons de metais pesados, alcalino-terrosos e de transio. Os agentes complexantes usados so principalmente os cidos dicarboxlicos H2L tais como os cidos tartrico, oxlico, ctrico e tambm o piridinodicarboxlico. Os analitos formam complexos de diferentes estabilidades com os nions dos agentes complexantes HL e L2; suas estequiometrias tambm podem diferir. Como resultado do processo de complexao, a carga efetiva, ou seja, a carga do analito presente sob um perodo de tempo mdio reduzida. Isto ocorre de acordo com a cintica da formao do complexo e as constantes de estabilidade dos complexos, as diferenas na seletividade aumentam e a separao torna-se possvel, mesmo sendo de analitos similares. Alm da troca inica, a formao de complexo decisiva para a separao de ons metlicos com altas cargas.


(42)

(43)

(44) Levando-se em considerao a influncia do agente complexante na separao por cromatografia de ons, o modelo de reteno para deslocamento isotnico (vide seo Modelo de reteno para eluentes com um nion, captulo 3.4.1.) ampliado. O valor DM introduzido como quantidade influente que descreve o grau de formao de complexo do analito. A frao DM dos ons analitos livres na fase mvel dada como:

> @> @ > @ > @ > @

> @> @Me'Me

MeLMeLMeHLMeMe

x

4x2

2x1xx

x

M

(45)

sendo [Me] a concentrao total dos ons metlicos. O valor DM pode ser calculado a partir das constantes de formao de complexos, da constante de dissociao dos cidos carboxlicos e do pH do eluente. Considerando-se a formao de complexos, a seguinte equao obtida para o coeficiente de distribuio DMe:

> @> @

> @> @ x

xM

xMe Me

MeR

Me'MeRD (46)

Assumindo-se que apenas os ons analitos livres Mex+ interagem com o cido carboxlico ou com os grupos de cido sulfnico e que c(Ez+) >> c(H+), ento, obtm-se o seguinte para a Equao 23:

> @xx

y

y

M

MeEMe, Ey

Q

k'K (47)

De maneira similar Equao 25, a forma logartmica da Equao 47 obtida como:

][Elogyxlog

yQlog

yxKlog

y1logk'log yMEMe,MMe

) (48)

Se vrias espcies metlicas catinicas estiverem juntas, isto , Mex+ e MeHL(x1)+ , ento normalmente um nico pico obtido no cromatograma para os analitos envolvidos. O nmero de picos obtidos depende da cintica dos equilbrios de complexao e de descomplexao na fase mvel. Apenas um pico obtido se os equilbrios dos complexos so alcanados mais rapidamente na fase mvel em comparao ao tempo de residncia do complexo na fase estacionria. Por outro lado, se o processo de complexao ocorre lentamente, ento, picos assimtricos ou mltiplos podem surgir. Assumindo-se que todas as espcies metlicas presentes na fase mvel podem interagir com a fase estacionria, ento, obtm-se o seguinte para o fator de capacidade kexp do analito, experimentalmente determinado:

(49)

Considerao da dependncia do fator de capacidade sobre as quantidades influentes Q, [Ey+], bem como DM requer que a relao apresentada na Equao 48 seja usada como base, uma vez que analitos bivalentes formam, principalmente, complexos aninicos ou neutros com fortes agentes complexantes. Clculos dos valores DMDe acordo com a Equao 45, o valor DM definido como a razo entre a concentrao dos ons metlicos livres e a concentrao total dos ons metlicos. As concentraes das espcies metlicas presentes na fase mvel podem ser calculadas a partir das constantes de formao de complexos e constantes de dissociao dos cidos carboxlicos usados. Se for usado cido tartrico como agente complexante em eluentes, ento, complexos MeL 1:1 neutros sero, principalmente, formados com metais pesados, alcalino-terrosos e de transio


juntamente com uma quantidade menor do complexo hidrogenotartarato MeHL+. Para eluentes contendo cido tartrico, o seguinte obtido para o clculo do valor DM:

> @> @ > @ > @ LHLMeHLLLMeL2

2

M cKcK11

MeHLMeLMeMe

(50)

onde cL a concentrao total de cido tartrico e DHL e DL so as fraes molares dos nions cidos HL e L2.Alm dos complexos 1:1, alguns ons metlicos tambm formam complexos estveis MeL22 com cido oxlico e/ou cido piridinodicarboxlico, sendo que DM pode ser calculado como segue:

> @> @ > @ > @ 2L2LMeLMeLLLMeL222

2

McKKcK1

1MeLMeLMe

Me2

(51)

Clculo da dissociao de cidos

O pH e a concentrao do agente complexante na fase mvel determina a concentrao de ligante e, portanto, o quanto do analito est complexado. Um cido com dois prtons se dissocia em dois estgios:

(52)

(53)

com as constantes de cidos KS1 e KS2. As fraes molares DH2L, DHL e DL, usadas para calcular o valor DM, so obtidas das leis da ao das massas dos estgios individuais de desprotonao:

> @> @ > @ > @

> @> @ > @

211

2

SSS2

2

22

2LH

KKHKHH

LHLLHLH

(54)

> @> @ > @ > @

> @> @ > @

211

1

SSS2

S2

2HL

KKHKH

HKLHLLH

HL

(55)

> @> @ > @ > @ > @ > @

211

21

SSS2

SS2

2

2

LKKHKH

KKLHLLH

L

(56)


3.5. Sistemas de deteco em cromatografia de ons Diferentes mtodos so usados para a deteco de substncias em CLAE. A seleo do detector adequado deve sempre estar em concordncia com os problemas analticos a serem resolvidos. Os requisitos de um detector podem ser sumarizados como se segue:

x alta sensibilidade de medio e curto tempo de resposta; x sinal de medio proporcional concentrao do analito (faixa linear larga); x pequenas mudanas na linha de base; x baixo rudo de fundo (background);x o menor volume possvel para reduzir o alargamento do pico.

Uma diferenciao geral feita entre detectores seletivos e no-seletivos. Enquanto um detector seletivo responde diretamente a uma propriedade do analito, detectores no-seletivos reagem a uma alterao de uma das propriedades fsicas do completo sistema de eluio causada pelo analito. Como os detectores usados em cromatografia de ons no diferem, a princpio, daqueles usados em CLAE convencional, os sistemas de deteco mais importantes sero, pelo menos, mencionados nesta seo. O detector universal e mais freqentemente usado em CI o detector de condutividade.

3.5.1. Mtodos de deteco eletroqumica

Deteco de condutividade

Deteco de condutividade, tambm conhecida como deteco condutomtrica, tem uma participao de mercado de aproximadamente 55% no setor de cromatografia de ons [4]. Se for considerado o nmero de cromatgrafos de ons vendidos, ento, esta participao provavelmente muito maior hoje em dia. Deteco de condutividade um princpio de deteco no-seletiva; assim, ambas as determinaes com deteco direta e indireta so possveis. Uma vez que eletrlitos aquosos so freqentemente usados como fase mvel em cromatografia de ons, o detector deve ser capaz de responder s mudanas relativamente pequenas na condutividade total do eluente causada pelos ons analisados. Pelo uso das chamadas tcnicas de supresso, a condutividade de fundo de alguns eluentes pode ser drasticamente reduzida; no caso de nions de cido forte, possvel melhorar consideravelmente a sensibilidade. A condutividade N determinada como a recproca da resistncia R que um lquido produz entre dois eletrodos com uma rea A em uma distncia L.

N = L / (A*R) (57)

A condutividade equivalente de uma soluo pode ser determinada como:

/ = N / c (58)

A condutividade limite /f e a variao da condutividade com a concentrao pode ser determinada pela Equao 59. As constantes A e B so constantes empricas das substncias.

/ = /f (A + B /f) c (59)

A condutividade de um eletrlito obtida pela adio das condutividades inicas /-

nion e /+

Cation

N = c (/-nion + /+

Cation) (60)


Distncia L

rea A

Figura 12 Construo de uma clula de condutividade.

De acordo com a lei de Kohlrausch, a condutividade de uma soluo diluda proporcional soma das condutividades de todos os ons multiplicada por suas concentraes,

1000i/ ciN (61)

onde N a condutividade em S cm1, a condutividade limitante em S cm2 (z mol)1 e c a concentrao em z mol L1 (z corresponde carga no on). O fator 1000 surge do fato de que 1 litro igual a 1000 cm3.A mudana na condutividade causada pelo analito proporcional sua concentrao no eluato,

1000

c SES

N (62)

onde S e E correspondem ao on analisado e on eluente, respectivamente. Sabemos que na deteco de condutividade a alterao (variao) desta medida, assim, na cromatografia de nions, eluentes com altas condutividades de fundo ocasionam pequenas alteraes na condutividade devido passagem do analito. Isto significa que vantajoso manter a condutividade de fundo o mais baixo possvel, conforme o exemplo abaixo:

Figura 13 Mudanas na condutividade do eluato durante a separao de uma mistura de mltiplas substncias por cromatografia de ons. Os cromatogramas mostram o desempenho de um eluente com condutividade alta (vermelho) e baixa (azul).

Em cromatografia de ons, a condutividade de um eluato pode ser determinada diretamente ou aps a passagem por um supressor. Estas verses so conhecidas como tcnicas de coluna simples e supressora. A melhor verso a ser adotada pode ser determinada realizando-se um clculo simples. Se a deteco por condutividade direta for usada em cromatografia de nions, ento, a sensibilidade NPico da medida depende da diferena das condutividades equivalentes entre os nions analisados e

Kanalito 1

Keluente 1 (baixo)

Keluente 2 (alto)

Con

dutiv

idad

e


eluentes; tendo o cloreto como analito e o carbonato como nion eluente, as seguintes equaes so obtidas:

NPico | cAnalito (/-

Cl /-

CO32) NPico | cAnalito (76 72)

NPico | cAnalito 4

Se o eluente estiver adaptado aos requisitos da deteco de condutividade direta, ento, a seguinte sensibilidade obtida pela substituio do eluente carbonato pelo eluente ftalato:

NPico | cAnalito (/-

Cl /-

Ftalato) NPico | cAnalito (76 38)

NPico | cAnalito 38

Se, por outro lado, a condutividade do eluente for quimicamente suprimida (troca dos ctions eluentes por H+), a sensibilidade depender da soma das condutividades equivalentes do nion analisado e do on H+; o seguinte ento se aplica para Cl como nion analisado:

NPico | cAnalito(/-

Cl + /+

H+) NPico | cAnalito (76 + 350)

NPico | cAnalito 426

A partir deste clculo estimado pode ser observado que, para nions, a deteco por condutividade direta menos sensvel por um fator de 10 em relao deteco por condutividade aps supresso qumica.Similarmente, o seguinte clculo simples pode ser feito para cromatografia de ctions, com Na+ como o ction analisado e H+ como o ction eluente. No caso de deteco de condutividade direta (NaCl/HCl) as seguintes equaes so obtidas para a sensibilidade NPico da medida:

NPico | cAnalito (/+

Na+ /+

H+) NPico | cAnalito (50 350)

NPico | cAnalito (300) Se, por outro lado, a condutividade do eluente for suprimida quimicamente (troca dos nions eluentes Cl por OH), o seguinte se aplica:

NPico | cAnalito (/+

Na+ + /-

OH) NPico | cAnalito (50 + 198)

NPico | cAnalito 248

Isto significa que a sensibilidade melhor para a deteco por condutividade direta do que para deteco por condutividade aps supresso qumica.


Tabela 2 Condutividade equivalente /f de vrios ons

Ctions (S cm2 eq1) nions (S cm2 eq1)

H+ 350 OH 198Li+ 39 F 54Na+ 50 Cl 76K+ 74 Br 78NH4+ 73 I 77 Mg2+ 53 NO2 72 Ca2+ 60 NO3 71 Sr2+ 59 HCO3 45 Ba2+ 64 CO32 72 Zn2+ 52 H2PO4 33 Hg2+ 53 HPO42 57 Cu2+ 55 1/3 PO43 69 Pb2+ 71 SO42 80 Co2+ 53 CN 821/3 Fe3+ 70 SCN 66N(Et)4+ 33 Acetato 41

Ftalato 38Propionato 36Benzoato 32Salicilato 30 Oxalato 74

Os supressores qumicos para cromatografia de ons podem ser classificados quanto a sua composio: com resina catinica (trabalho descontnuo), ou com membrana permeavel a ctions (trabalho contnuo). O supressor tipo packed-bed na verso revolver usada pela Metrohm (Figura 14) possui trs unidades supressoras idnticas; enquanto uma unidade age como supressora a segunda regenerada e a terceira lavada com gua. Aps a realizao de uma anlise o revolver girado por 120o e o canal, recentemente lavado, usado como supressor. Isto possibilita um trabalho praticamente contnuo.

Descarte Detector Descarte

gua Eluato

Figura 14 Construo esquemtica de um supressor qumico tipo packed-bed para trabalho praticamente contnuo.

A membrana supressora mostrada na Figura 15 permite trabalho contnuo, porm, como resultado do uso de membranas trocadoras de ons, est suscetvel ocupao (processos de adsoro) da


superfcie da membrana; isto reduz a capacidade de supresso e finalmente faz com que o supressor pare de funcionar.

Figura 15 Construo esquemtica de uma membrana supressora de trabalho contnuo.

Deteco amperomtrica

Em princpio, detectores voltamtricos podem ser usados para todos os compostos com grupos funcionais que possam ser reduzidos ou oxidados. O detector amperomtrico a verso mais importante. Neste detector, um determinado potencial aplicado entre um eletrodo de trabalho e um eletrodo de referncia. Se um analito eletroquimicamente ativo, cujo potencial de meia-onda tal que o potencial aplicado causa sua reduo ou oxidao, passar entre os eletrodos ento a corrente fluir e esta representar o sinal de medida. A amperometria muito sensvel; sua taxa de converso de aproximadamente 10%. Com exceo de uns poucos ctions (Fe3+, Co2+), so principalmente os nions tais como nitrito, nitrato, tiossulfato bem como haletos e pseudohaletos que podem ser determinados em anlise de ons. As aplicaes mais importantes consistem, entretanto, na anlise de acares por cromatografia de nions e em anlises clnicas. Devido ao seu princpio de trabalho diferente, o detector coulomtrico prov um resultado quantitativo sem, entretanto, haver qualquer aumento da sensibilidade.

Deteco potenciomtrica

Na deteco potenciomtrica, eletrodos on-seletivos so usados, alguns dos quais tm uma alta seletividade. Apesar de sua necessidade de alto grau de miniaturizao, os sensores devem funcionar com segurana; isto ainda causa problemas na prtica. por isso que at agora, a deteco potenciomtrica, em cromatografia de ons, est limitada a poucas aplicaes especiais.

3.5.2. Mtodos espectroscpicos de deteco

Deteco fotomtrica

Devido sua rea de aplicao extremamente ampla, a deteco fotomtrica ou UV/VIS o mais importante mtodo de deteco usado em CLAE, j que praticamente todas as molculas orgnicas possuem grupos cromforos, os quais so capazes de absorver na regio do visvel ou do ultravioleta do espectro. Um requisito que o eluente usado no absorva nos comprimentos de onda usados. Com deteco direta na absoro mxima de um analito, a deteco UV/VIS praticamente seletiva. Substncias que possuem apenas uma absoro limitada ou que no possuem absoro em uma determinada faixa de comprimento de onda podem ser determinadas indiretamente, medindo-se a absoro mxima do sistema de eluio. Na rea de anlise de ons inorgnicos, a deteco UV/VIS tem um papel menor. nions comuns tais como nitrato, brometo e iodeto absorvem radiao UV, porm outros analitos importantes tais como fluoreto, sulfato ou fosfato s podem ser medidos indiretamente [4]. Muitos ctions no absorvem, mas, particularmente metais de transio e multivalentes podem ser convertidos em uma derivatizao ps-coluna, com formadores de quelatos tais como 4-(2-piridilazo)-resorcinol (PAR) ou Tiron, para formar complexos coloridos. Analitos redox-ativos tais como bromato e outros ons oxi-haletos podem ser analisados por deteco UV/VIS aps sofrerem uma reao ps-coluna com um indicador eletroquimicamente ativo.


Deteco por fluorescncia

Deteco por fluorescncia muito sensvel, desde que os analitos possam ser estimulados a fluorescer; principalmente o caso de compostos orgnicos com sistemas de eltrons-S conjugados. Isto significa que aplicaes tpicas so encontradas nas reas de anlises clnicas e orgnicas. Conectada cromatografia de ons, a deteco por fluorescncia usada em poucos casos especiais, visto que apenas determinados ons tais como Ce3+ esto diretamente acessveis e ons no fluorescentes s podem ser detectados aps derivatizao. extremamente difcil desenvolver sistemas de eluio para este mtodo de deteco devido sua grande susceptibilidade s interferncias por contaminantes. Alm disso, a taxa linear do mtodo relativamente pequena (freqentemente menor que 100 vezes) devido aos seus efeitos de absoro. Tcnicas de acoplamento

As chamadas tcnicas de acoplamento representam a estreita ligao, ou link-up de um sistema cromatogrfico com um mtodo analtico independente, geralmente a espectrometria [3]. Recentemente, estes mtodos tm adquirido uma importncia crescente. Embora o acoplamento de uma cromatografia gasosa com um espectrmetro de massa (GC-MS, em Ingls) esteja bem estabelecido, o acoplamento da CLAE com mtodos espectromtricos gera alguns problemas tcnicos. Na CLAE clssica, ou seja, a anlise de compostos orgnicos, acoplamentos com um espectrmetro de massa, espectrmetro de infravermelho e espectrmetro de ressonncia magntica nuclear esto disponveis [3]. Em particular, poderosos detectores de espectrometria atmica so usados em cromatografia de ons. Como exemplo h espectrometria de massa e emisso atmica com plasma indutivamente acoplado e o resultado de sua sensibilidade e especificidade de cada elemento, este acoplamento proporciona excelentes resultados. por isso que, apesar do alto custo, tais sistemas so usados para especiao e em anlises de ultratraos de elementos. Refratometria

Refratometria diferencial um outro mtodo de deteco baseado em mtodo ptico. Este detector tambm chamado de detector RI (do Ingls Refractive Index = ndice de refrao). Ele no especfico, pois a unidade de medida a mudana (variao) no ndice de refrao do eluente puro causado pelo analito. Entretanto, a grande sensibilidade de temperatura deste parmetro significa que o mtodo muito susceptvel a interferncias. Assegurando-se que a temperatura seja absolutamente estvel, o mtodo tem uma faixa linear de trs potencias de dez. Uma vez que ons inorgnicos possuem um ndice de refrao extremamente baixo, eles s podem ser determinados indiretamente com o uso de eluentes aos quais foram adicionados compostos com alto ndice de refrao.

3.6. Fases estacionrias em cromatografia de ons A cromatografia de ons eficiente requer materiais de empacotamento, sendo estes feitos de partculas muito pequenas as mais esfricas possveis e que tenham uma taxa de distribuio reduzida do tamanho de partcula. Partculas com dimetros de 2 a 10 m so usadas. Alm disso, o material de empacotamento deve apresentar cinticas de troca inica o mais rpido possvel. Com exceo das partculas, isto tambm determina a eficincia dos trocadores de ons.

3.6.1. Viso geral das fases estacionrias comuns

Um grande nmero de materiais orgnicos e inorgnicos diferentes apropriado para o uso em cromatografia de ons. O que todos tm em comum que suas superfcies carregam grupos funcionais que podem trocar ons. As seguintes classes de substncias podem ser usadas [4]:

x Resinas de polmeros orgnicos modificadas; x Slica gel modificada; x Sais inorgnicos (por exemplo, polifosfatos); x Vidros; x Zelitas;x xidos metlicos (por exemplo, Al2O3);x Derivados de celulose.

Fora estes, os sistemas com uma constituio muito complexa so tambm possveis, tais como os trocadores de nions com grupos funcionais consistindo de ons metlicos alcalinos ligados a uma


fase estacionria por teres coroa. Na prtica, os representantes mais importantes so baseados em resinas de polmero orgnico modificadas e slica gel. A Figura 16 fornece uma viso geral dos materiais de separao usados na CI:

Figura 16. Fases estacionrias comumente usadas em cromatografia de ons [4].

Todas as fases estacionrias podem posteriormente ser diferenciadas de acordo com seu tipo de aplicao (cromatografia de nions ou de ctions) ou a estrutura do grupo funcional. Os materiais de empacotamento baseados em slica gel foram originalmente usados para cromatografia de ons. Embora tenham uma eficcia de separao muito boa e sejam mecanicamente muito estveis, sua estabilidade qumica no muito grande, tanto que podem somente ser usados em pH = 2 a 7. A partir dos anos 80, os trocadores de ons tornaram-se disponveis, os quais eram baseados em polmeros orgnicos e podiam ser usados em cromatografia de ons; estes eram manufaturados modificando-se as resinas adsorventes comercialmente disponveis. Hoje, os materiais de empacotamento usados so normalmente baseados nos copolmeros do poliestireno-divinilbenzeno (PS-DVB) ou polmeros metacrilato (MMA). Estes dois tipos bsicos de copolmero diferem principalmente em sua polaridade. Os copolmeros do PS-DVB so completamente no-polares e representam fases reversas enquanto os polmeros MMA so relativamente polares. Esta situao uma vantagem em CI visto que as fases de separao mais polares tm uma menor tendncia s interaes secundrias tais como a adsoro. A maior vantagem das resinas orgnicas polimricas sua grande estabilidade qumica em toda a escala de pH. Depois que problemas iniciais so superados, sua eficincia cromatogrfica similar quela da slica gel. Entretanto, as fases de MMA podem ter uma estabilidade mecnica limitada, isto poderia limitar o comprimento da coluna de separao usada ou da vazo mxima possvel do eluente.Na cromatografia de ons, dois tipos de fases estacionrias so usados hoje, os quais diferem no princpio; trocadores de ons de superfcie funcional e trocadores

cromatografia de ions-uma introdução

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