ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA QUMICA

Disciplina: Fsico Qumica Experimental

EXPERINCIA N2: CROMATOGRAFIA EM PAPEL

Data da realizao do experimento: 22/03/2012 Turma: EQM_T01 Prof. Responsvel: Dr. Sergio Duvoisin JuniorUso do Professor

Aluno: Adriano Encarnao Lima Aluno: Dayvison Coelho dos Reis Aluno: Carla Valeria Cruz da Silva Aluno: Giulia Lofiego Braslavsky

Uso do Professor

Nota do grupo

Uso do Professor

Uso do Professor

Manaus, AM 2012

1. INTRODUO Entre os mtodos modernos de anlise, a cromatografia ocupa um lugar de destaque facilidade com que efetiva separao, identificao e quantificao das espcies qumicas, por si mesma ou em conjunto com outras tcnicas instrumentais de anlise, como a espectrofotometria ou a espectrometria de massas (1). Um dos problemas que continuamente desafiam os bioqumicos a separao e a purificao de um ou mais compostos de uma mistura complexa. Cromatografia um processo fsico de separao, no qual os componentes a serem separados distribuem-se em duas fases: fase estacionria e fase mvel. A fase estacionria pode ser um slido ou um lquido disposto sobre um suporte slido com grande rea superficial. A fase mvel, que pode ser gasosa, lquida ou ainda um fluido supercrtico, passa sobre a fase estacionria, arrastando consigo os diversos componentes da mistura (2). Esse processo ocorre, devido adsoro dos componentes da mistura ao longo da fase estacionria. A separao efetuada graas s diferenas dos coeficientes de distribuio dos diferentes componentes da mistura. Existem inmeros tipos de cromatografia disponveis de acordo com os princpios fsicos envolvidos na separao. So elas: cromatografia por adsoro, cromatografia de partio, cromatografia de troca inica, cromatografia de excluso, cromatografia em coluna e cromatografia em papel (2). A cromatografia em papel (CP) uma das tcnicas mais simples e que requer menos instrumentos para sua realizao, porm a que apresenta as maiores restries para sua utilizao em termos analticos (2). 1.1) Cromatografia em papel Na cromatografia em papel, a fase estacionria o papel colocado em um frasco, com o eluente na parte inferior. E a fase mvel o eluente que sobe pelo papel carregando as substncias que compem as misturas (no experimento, as substncias que compem as tintas das canetas). As diferentes substncias sobem com velocidades diferentes, porque interagem de forma diferente com o eluente e com o papel. As substncias que tm mais afinidade pelo eluente sobem mais rpido, enquanto as que tm grande afinidade pelo papel so arrastadas mais lentamente pelo eluente. Dessa forma, ocorre a separao, sendo possvel visualizar os diferentes componentes de cada tinta (3).

Figura 1: Desenho esquemtico do sistema de cromatografia em papel. (3)

A caracterstica porosa do papel permite que o solvente ascenda devido a sua volatilidade, arrastando os diferentes componentes da mistura de acordo com suas diferentes capacidades de adsoro. No incio do processo, o solvente se sobe com mais rapidez, porm com o passar do tempo, a volatilidade do solvente dentro da capilaridade do papel de equilibra com a ao da gravidade. Assim,quando solvente estiver em estado estacionrio quanto a sua ascenso,retira-se o papel do recipiente, marca-se a posio do solvente com um lpis e aguarda-se a secagem do papel. Caso a mistura original tenha sido aplicada em forma de gota concentrada, os componentes individuais aparecem cm uma srie de manchas separadas (3).

1.2) Fator de Reteno O fator de reteno (Rf), tambm chamado na literatura de constante de corrimento, a distncia percorrida por cada composto em uma amostra, dividido pela distncia percorrida pelo solvente. O Rf, uma constante fsica de cada composto em determinadas condies cromatogrficas, uma vez que tenhamos calibrado o mtodo para compostos conhecidos,cujos Rfs tenham sido determinados em condies especificadas,obtemos um padro para a anlise e identificao qualitativa de misturas de compostos. Assim, comparase este valor encontrado para a amostra com o padro. O clculo do Rf realizado medindose a distncia que a substncia se deslocou a partir do ponto em que foi aplicada (a), a partir do centro de gravidade da mancha e divide-se pela distncia percorrida pela massa de solvente a partir do ponto da amostra (v) (3).

Figura 02: Representao esquemtica da cromatografia em papel. (3)

2. OBJETIVOS 2.1) Objetivo Geral - Realizar a separao dos pigmentos que compem uma determinada cor.

2.2) Objetivos Especficos - Realizar um experimento de cromatografia em papel; -Separar os componentes das tintas de um conjunto de pincis e pigamentos a partir do extrato do espinafre; -Interpretar os dados experimentais e estimar, a partir de critrios estabelecidos, o fator de reteno (Rf) da amostra com o intuito de identificar os compostos.

3. MATERIAIS E MTODOS 3.1) Materiais Utilizados: 1) Folhas de Espinafre 2) Bquer de 100 mL (3) 3) Placa de Petri (3) 4) Almofariz (1) 5) Pipeta de Pasteur (2) 6) Funil de separao de 60 mL (1) 7) Funil de vidro pequeno (1) 8) Erlenmeyer de 25 mL (1) 9) Proveta de 10 mL (1) 10) Papel de filtro 11) Bquer de 50 mL (1) 12) Capilares (2)

3.2) Reagentes Utilizados: 1) 2) 3) 4) 5) 6) ter de petrleo P.A. Diclorometano P.A. Etanol P.A. Acetona P.A. Clorofrmio P.A. Sulfato de sdio anidro P.A.

3.3) Procedimento Experimental: 3.3.1)Preparo do extrato Utilizou-se folhas de espinafre previamente trituradas junto com cerca de 10 mL de uma mistura de etr de petrleo e etanol, 2:1. Com o auxlio de uma pipeta de Pasteur, e uma bolinha de algodo, filtrou-se o extrato e transferiu-o para um funil de separao, colocou-se mais um pouco de ter de petrleo para uma obteno de maior quantidade de amostra de clorofila e do espinafre, adicionou-se igual volume de gua. Com o extrato no funil de separao, separou-se e

descartou-se a fase aquosa e repetiu-se o processo de lavagem por mais duas vezes sempre descartando-se a fase aquosa. Aps a lavagem transferiu-se a soluo de pigmentos para um erlenmeyer e adicionou-se 2 gotas de sulfato de sdio anidro, aproximadamente. Esperou-se alguns minutos, utilizou-se uma pipeta de Pasteur, descartando-se a a soluo de pigmentos de sulfato de sdio, e transferiu-se para um bquer.

3.3.2) Aplicao da amostra na folha de papel Utilizou-se um capilar para a aplicao de duas gotas da soluo obtida a partir do extrato de espinafre em uma das folhas de papel filtro previamente cortada na linha situada a 1,0 cm da base do papel, tomando cuidado para que o dimentro das gotas no ultrapassasse 2 mm. Aps a aplicao no papel filtro deixou-se o solvente evaporar.

3.3.3) Desenvolvimento do cromatograma Preparou-se uma cuba utilizando um papel de filtro dentro de um bquer de 100 mL junto com 5,00 mL de clorofrmio, esperou-se que ocorresse a completa saturao e colocou-se a folha de papel filtro que continha as amostras dentro da cuba, tomando cuidado para que o ponto de aplicao da amostra no fique submerso na soluo. Esperou-se que o solvente atingisse a linha de 0,5 cm feita previamente no papel e retirou-se o papel de dentro da cuba. Aps o secamento do papel observou-se as manchas deixada pelos pigmentos da amostra. Este mesmo procedimento foi repetido para uma nova cuba contendo como eluente uma mistura de CHCl3 e acetona, 9:1, e para testes com canetas a base de gua utilizando como eluentes 5,00 mL de clorofrmio, 5,00 mL de uma mistura de CHCl 3 e acetona (9:1) e 5,00 mL de gua.

4. RESULTADOS E DISCUSSO 4.1) Etapa I:

Aps o papel permanecer no recipiente por tempo suficiente para que o solvente chegasse em at a linha limite no apresentou mais ascenso, o papel foi removido para proceder com as medidas requeridas para o clculo do Fator de reteno. A figura 01 apresenta apenas duas das pigmentaes das amostras aplicadas, a cor em que apareceu visvel foi a apenas a pigmentao clorofila identificada pela sua cor verde que foi apresentada a linha limite que tem uma afinidade (baixa polaridade) pelo eluente clorofrmio e a clorofila apresentada por um verde mais claro, no se verificando a separao das restantes cores, ocultando-se os componentes xantofilas que so amarelas e os carotenos que apresenta uma cor marron que ficam mais retidos no papel por serem mais polares. A no identificao de alguns componentes pode ser explicada possivelmente pela tonalidade do papel ou pela pouca concentrao constituindo pouca quantidade para que pudesse ser visvel, porm sendo possvel a visualizao pela incidncia da luz UV. Figura 01: Estrutura molecular da clorofila e

Figura 01: Foto das pigmentaes da Clorofila percorrida pela fase estacionria com os eluentes

Eluente 01: Clorofrmio

Eluente 02: Clorofrmio+cetona

Os resultados da anlise da cromatografia em papel foram expressos atravs do clculo do fator de reteno (Rf) para cada situao. A distncia percorrida pelo solvente no papel foi de 5,5 cm. Dados foram plotados em uma tabela (tabela 01), para os dois eluentes utilizados. Para a anlise em comparao ao eluente 01 (clorofrmio) e eluente 02 (clorofrmio+cetona, 9:1) no apresentaram diferena quanto ao fator de reteno, entretanto observou-se um tempo a mais quanto distncia percorrida pela massa do solvente a partir do ponto da amostra e uma forma dispersa quanto pigmentao. Determinando-se o eluente 01 como mais eficiente em relao a separao dos pigmentos da clorofila.

Distncia percorrida pelo solvente 5,5cm Tabela 1 Resultados das medidas percorridas pelos diferentes compostos Componente Solvente Pigmentao Distncia (cm) Clorofila Clorofrmio Verde 5,5 Clorofila Verde clara 5,0 Clorofila Clorofrmio+Cetona 9:1 Verde 5,5 Clorofila Verde clara 5,0

Reteno=a/v 1,0 0,9 1,0 0,9

4.2) Etapa II: Esta prtica consiste no uso de tiras de papel-filtro como suporte de uma fase aquosa, no qual uma fase mvel orgnica se dirige para o pice. As substncias a serem separadas so colocadas prximas base da tira e se movem verticalmente, dependendo de sua afinidade por uma das fases (a aquosa e a orgnica). De acordo com o procedimento descrito brevemente acima, foram feitas, trs cubas com diferentes fases mveis. A primeira continha clorofrmio, a segunda cuba continha gua e a terceira continha clorofrmio e acetona, sendo a proporo de 9:1. Aps a colocao das folhas de papel contendo pontos marcados por canetas hidrocor de marcas diferentes e cores diferentes foram observados os seguintes resultados: Tabela 02: Observao dos resultados Clorofrmio e Acetona Se tornou uma mancha mais rosa, porm se moveu mais que quando estava em contato somente com o clorofrmio. No se moveu.

Cores

Clorofrmio A cor roxa foi esmaecendo at se tornar uma forte mancha rosa.

gua Tornou-se uma mancha rosa, que depois foi ficando mais claro e se formou a cor azul. Se espalhou em vermelho e depois em amarelo. Se tornou em marrom claro e no fim obtivemos a cor amarela. Se torna verde claro, logo fica em um verde mais escuro e depois em azul.

Roxo

No se moveu. Laranja

No se moveu. Marrom

No se moveu.

Verde escuro

Se move um pouco somente e fica em verde claro.

Se movendo mais que com o clorofrmio somente, fica em um verde mais claro.

Rosa

Azul

A cor rosa foi esmaecendo at que quase no aparece. Praticamente no se moveu, mas ficou mais claro.

Ficou rosa escuro e depois se tornou um rosa claro. Se tornou um azul claro e depois um azul mais escuro.

Se tornou um rosa claro.

No se moveu.

Ao analisar os resultados atravs da separao das cores pode-se dizer que essa separao consiste em que cada molcula de uma mistura ir se deslocar a uma diferente velocidade sobre a fase estacionria e estar a uma distncia especfica de um do ponto de origem. Essa separao se dar atravs da regra da semelhana, ou seja, semelhante atrai semelhante. Quanto mais polar a fase mvel e se assim, ela obtiver maior afinidade com as cores das canetas, ou seja, deslocar mais essa determinada cor, significa dizer que aquela cor tambm tem caractersticas mais polares. Assim tambm se far para o caso da fase mvel ser apolar ou menos polar. A separao dos componentes de uma mistura neste tipo de cromatografia est baseada nas diferenas de solubilidade dos seus componentes na fase mvel e estacionria. Os componentes com menor solubilidade na fase estacionria tm um deslocamento mais rpido ao longo do papel. De outra parte, os componentes com maior solubilidade na fase estacionria sero consequentemente retidos e tero uma movimentao mais lenta. Alm disso, preciso lembrar que a cromatografia em papel consiste no fator de uma amostra lquida que flui por uma tira de papel adsorvente vertical, onde os componentes depositam-se em locais especficos. O papel, por sua vez, composto por molculas extremamente longas chamadas celulose. A celulose um polmero, o que significa ela composta por milhares de molculas menores que se organizam juntas. Esta organizao molecular que compe as cadeias de celulose polar e, como resultado, a celulose tem muitas regies de altas e baixas densidades de eltrons. As regies "carregadas" em uma cadeia de celulose so atradas para as regies de cargas opostas de outras cadeias adjacentes, e isto ajuda a unir as fibras de papel. Dessa maneira, podemos ter as seguintes anlises das cores:

Tabela 03: Anlises dos resultados das cores obtidas.

Cores

Anlises: A cor roxa formada por compostos mais polares,

Roxo

pois quando colocada em contato com a gua que era o eluente mais polar dos trs, ela teve maior afinidade, se decompondo em maior nmero de cores e se aproximando mais do topo da folha. A cor laranja formada por composto que so muito polares. Isso pode ser observado quando analisamos seu contato com os eluente que no so muito polares como o

Laranja

clorofrmio sozinho e o mesmo com a acetona. Neste momento, a cor laranja no se move, deixando claro que no tem nenhuma afinidade com compostos menos polares. Para a cor marrom obteve-se a mesma concluso

Marrom

que para a cor laranja, pois elas tiveram o mesmo desencadear de afinidade. A cor marrom tambm no se moveu quando colocada em contato com os outros eluente que no a gua. A cor verde tambm tem mais afinidade com compostos polares, porm teve uma afinidade a ser

Verde

considerada com os outros eluentes menos polares. Ressaltando que quando o clorofrmio estava com a acetona ela se moveu um pouco mais que quando o mesmo estava sozinho. A cor rosa a menos polar de todas as cores analisadas, pois em contato com o clorofrmio sozinho e

Rosa

com o mesmo com a acetona, teve maior contato que as outras cores. Teve um grau relativo de afinidade e at se separou em cores. Quando em contato com a gua tambm se desenvolveu bem. Logo, conclui-se que tenha

componentes que sejam tanto polares como apolares.

Para a cor azul observou-se um desenvolvimento Azul parecido para as outras cores, onde a mesma teve maior afinidade com a substncia mais polar que era a gua.

Como se pode perceber, nem todas as cores das canetinhas usam apenas um pigmento. Muitas cores so formadas a partir de duas ou mais cores. Observando o desenvolvimento de todas essas cores estudadas, pode-se dizer que na sua maioria as cores das canetas hidrocor so feitas de substncias polares, pois assim se observou que estas tiveram maior afinidade com os eluentes que tinham maior diferena de polaridade em suas molculas, ou seja, com as fases mveis polares. Tabela 04: Resultados experimentais Ensaio Fase mvel Distncia total Cores Roxo Verde 1 Clorofrmio 5,7 cm Vermelho Roxo 2 Clorofrmio+ acetona (9:1) 5,5 cm Verde Vermelho Roxo 3 gua 5,8 cm Verde Vermelho Rosa claro Roxo Verde Rosa claro Roxo Azul Amarelo vermelho 3,0 cm 5,5 cm 0,5 cm 3,8 cm 0,5 cm 4,0 cm 5,8 cm 5,5 cm 0,53 1,00 0,09 0,69 0,09 0,69 1,0 0,95 Pigmentos detectados Roxo Verde Distncia percorrida 5,3 cm 0,5 cm Rf 0,93 0,09

5. CONCLUSO Os resultados obtidos no procedimento experimental, no foram utilizados para identificar os compostos presentes nas misturas das tintas das canetas devido ausncia de um padro adequado para tais compostos. A tcnica de cromatografia em papel desenvolvida neste relatrio se encerra no clculo do Fator de reteno. Para executar o experimento de cromatografia em papel, deve-se escolher o solvente mais adequado para cada tipo de amostra, quanto polaridade dos mesmos. H tambm outros tipos de papel para realizar o procedimento. Outros critrios mais detalhados acerca da tcnica devem ser levados em considerao para analises onde se exige um resultado mais rigoroso tecnicamente. O experimento, por mais simples que tenha sido a sua realizao, cumpriu os objetivos educativos propostos no programa da disciplina.

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS (1) COLLINS, C. H; BRAGA, G. L; BONATO, P. S. Princpios Bsicos de Cromatografia, 2006. (2) PERES, T. P.; Palestra, Noes bsicas de cromatografia, Centro de pesquisas e desenvolvimento de proteo Ambiental Instituto Biolgico, jul/ dez, So - Paulo SP, 2002. (3) CASTRO, A. E. M; PELEGRINI, H. Cromatografia em papel, Universidade do Extremo Sul Catarinense-UNES, Curso de Engenharia Qumica, 2010. (4) OLIVEIRA, P. R. Universidade tecnolgica do Paran, Prtica 02: Cromatografia em papel (CP) e cromatografia em camada fina (TLC), 2010. (5) MARAMBIO,O.G., Mtodos Experimentales en Qumica Orgnica. Pizarro DC.1 Ed. UTEM, Editorial Universidad Tecnolgica Metropolitana, 2007.

7. ANEXO 7.1 QUESTIONRIO Anexo Questionrio 1) Qual o estado fsico da fase mvel e da fase estacionria na cromatografia em camada delgada (CCD)? A fase mvel lquida e a fase estacionria slida 2) Qual o mecanismo de separao da cromatografia em camada delgada de slica gel? O mecanismo se da a partir da adsoro lquido-slido, onde a separao se d pela diferena de afinidade, ou polaridade, dos componentes de uma mistura pela fase estacionria. 3) Com que finalidade a soluo de pigmentos lavada com gua? Para retirar o lcool etlico, pois este solvel em gua, sendo este ento, na extrao da fase aquosa, descartado junto com a gua. 4) Por que o sulfato de sdio anidro adicionado soluo de pigmentos? Para absorver a gua contida, eliminando a gua remanescente da etapa de extrao. 5) Que se entende por fator de reteno (R)? Razo entre a distncia percorrida pela substncia em questo e a distncia percorrida pela fase mvel. 6) Dois componentes A e B, foram separados por CCD. Quando a frente do solvente atingiu, 6,5 cm, acima do ponto de aplicao da amostra, a mancha de A, estava a 5 cm, a de B a 3,6 cm. Calcular o Rf de E e de B. Desenhar esta placa, obedecendo mais fielmente possvel as distncias fornecidas. O que se pode concluir sobre a resoluo das manchas nesta separao?

RfA=5,0/6,5 RfA= 0,77

RfB= 3,5/6,5 RfB= 0,54

A mancha A possui mais afinidade com o eluente do que a marca B.

7) Um qumico deseja separar os compostos abaixo por cromatografia em coluna utilizando slica como adsorvente.

Para tal, percolou a coluna seqencialmente com os solventes I, II E III, que formam uma srie eluotrpica. A primeira frao continha o composto X, a segunda frao, o composto Y, e a ltima frao, o composto Z. Qual dos sistemas de solventes abaixo serve como fase lquida para justificar ordem de eluio encontrada? Solvente I A B C D E Hexano Hexano Tolueno Acetonitrila CH2Cl 2 Solvente II Acetonitrila Tolueno Hexano CH2Cl 2 Tolueno Solvente III Tolueno CH2Cl2 Acetonitrila Hexano Hexano

A melhor alternativa seria a letra B utilizando como justificativa a polaridade e a solubilidade dos compostos a serem separados e dos eluentes relacionados. O composto X um cicloalcano com ramificao, os alcanos so apolares. Desse modo, so insolveis em solventes fortemente polarizados, como a gua, porm, so solveis em solventes apolares e em solventes fracamente polarizados. Com isso, o melhor eluente seria um composto tambm apolar. Pode ser utilizado, ento como critrio a solubilidade em gua, pois a partir desta podemos identificar qual composto mais apolar. Tendo em vista que, a solubilidade do hexano de 0,0095 g/L e a do tolueno de 0,52 g/L , conclui-se que o hexano mais apolar, tendo uma maior afinidade com compostos tambm apolares.

O composto Y um composto aromtico ramificado e possui baixa polaridade, so insolveis em gua e solveis em solventes apolares. Dessa forma, a melhor alternativa de eluente seria um composto de baixa polaridade ou apolar. Como para a obteno do composto X foi utilizado o hexano, como alternativa s resta o tolueno, j que os haletos so insolveis em gua, porm solveis em solventes orgnicos. O composto Z composto heterocclico, identificado como etilpiridina. A piridina e seus derivados so miscveis em: gua, lcool, ter dietlico, benzeno, comprovando sua caracterstica polar. Portanto, a melhor opo seria um eluente polar. Na questo apresentada o nico solvente polar disponvel o diclorometano (CH2CL2).

8) A cromatografia lquida de alta eficincia (CLAE) um dos mtodos cromatogrficos mais modernos utilizados em anlise (CLAE analtica) e separao/purificao de misturas (CLAE preparativa). Abaixo so dados os cromatogramas X, Y e Z de uma mistura de compostos presentes em analgsicos: aspirina (A), cafena (B), fenacetina (C) e paracetamol (D), utilizando trs fases mveis diferentes, no modo Mocrtico, em uma mesma

coluna.

Avaliando esses cromatogramas, responda s perguntas abaixo. (a) Qual a fase mvel mais apropriada para ser utilizada em escala preparativa, e a fase mvel mais adequada para utilizao em escala analtica, considerando um grande nmero de amostras a serem analisadas? Justifique sua resposta. Em escala preparativa, a fase mvel mais apropriada seria a que contm 40% de metanol e 60% de cido actico, pois em escala preparativa objetiva-se a separao completa dos analitos e o espectro obtido com essa fase mvel mostra o melhor resultado onde no se obtm picos sobrepostos apesar de desperdiar solvente. Em escala analtica a mais apropriada seria a fase mvel constituda por 60% de metanol e 40% de cido actico porque no contm picos sobrepostos e no disaperdia solvente. A escala analtica possui o objetivo de apenas identificar quais subtncias esto contidas no analito.

(b) Qual o tipo de coluna (fase reversa ou fase normal) utilizada nestes trs experimentos? Justifique sua resposta.

utilizado nesses trs experimentos a coluna de fase inversa porque quando a fase estacionria mais polar que a fase mvel, a cromatografia lquida denominada de cromatografia de fase normal. Na situao inversa, ou seja, quando a fase estacionria apresenta menor polaridade que o solvente, a cromatografia recebe a denominao de cromatografia de fase reversa. Os adsorventes mais utilizados na cromatografia de fase normal so a slica e a alumina, enquanto que para a fase reversa so empregues substncias polares quimicamente ligadas, tendo como grupos funcionais cadeias com terminaes do tipo ciano, diol, fenil, amino ou apolares. Os eluentes mais utilizados so: gua, metanol e acetonitrilo.

(c) Sabendo-se que o composto mais polar elui primeiro, qual o composto de maior tempo de reteno? Justifique sua resposta. Em fase inversa, a substncia de maior tempo de reteno ser a mais apolar dentre as substncias analisadas, o paracetamol.