Cromatografia de Troca Ionica

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<p>CROMATOGRAFIA INICA</p> <p>http://www.ufpa.br/ccen/quimica/cromatografia_arquivos/page0002.htmA cromatografia de troca inica, que geralmente chamada de cromatografia inica, refere-se a mtodos modernos e eficientes de separao e determinao de ons com base em resinas trocadoras de ons. A cromatografia inica foi desenvolvida em meados dos anos 1970, quando foi mostrado que misturas de ction e nion podem ser facilmente resolvidas em colunas de HPLC com resinas trocadoras de ction e nions como fases estacionrias. Nesta poca, a deteco era feita por medidas de condutividade. Atualmente, outros detectores esto disponveis p/ a cromatografia inica. A cromatografia inica foi conseqncia de troca inica, desenvolvida durante o projeto Manhattan para a separao de ctions de terras raras de propriedades semelhantes entre si, com resinas trocadoras de ctions. Esse trabalho monumental, que forneceu a base terica das separaes de troca inica, aps a Segunda guerra Mundial, foi estendido para muitos outros tipos de materiais. Em ultima analise, levou aos mtodos automticos para separao e deteco de aminocidos e outras espcies inicas em misturas complexas. O desenvolvimento da tcnica moderna HPLC comeou no final dos anos 60 mas a sua aplicao na separao de espcies inicas foi retardada pela falta de um mtodo geral sensvel para deteco das espcies inicas eludas, como ctions alcalinos e alcalinos terrosos e nions haletos, acetatos e nitratos. Essa situao foi remediada em 1975, com o desenvolvimento de trabalhos na Dow Chemical Company de uma tcnica de supresso do eluente que tornou possvel a deteco condutomtrica dos ons eluidos.</p> <p>EQUILIBRIO DE TROCA INICA Os processos de troca inica esto baseados em equilbrios de troca entre ons em soluo e ons de mesmo sinal na superfcie de um slido essencialmente insolvel de alto peso molecular. Alguns trocadores de ons naturais, como argilas e zelitas, foram identificados e tm sido utilizados por dcadas. Resinas trocadoras sintticas foram produzidas em meados dos anos 1930 para amolecer gua, para deionizao de gua e para purificao de solues. Os stios ativos mais comuns para as resinas trocadoras de ctions so o grupo acido sulfnico SO3-H+ , um cido forte, e o grupo cido carboxlico COO-H+, um cido fraco. Trocadores aninico contm grupos amina tercirias N(CH3)3+OH- ou grupos de aminas primrias NH3+OH- . O primeiro uma base forte e o segundo, uma base fraca. Quando um trocador inico de cido sulfnico colocado em contato com um solvente aquoso contendo um ction Mx+, o equilbrio de troca estabelece pode ser descrito como onde RSO3-H+ representa um dos muitos grupos sulfnicos ligados a molculas polimricas grandes. Analogamente, um trocador que seja uma base forte interage com nion A-x como mostrado na reao. Como exemplo da aplicao da lei de ao das massas no equilbrio de troca inica, vamos considerar a reao entre um on com carga monopositiva com a resina de acido sulfnico mantida em uma coluna cromatogrfica. A partir da soluo neutra, a reteno inicial de ons no topo da coluna ocorre devido reao Neste caso, os smbolos (s) e (aq) enfatizam que o sistema contm um slido e uma fase aquosa. A eluio com soluo diluda desloca o equilbrio da eq.28-5 para a esquerda, fazendo com que parte dos ons B+ na fase estacionaria seja transferncia para a fase mvel. Esse ons movem-se ento coluna abaixo em uma srie de transferncias entre as fase estacionarias e mvel. A constante de equilbrio Ktr para a reao mostrada na eq. 28-5 toma a forma Neste caso. [(RSO3-)x Bx+ (s) ] e [RSO3-H+(s)] so concentraes( arigor, atividades) de B+ e H+ na fase slida. Rearranjando, temos: Durante a eluio, a concentrao aquosa de ons hidrognio muito maior do que a concentrao dos ons monopositivos na fase mvel. Alem disso, o trocador tem um numero enorme de stios de troca relativos aos ons B+ que esto sendo retidos. Assim, as concentraes totais de [H+]aq e de [RSO3-H+(s)] no so afetadas de modo significativo pelos deslocamentos no equilbrio. Portanto, quando [RSO3-H+(s)] &gt; &gt; [RSO3-B+(s)] e [H+aq ] &gt; &gt; [B+]aq, o lado direito da eq. essencialmente constante e podemos escrever: onde K a constante que corresponde constante de distribuio definida na eq.. todas as eq. Na tabela podem ser aplicada cromatografia de troca inica da mesma forma que aos demais tipos que j foram considerados. Observe que Ktr na eq. Representa a afinidade da resina pelo on B+ em relao a outro on(aqui, H+). Quando Ktr for grande, existir uma tendncia da fase em reter B+. Quando Ktr for pequena, tem-se o inverso. Por seleo de um on de referencia comum, como H+, as razes de distribuio para os diferentes ons com um mesmo tipo de resina podem ser comparadas experimentalmente. Esses experimentos revelam que ons polivalentes ficam presos muito mais fortemente do que espcies monocarregadas. Dentro de um dado grupo, entretanto, aparecem diferenas relacionadas com o tamanho do on hidratado e com outras propriedades.</p> <p>EMPACOTAMENTO DE TROCA INICA Historicamente, a cromatografia de troca inica foi feita em pequenos leitos porosos formados durante copolomerizao de emulso de estireno e divinilbenzeno. A presena de divinilbenzeno (usualmente = 8%) resulta em ligaes cruzadas que conferem estabilidade mecnica aos leitos. Para tornar o polmero ativo com relao aos ons, grupos funcionais cidos ou bsicos so quimicamente ligados sua estrutura. Os grupos mais comuns so cidos sulfnicos e aminas quaternrias. A figura 2 mostra a estrutura de uma resina cida forte. Observe que as ligaes cruzadas mantm juntas as molculas lineares de poliestireno. Os outros tipos de resinas tm estruturas similares, exceto pelo grupo funcional ativo. Partculas polimricas porosas no so inteiramente satisfatrias para empacotamento cromatogrfico devido lenta velocidade de difuso das molculas do analito atravs dos microporos da matriz polimrica e compressibilidade da matriz. Para contornar ees problema, dois novos tipos de fase estacionarias foram desenvolvidos e tm uso mais geral do que os tipo polmero poroso e relativamente grande, recoberto com resina de troca inica sinttica. Um segundo tipo de empacotamento preparado por recobrimento de micropartculas porosas de slica, como as usadas em cromatografia de adsoro, com um filme Lino do trocador. Com qualquer tipo, a difuso mais rpida no filme polimrico leva a um aumento da eficincia. Por outro lado, a capacidade de amostra dessa partculas menor, particularmente para o tipo pelicular.</p> <p>APLICAES INORGNICAS DA CROMATOGRAFIA DE TROCA INICA A fase mvel na cromatografia de troca inica deve ter as mesmas propriedades gerais requerida nos outros tipos de cromatografia. Isto , deve dissolver a amostra, ter uma fora de solvente que leve a tempos de reteno razoveis e interagir com solutos de modo a levar seletividade. As fases moveis da cromatografia de troca inica. Cromatografia de Troca Inica em Colunas Supressoras de Eluente A ampla aplicao da cromatografia inica para a determinao de espcies inorgnicas foi restringida pela falta de um bom detector genrico que permitisse a determinao quantitativa de ons com base nas reas dos picos cromatogrficos. Detectores de condutividade seriam uma escolha obvia para esta tarefa. Eles podem ser altamente sensveis, so universais para espcies carregadas e, como regra geral, respondem de modo previsvel a mudanas e manuteno baratas, fceis de serem miniaturizados e comumente funcionam por longo tempo sem problemas. Somente uma limitao dos detectores de condutividade provou ser muito seria e atrasou o seu uso geral. Essa limitao vem da alta concentrao de eletrlito necessria para eluir a maioria dos analitos inicos em um tempo razovel. Em conseqncia, a condutividade dos componentes da fase mvel tende a sobrepujar a dos ons do analito, reduzindo acentuadamente a sensibilidade do detector. Em 1975, o problema da alta condutncia do eluente foi resolvido com a introduo da chamada coluna supressora de eluente imediatamente aps a coluna analtica de troca inica. A coluna supressora empacotada com uma segunda resina de troca inica que efetivamente converte os ons do solvente a espcies moleculares de ionizao limitada, sem afetar os io0ns do analito. Por exemplo, quando ctions esto sendo separados e determinados, freqentemente, escolhido cido clordrico como reagente eluente e acoluna supressora resina de troca aninica na forma de hidrxido. evidente que os ctions do analito no so retidos por esta segunda coluna. Para separaes aninicas, a fase estacionaria supressora a forma cida de uma resina de troca catinica. Neste caso, carbonato ou bicarbonato de</p> <p>sdio serve como agente de eluio. Neste caso, o cido carbnico muito pouco dissociado no contribui de modo significativo para a condutividade. Uma inconvenincia associada s colunas supressoras originais era a necessidade de regenerao peridica para reconverter a coluna forma original cida ou bsico . recentemente, entretanto,foram disponibilizados supressores de membrana fibrosa que operam continuamente, como mostra na figura 3. Neste caso, o eluente e a soluo supressora fluem em direo oposta, de cada lado de uma membrana permevel de troca inica, indicada como M. para analise de anions as membranas so de troca catinicas. Para ctions so de troca aninica. Em equipamentos comerciais projetados recentemente, a regenerao de solues supressoras feita automaticamente com ons hidroxila ou hidrognio eletroregenerados de modo que no so necessrias interrupes no uso dos equipamentos.</p> <p>CROMATOGRAFIA IONICA EM COLUNA NICA Esto disponveis no mercado equipamentos para cromatografia inica nos quais nenhuma coluna supressora usada. Esta abordagem depende de pequenas diferenas na condutividade entre ons eludos da amostra e os ons prevalentes no eluentes. Para amplificar essas diferenas, so usados trocadores de baixa capacidade, o que torna possvel a eluio com espcies de baixa condutncia equivalente. A cromatografia em coluna nica tende a ser um pouco menos sensvel a ter uma faixa mais limitante do que a cromatografia inica com coluna supressora. Recentemente, foi descoberto um mtodo fotomtrico indireto que permite separao e deteco de anions e ctions que no absorvem sem uso de uma coluna supressora. A figura 5 mostra um cromatograma obtido por esse mtodo. Neste caso, o eluente uma soluo diluda de FTALATO DE SDIO e o ON deslocado e que absorve no U.V. a deteco indireta apresenta uma faixa de trabalho mais restrita do que a deteco direta.</p> <p>Aplicaes da Cromatografia de Troca Inica em Sistema Orgnicos e Bioqumicos A cromatografia de troca inica tem sido aplicada a vrios sistemas orgnicos e bioqumicos, incluindo drogas e seus metablitos, soros, conservantes de alimentos, misturas de vitaminas, aucares e preparados farmacuticos. A figura 6 mostra um exemplo dessas aplicaes, no 1.10-8 mol de cada um de 17 aminocidos foram separados por uma coluna catinica. CROMATOGRAFIA DE EXCLUSO DE ONS A cromatografia de excluso de ons no uma forma de cromatografia inica porque a espcie neutra, em vez dos ons, que separada. Entretanto, convm discuti-la porque a cromatografia de excluso de ons, como cromatografia inica, emprega colunas de troca inica para fazer as separaes. A teoria e as aplicaes da cromatografia de excluso de ons esto convenientemente ilustradas pela separao de cidos carboxlicos simples apresentada no cromatograma da figura 7. Neste caso, a fase estacionria era uma resina de troca de ctions na sua forma cida e a eluio foi feita com soluo diluda de acido clordrico. A cromatografia de excluso de ons encontra numerosas aplicaes na identificao e determinao de espcies cidas em materiais como leite, caf, vinho e muitos outros produtos comerciais. Sais de cidos fracos tambm podem ser analisados porque so convertidos ao acido correspondente por ons hidrognio no trocadores. Bases fracas e seus sais tambm podem ser determinados por cromatografia de excluso de ons. Nessas aplicaes empregam-se uma coluna de troca aninica na forma de hidrxido.</p> <p>CROMATOGRAFIA DE EXCLUSO POR TAMANHO A cromatografia de excluso por tamanho, tambm pode ser chamada de cromatografia por permeao em gel ou por filtrao em gel uma tcnica poderosa aplicvel particularmente a espcies de alto peso molecular. Os empacotamentos para cromatografia de excluso por tamanho consistem de partculas pequenas de slica ou de polmeros contendo uma rede de poros uniformes nos quais molculas do soluto e do solvente podem se difundir. Enquanto esto nos poros, as molculas esto efetivamente retidas e ausentes do fluxo da fase mvel. O tempo mdio de residncia nos poros depende do tamanho efetivo das molculas do analito. Molculas maiores do que o tamanho mdio dos poros da fase so excludas e essencialmente no sofrem reteno. Essas espcies so as primeiras a serem eludas. Molculas com dimetros significativamente menores do que os poros podem penetrar ou permear atravs do emaranhado de poros e ficar retidas por tempos maiores. Estas so as ltimas a serem eludas. EMPACOTAMENTO DA COLUNA Dois tipos de empacotamento para cromatografia de excluso por tamanho so encontrados: leitos de polmeros e partculas base de slica, ambos com dimetros de 5 a 10mm. O segundo tem vantagens de maior rigidez, que leva ao empacotamento mais fcil e permite o uso de presses mais altas; maior estabilidade, que permite o uso em uma variedade de solvente, incluindo gua; maior rapidez para atingir o equilbrio com novos solventes e estabilidade em temperaturas mais altas. As desvantagens das partculas base de slica incluem sua tendncia a reter solutos por adsoro e seu potencial para catalisar a degradao de molculas do soluto. Vidros porosos e partculas de slicas com tamanho mdio de poro variando de 40 A a 2.500A(angstron) esto agora disponveis no mercado. Para produzir a adsoro, as superfcies destas partculas so freqentemente modificados por reao com substituintes orgnicos. Por exemplo, a superfcie de uma fase estacionaria hidroflica. A tabela 2 lista as propriedades de algumas fases estacionrias comerciais tpicas para excluso por tamanho.</p> <p>TEORIA DA CROMATOGRAFIA DE EXCLUSO POR TAMANHO O volume total Vt de uma coluna empacotada com um polmero poroso ou slica gel dado por:</p> <p>Vt = Vg + Vi + Vo Onde Vg o volume ocupado pela matriz slida de gel, Vi o volume de solvente mantido nos seus poros e Vo o volume livre fora das partculas de gel. Considerando que no h mistura nem difuso, Vo tambm representa o volume terico de solvente necessrio para transportar atravs da coluna os componentes muito grandes para penetrar nos poros do gel. Mas, na verdade, alguma mistura e difuso ir ocorrer e, em conseqncia, os componentes no-retidos vo aparecer em uma banda de forma gaussiana com concentrao mxima em Vo. Para componentes pequenos o suficiente oara penetrar livremente nos poros do gel, o Maximo da banda aparecer na sada da coluna em um volume de eluente correspondente a ( Vi + Vo). Geralmente, Vi,Vo e Vg so da mesma ordem de magnitude. Assim, uma coluna de gel permite a separao de molculas grandes das pequenas de uma amostra, com um...</p>

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