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Ciclo de Palestras da Graduação IQSCUSP IQSCUSP 30/10/2017

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Ciclo  de  Palestras  da  Graduação    -­‐  IQSC-­‐USP  

IQSC-­‐USP-­‐  30/10/2017  

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Uma  visão  pessoal  a  respeito  da  evolução  das  técnicas  

cromatográficas      

Fernando  M.  Lanças  Universidade  de  São  Paulo  

InsHtuto  de  Química  de  São  Carlos  

 [email protected]    

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µ-GC µ-LC

Softwares (Aquisição, Tratamento, Simulação,...

•  SPME •  SBSE •  µ-SFE

Colunas Capilares (GC, LC, SFC.

CEC)

Interfaces µ-LC/MS

Sistemas Hifenados

Fitoterápicos

Meio Ambiente

Proteômica Fármacos Química Forense

Combustíveis

Alimentos e Bebidas

Grupo  de  Cromatografia  do  IQSC-­‐USP:    Projetos  Atuais    

µ-SFC

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It  is  not  important  for  the  scien<st  whether  his  own  theory  proves  the  right  one  in  the  end.    

Our  experiments  are  not  carried  out  to  decide  whether  we  are  right,  but  to  gain  new  knowledge.  It  is  for  knowledge  sake  that  we  plow  and  sow.  It  is  not  inglorious  at  all  to  have  erred  in  theories  and  hypotheses.  Our  hypotheses  are  intended  for  the   present   rather   than   for   the   future.   They   are   indispensable   for   us   in   the  explana<on  of  the  secured  facts,  to  enliven  and  to  mobilize  them  and  above  all,  to  blaze  a  trail  into  unknown  regions  towards  new  discoveries.    

R.  WillstaTer  Willard  J.  Gibbs  Medal  Address  Chicago,  IL,  September  14,1933(24)  

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 Cromatografia  de  Adsorção:    A  Vida  e  Obra  de  Michael  TsweL  

 

 “For   almost   every   inven<on,   one   can   find   persons   who   worked  earlier  and  more  or  less  carried  out  similar  inves<ga<ons  but  who  are   s<ll   not   considered   as   the   inventors   of   given   techniques,  processes,  or  machinery.  Usually,  the  person  recognized  as  the  real  inventor   not   only   u<lized   or   described   a   phenomenon   but   also  could  interpret  it  and  apply  it  knowingly  for  some  purpose”.  

Leslie  S.  ETre,  “The  Development  of  Chromatography”,  Anal.  Chem.  43  (1971)  20A.  

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•  Em   Ciência,   o   crédito   é   dado   à   pessoa   que   convence   o  mundo,  e  não  à  pessoa  à  qual  a  idéia  ocorreu  pela  primeira  vez            Sir  William  Osler  

12/07/1849  –  29/12/1919  “Pai”  da  Medicina  Moderna  

 

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Work  If  metal  electrodes  are  exposed  to  light,  electrical  sparks  between  them  occur  more   readily.   For   this   "photoelectric   effect"   to   occur,   the   light  waves   must   be   above   a   certain   frequency,   however.   According   to  physics  theory,  the  light's  intensity  should  be  cri<cal.  In  one  of  several  epoch-­‐making  studies  beginning  in  1905,  Albert  Einstein  explained  that  light  consists  of  quanta   -­‐  "packets"  with  fixed  energies  corresponding  to  certain  frequencies.  One  such  light  quantum,  a  photon,  must  have  a  certain  minimum  frequency  before  it  can  liberate  an  electron.  

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…”Experiment  has  decided  for  the  second  alterna<ve.  That  the  decision  could  be  made  so  soon  and  so  definitely  was  due  not  to  the  proving  of  the  energy  distribu<on  law  of  heat  radia<on,  s<ll  less  to  the  special  deriva<on  of  that  law  devised  by  me,  but  rather  should  it  be  aLributed  to  the  restless  forward  thrus<ng  work  of  those  research  workers  who  used  the  quantum  of  ac<on  to  help  them  in  their  own  inves<ga<ons  and  experiments.    The  first  impact  in  this  field  was  made  by  A.  Einstein  who,  on  the  one  hand,  pointed  out  that  the  introducHon  of  the  energy  quanta,  determined  by  the  quantum  of  acHon,  appeared  suitable  for  obtaining  a  simple  explanaHon  for  a  series  of  noteworthy  observaHons  during  the  acHon  of  light”  

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O  período  “pré-­‐Tswe;”  

 

²  Bíblia  e  escritos  egipcios:  remoção  de  contaminantes  por  filtração  em  

areia  e  de  excesso  de  sal  por  contato  com  certas  folhas  

²  Alquimistas:  desHlação,  extração  com  solventes  e  outros  

²  Século  XVI:  preparação  de  vinho  branco  a  parHr  de  Hnto  por  efeitos  

hoje  considerados  adsorção.  

²  Século  XIX:  sólidos  para  fracionamento  de  líquidos,  fracionamento  em  

papel  e  outros  (ex.  F.F.  Runge  em  1834).  

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-­‐  O  final  do  século  XIX  e  a  contribuição  de  D.T.  Day  [  U.S.  Geological  Survey]:      

 Colunas  de  “fuller’s  earth”  (silicato  de  alumínio  e  magnésio)  para    fracionamento  do  petróleo.  

                     First  Interna<onal  Petroleum  Congress  in  Paris,  1897.                      43rd  mee<ng  of  the  U  S  .  Geological  Society  in  Kashington,  D.C.,  1900.    -­‐  Interpretou  incorretamente  o  fenômeno  osico-­‐químico  que  ocorria  e  deu  o  

nome  de  “capillary  diffusion  process”.    

-­‐  O  fenômeno  foi  explicado  corretamente  por  Michael  TsweT,  o  qual  deu  ao  mesmo  o  nome  de  CROMATOGRAFIA.  

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Michael  Semenovich  TsweT  

•  14-­‐maio-­‐1872,  nasceu  em  AsH,  Piemonte,  Itália,  filho  de  Simeon  TsweT,  russo,  e  Maria  Dorosza,  italiana.  

   •  Cresceu  e  estudou  na  Suiça.      •  1896:  na  Suiça,  defendeu  o  Ph.D.;  mudou  para  a  Rússia.      •  1901,  depois  de  empregos  menores,  conseguiu  um  cargo  na  Universidade  de  

Warsaw  (a  Polônia  fazia  parte  da  Russia).  

•  1901-­‐1915  foi  assistente,  associado  e  Htular  na  School  of  Veterinary  Medicine,  and  the  InsHtute  of  Technology  of  Warsaw  até  o  início  da  Primeira  Gerra.  

 •  1915  deixou  Varsóvia,  antes  do  avanço  das  tropas  alemãs,  indo  para  Nizhnii  

Novgorod  e  fundando  o  InsHtuto  Agronômico  de  Gorkii.      

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M. S. Tswett

Physikalisch-chemische Studien Über das Chlorophyll. Die Adsorptionen. M.  TsweT,  Ber.  Dtsch.  Botan.  Ges.  24,  316-­‐326  (1906)  

 

 

 

Adsorptionsanalyse und chromatographische Methode. Anwendung auf die Chemie des Chlorophylls. M.  TsweT,  Ber.  Dtsch.  Botan.  Ges.  24,  384-­‐392  (1906)  

Warsaw  University  in  1902.  

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Capa  do  livro  de  M.S.  TsweT,  publicado  em  1910,  apresentado  como  sua  tese  de  doutorado  na  Rússia  Imperial.  

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Sistema  uHlizado  por  TsweT  em  1906.  L.ELre,  LC•GC  Europe  September  2003    

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•  1917  adoeceu  e  ficou  algum  tempo  em  tratamento  nos  Cáucasos,  sendo  indicado  para  a  cátedra  de  botânica  na  University  of  Jurjeff  *.    

•  *  [nome  da  cidade  na  época;  em  alemão  Dorpat.  Depois  da  guerra  esta  região  se  tornou  a  Estonia,  e  o  nome  da  cidade  mudou  para  Tartu.  Quando  em  1940  a  Estonia  se  tornou  parte  da  Russia  (the  Soviet  Union),o  nome  foi  manHdo.]  

•  1918:  a  Universidade  foi  evacuada  para  Voronezh  antes  do  avanço  das  tropas  alemãs.  Inicialmente  TsweT  havia  decidido  ficar  mas  no  úlHmo  momento  seguiu  o  grupo  da  Universidade.  Sua  saúde  já  estava  bastante  deteriorada.  

 •  1919:  Faleceu  em  Voronezh  em  26  de  junho,  ao  que  tudo  indica  de  problemas  

coronários.    

 •     ***    Tswe;  foi  enterrado  em  um  cemitério  do  monastério    de  Alekseev,  o  

qual  foi  destruido  durante  a  Segunda  Gerra  Mundial;  sua  tumba  jamais  foi  localizada  depois  disso.  

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Em  Genebra,  na  época  da  defesa  do  doutorado  1896.  

Em  São  Petersburgo,  na  época  da    defesa  do  mestrado  em  1901.  

Em  Varsóvia,  1911.  

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O  Renascimento:  1931    

R.  Kuhn  and  E.  Lederer,  Ber.  Deut.  Chem.  Ges.  64,  1349-­‐1357  (1931).  R.  Kuhn,  A.  Winterstein,  E.  Lederer,  Hoppe  Seyler’s  Z.  Physiol.  Chem.,  197,  141-­‐60  (1931).  

R.  Kuhn  (direita)  and  E.  Lederer;  Heidelberg,  1963  

Duas  xantofilas  separadas  pela  primeira  vez  por  Kuhn,  Winterstein,  and  Lederer  em  1930-­‐1931,  iniciando  o  renascimento  da  cromatografia  líquida  de  adsorção    

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“No  other  discovery  has  exerted  as  great  an  influence  and  widened  the  field  of  inves<ga<on  of  the  organic  chemist  as  much  as  TsweL’s  chromatographic  adsorpt  i  o  n    a  n  a  l  y  s  i  s  .    R  e  s  e  a  r  c  h    i  n    t  h  e    f  i  e  l  d    of    v  i  t  a  m  i  n  e  s  ,  h  o  r  mones,  carotenoids  and  numerous  other  natural  compounds  could  never  have  progressed  so  rapidly  and  achieved  such  great  results  if  it  had  not  been  for  this  new  method,  which  has  also  disclosed  the  enormous  variety  of  closely  related  compounds  in  nature”.  

E.  Lederer  and  M.  Lederer,  “Chromatography-­‐A  Review  of  Principles  and  ApplicaHons,”.  Preface,  Elsevier,  Amsterdam,  The  Netherlands.  1955.  

Paul  Karrer,  the  great  organic  chemist  and  co-­‐winner  of  the  1937  Nobel  prize  in  chemistry,  already  had  given  the  following  appraisal  of  chromatography  in  his  plenary  lecture  at  the  1947  Congress  of  the  InternaHonal  Union  of  Pure  and  Applied  Chemistry  in  London:  

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In  pracHcally  his  whole  working  life,  TsweT  dealt  with  invesHgaHons  related  to  chlorophyll.  Toward  the  end  of  the  19th  century,  many  scienHsts  showed  interest  in  the  pigments  occurring  in  the  leaves  of  plants,  but  there  was  no  real  way  to  separate  them  from  each  other  and  to  check  their  idenHty  in  different  plants.  Since  these  substances  are  very  labile,  one  could  not  be  sure  whether  material  obtained  through  chemical  manipulaHon  really  corresponded  to  the  form  exisHng  in  the  living  plant.  

TsweT's  approach  was  different  ;  he  was  looking  for  a  physical  method  which  would  permit  the  separaHon  of  these  pigments  from  each  other  and  from  closely  related  compounds  that  others  felt  to  represent  the  same  substances.  For  he  was  convinced  that  chlorophyll,  as  isolated  by  other  researchers,  was  not  a  single  sub-­‐  stance.  

In  his  work,  he  systemaHcally  checked  a  large  number  of  solvents  capable  of  extracHng  the  pigments  from  vegetable  maTer,  and  more  than  100  solid  substances  capable  of  selecHve  retardaHon  of  the  individual  pigments  through  adsorpHon,  and  he  also  deducted  a  number  of  important  rules  for  the  ad-­‐  sorpHon  phenomenon.  

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Os  trabalhos  “mais  relevantes”  

Descreve  os  fundamentos  da  Cromatografia,  sem  uHlizar  este  nome.  

•  1903:  Primeiro  trabalho  onde  os  dados  preliminares  foram  resumidos:        "On  a  New  Category  of  Adsorp<on  Phenomena  and  Their    Applica<on  to  Biochemical  Analysis"    

     Apresentado  em  21  de  março,  1903,    March  21,  na  Biological    SecHon  of  the  Warsaw  Society  of  Natural  Sciences.  Publicado  (em  russo)    nos  Anais  da  Sociedade.    

•  1906:  dois  trabalhos,  em  russo:  

 “Physico-­‐Chemical  Studies  of  Chlorophyll.  The  Adsorp<ons”        “Adsorp<on  Analysis  and  the  Chromatographic  Method.  

 Applica<on  in  the  Chemistry  of  Chlorophyll”    

Descreve  o  processo  cromatográfico  em  detalhes  no  primeiro  trabalho:  

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“When  a  petroleum  ether  solu<on  is  filtered  through  a  column  of  an  adsorbent  (I  use  mainly  calcium  carbonate  which  is  tamped  firmly  into  a  narrow  glass  tube),  then  the  pigments  are  resolved,  according  to  the  ad-­‐  sorp<on  sequence,  from  top  to  boLom,  into  various  colored  zones,  since  the  more  strongly  adsorbed  pigments  displace  the  more  weakly  adsorbed  ones,  and  force  them  farther  downward.      This  separa<on  becomes  prac<cally  complete  when,  aqer  the  pigment  solu<on  has  flowed  through,  a  stream  of  pure  solvent  is  passed  through  the  adsorbing  column.  Like  light  rays  in  the  spectrum,  the  different  components  of  a  pigment  mixture,  obeying  a  law,  are  resolved  on  the  calcium  carbonate  column  and  then  can  be  qualita<vely  and  quan<ta<vely  determined.      I  call  such  a  prepara<on  a  chromatogram  and  the  corresponding  method  the  chromatographic  method.”  

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Representação  da  Cromatografia  Líquida  “Clássica”  

Amostra  Coluna  de  Vidro  

Adsorvente  

Solvente

Componentes  da  amostra  separados  

Fluxo  gravitacional,    

sem  pressão  

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Cromatografia Líquida de Alta Eficiência

Descarte

Solvente

Injetor

Cromatografia  Líquida  “moderna”  

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Cromatografia:    Chroma  (cor)+  graphe  (escrita)  ???  Talvez  não.  TsweT:    “It  is  self-­‐evident  that  the  adsorpHon  phenomena  described  are  not  restricted  to  the  chlorophyll  pigments,  and  one  must  assume  that  all  kinds  of  colored  and  colorless  chemical  compounds  are  subject  to  the  same  laws.”      Portanto,  talvez  cromatografia  não  signifique  escrevendo  com  cores  mas:    

 Em  russo,  o  sobrenome  TsweT  (esta  é  a  grafia  em  alemão;  em  inglês  Tsvet)  escreve-­‐se  da  mesma  forma  que  a  palavra  “cor”.  Portanto,  cromatografia  pode  querer  significar  “a  escrita  de  TsweT”.      

   

Leslie  S.  ETre,  “The  Development  of  Chromatography”,  Anal.  Chem.  43  (1971)  20A.  

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TsweT  x  Day  TsweT   did   not   invent   adsorpHon;   this   had   been  described  well   before   him   and   also   explained   from  the  theoreHcal  point  of  view  (e.g.,  in  the  books  of  W.  Ostwald  from  1891-­‐95).    Also,   scienHsts   before   him   had   separated   plant  pigments  by  selecHve  soluHon.  TsweT’s  merits  are  in  the   generalizaHon  of   the   technique   as   an   analyHcal  method  and  in  the  detailed  invesHgaHons  of  the  role  of   various   adsorbents   and   solvents.   As   pointed   out  by  Zechmeister  (1),  

“TsweT’s   achievement   is   superior   to   Day’s   in   two  respects.   First,   he   recognized   and   correctly  interpreted  chromatographic  processes;  and  second,  he  devised  a  useful  laboratory  method  that  includes  as   an   important   feature   the   development   of  chromatograms   by   pure   solvents.   The   distances  between  the  individual  zones  are  thus  increased  and  complete  resoluHons  advised  within  minutes.”  

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Cedalion  standing  on  the  shoulders  of  Orion  from  “Blind  Orion  Searching  for  the  Rising  Sun”  by  Nicolas  Poussin,k  1658.  Oil  on  canvas;  46  7/8  x  72  in.  (119.1  x  182.9  cm).  Metropolitan  Museum  of  Art.    

nanos  gigantum  humeris  insidentes  "discovering  truth  by  building  on  previous  discoveries"    

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MarYn  e  a  Cromatografia  de  ParYção    

Archer  John  Porter  MarYn    Born:    1  March  1910  Died:    28  July  2002  

1941:  A.J.P.  Mar<n,  Synge  -­‐  Cromatografia  de  ParYção.  

1944:  Consden,  Gordon,  Mar<n  -­‐  Cromatografia  em  Papel.  

1952:  Mar<n,  James  -­‐  Cromatografia  Gasosa.  

A.J.P.  MarHn  and  R.L.M.  Synge,  Biochem.  J.  35,  1358-­‐68  (1941)  R.  Consden,  A.H.  Gordon  and  A.J.P.  MarHn,  Biochem.  J.  38,  224-­‐32  (1944)  A.T.  James  and  A.J.P.  MarHn,  Biochem.  J.  50,  679-­‐90(1952)  

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O Prêmio Nobel 1952

A.J.P. Martin recebendo o Prêmio Nobel de Química de 1952 do Rei Gustavo VI da Suécia

R.L.M. Synge recebendo o Prêmio Nobel de Química de 1952 do Rei Gustavo VI da Suécia

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hTp://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1952/marHn-­‐lecture.pdf    

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The  mobile  phase  need  not  be  a  liquid  but  may  be  a  vapour.  We  show  below  that  the  efficiency  of  contact  between  the  phases  (theoreHcal  plates  per  unit  length  of  column)  is  far  greater  in  the  chromatogram  than  in  ordinary  disHllaHon  or  extracHon  columns.  Very  refined  separaHons  of  volaHle  substances  should  therefore  be  possible  in  a  column  in  which  permanent  gas  is  made  to  flow  over  gel  impregnated  with  a  non-­‐volaHle  solvent  in  which  the  substances  to  be  separated  approximately  obey  Raoult's  law.  When  differences  of  volaHlity  are  too  small  to  permit  of  ready  separaHon  by  these  means,  advantage  may  be  taken  in  some  cases  of  deviaHon  from  Raoult's  law,  as  in  azeotropic  disHllaHon.  Possibly  the  method  may  also  be  found  to  be  of  use  in  the  separaHon  of  isotopes  ,e.g.  of  nitrogen  isotopes,  by  passing  ammonia  gas  over  gel  impregnated  with  ammonium  sulphate  soluHon.  

MarHn  AJP,  Synge  RLM.  A  new  form  of  chromatogram  employing  two  liquid  phases:    1.  A  theory  of  chromatography.  2.  ApplicaHon  to  the  micro-­‐determinaHon  of  the  higher  mono  amino-­‐acids  in  proteins.  Biochemical  Journal.  1941;35(12):1358-­‐1368.  

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Consden  R,  Gordon  AH,  MarHn  AJP.  The  idenHficaHon  of  lower  pepHdes  in  complex  mixtures.    Biochemical  Journal.  1947;41(4):590-­‐596.  

Archer  John  Porter  MarYn    Born:      1  March  1910  Died:      28  July  2002  

As  raízes  da  Cromatografia  Bi-­‐Dimensional  (2-­‐D):  TLC-­‐TLC  

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Two-­‐dimensional   chromatogram   of   a   wool   hydrolysate  (l8Oug.)   on   Whatman   no.1   sheet.   Hydrolysate   applied   at  circle.    Run  with  collidine  for  3  days  in  direcHon  AB,  then  in  direcHon  AC  with   phenol   for   27hr.   in   an   atmosphere   of   cos   gas   and  NH3  (produced  from  a  0.3%  NH3  soluHon)  

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Diagram  showing  method  of  cu�ng  of  a  two-­‐dimensional  chromatogram.    (a)   and   (b)   represent   duplicate   sheets,   the   soluHon   to   be   analyzed   being   applied   at   the   open  circles.   The   arrows   indicate   the   direcHon   of   development   of   the   chromatograms   in   the   two  solvents.   In  the  guide  chromatogram(a),  amino-­‐acids  are  shown  as  black  spots  and  pepHdes  as  shaded   spots.   A�er   treatment  with   dilute   ninhydrin,   the   duplicate   sheet(b)   shows   faint   spots(some-­‐may  be  barely  visible)  and  is  cut  as  shown  by  the  doTed  lines.  

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 “on-­‐Line  2D  GC”  (GC-­‐GC  ):  1958    

 

Anal.  Chem.,  1958,  30  (1),  pp  32–35  

Dr.  Loyd  R.  Snyder  

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Fig.  6.  SeparaHon  of  stabilized  Pla�ormate  on  Squalane-­‐modified  Pelletex.  T=100oC,  He  @  40  mL/min  

Fig.  7.  Chromatogram  for  C5,  C6,  C7  and  C8  fracHons  obtained  by    Gas-­‐Liquid  Chromatography.  

Anal.  Chem.,  1958,  30  (1),  pp  32–35  

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 Primeira  publicação  sobre  LC  mulHdimensional  (LC-­‐LC):  1978  

Dr.  Roland  W.  Frei  1936-­‐1989  

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The  complex  chromatograms  that  are  obtained  with  such  a  senna   glycoside   extract   when   only   one   dimension   is   used  are  shown  in  Fig.  5  for  the  GPC  run  and  Fig.  6  for  the  step-­‐gradient  RPC  run.  

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Reversed-­‐phase   chromatograms   of   seven   fracYons   from  the  GPC  run  as  obtained  with  the  apparatus  shown  in  Fig.  4  by  using  a  step  gradient  are  presented  in  Fig.  7.  The  value  of  the   two-­‐dimensional   approach   is   clear:   the   originally   very  complex  chromatograms  (Figs.  5  and  6)  are  now  subdivided  into   a   set   of   seven   simpler   and   beTer   resolved  chromatograms.  

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•  1906:  Mikhail  Semenovich  TsweL  -­‐  Cromatografia  Líquida  de  Adsorção  (pigmentos  em    plantas).  

•  1941:  A.J.P.  Mar<n,  Synge  -­‐  Cromatografia  de  ParHção.  

•  1944:  Consden,  Gordon,  Mar<n  -­‐  Cromatografia  em  Papel.  

•  1952:  Mar<n,  James  -­‐  Cromatografia  Gasosa,  GC.  

•  1968:  Kirkland,  Hueber,  Horvath  –  Cromatografia  Líquida  (HPLC).  

•  1982:  Novotny,  Lee  –  Cromatografia  com  Fluido  SupercríHco  (SFC).  

Histórico  da  Cromatografia  

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Milos  Novotny,  Daniel  Armstrong  e  Milton  Lee  no  Brasil  em  2006  

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A B C

H HEPT dpD k

kdfD

gas

liq

= = + ++

× ×22 8

12 2

2

λγ

µ πµ

( ) .

Van  Deemter  EquaHon  (1956)  

µ =LtM

Developed  originally  for  packed  GC,  this  equaHon  was  later  extended  do  LC  and  SFC  

van  Deemter  JJ,  Zuiderweg  FJ  and  Klinkenberg  A  (1956).  "Longitudinal  diffusion  and  resistance  to  mass  transfer  as  causes  of  non  ideality  in  chromatography”  Chem.  Eng.  Sc.  5:  271–289.        

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Superficially  Porous  columns  (core  shell)  

1964:  C.Horváth  and  I.  Halasz  described  the  concept  of  porous-­‐layer  bead  (PLB)  column  packing”  

   Analy<cal  Chemistry  1964;36(7):1178–1186.    

1967:  Czaba  Horvath  developed  the  first  pelicullar  materials  for  ion  exchange,  introducing  modern  packing  materials  that  contributed  to  the  development  of  HPLC.   This  material  were  made  from  glass  beads  coated  with  a  thin  layer  of  an  organic  polymer.  The  rigid  part  (“core”)  allowed  operaHons  at  elevated  pressures  but  the  columns  were  not  efficient  due  to  the  poor  mass  transfer  properHes  of  the  staHonary  phase    

This  was  later  improved  by  Kirkland  (1969  on)  and  others.  

Czaba  Horváth  Born:25  January  1930  Died:13  April  2004  

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Golay  EquaHon  for  open  tubular  GC  (1956)  

H  =  plate  height        u  =    mobile  phase  velocity,    k  ’  =  capacity  factor  of  the  solute,    Dm  and  Ds  are  diffusion  coefficients  of  the  solute  in  the  mobile  and  staHonary  phase  respecHvely,    df  is  the  layer  thickness  of  the  staHonary  phase,    dc  is  the  diameter  of  the  channel  available  for  the  mobile  phase  (equal  to  the  I.D.  of  the  capillary    minus  2df).  

Marcel  Golay  ca.  1960  

Marcel  Jules  Edward  Golay    

Born:  May  3,  1902  Died:  April  27,  1989    

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Colunas  capilares  empacotadas  operando  em  pressões  ultra  elevadas  (U-­‐HPLC)  

James  Jorgenson  

(A) 19,000  psi                  66  cm  x  30  µm  i.d.  column  

MacNair, J.E., et al. Anal. Chem. 1997, 69, 983-989.

(B)  59,000  psi                52  cm  x  30  µm  i.d.  column  

Outras  condições:                  1.5  µm  nonporous  ODS  silica  

 10%  ACN/90%  water  (0.1%  TFA)  

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GC  x  SFC  x  LC:  Why?  

“There are no theoretical boundaries

between GC, LC and SFC, and these

distinctions are arbitrary, artificial and

counterproductive”

 J. C. Giddings, Dynamics of Chromatography,

Marcel Dekker, NY, 1965

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Instrumental  setup  of  the  capillary  column  switching  LC-­‐  ESI-­‐MS/MS  system.    

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INSTRUMENTAL  SETUP  

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Simultaneous  analysis  of  10  pharmaceuHcal  compounds  

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Um  enfoque  Universal:    Separação  Mul<dimensional    

totalmente  automaHzada  

On-­‐line  approaches  for  determinaYon  of  residues  and  contaminants  in  complex  samples  Bruno  H.  Fumes,  Mariane  A.  Andrade,  Maraíssa  S.  Franco  ,  Fernando  M.  Lanças  

J.  Sep.  Sci.  2017,  40,  183–202  .  

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DeterminaHon  of  Ochratoxin  A  (OTA)  in  wine  by    “in-­‐tube  SPME-­‐HPLC-­‐MS/MS”  

Mariane  A.  Andrade,  Fernando  M.  Lanças;  J.  Chromatogr.  A,  1493  (2017)  41-­‐48.    

Mariane  A.  Andrade,  Fernando  M.  Lanças  

Maximum  allowed  concentra<on  of  OTA    in  wine  is  equal  to  2  µg/kg  1,  2    

1)   Commission   regulaHon   (EC)   nº   1881/2006   of   19  december   2006   se�ng   maximum   levels   for   certain  contaminants   in   foodstuffs.   Official   Journal   of   the  European  Union,  v.  49,  p.  5-­‐24,  2006;  

2)   Agência   Nacional   de   Vigilância   Sanitária   (ANVISA).  Resolução   -­‐   rdc   nº   -­‐   7,   de   18   de   fevereiro   de   2011  Dispõe   sobre   limites   máximos   tolerados   (LMT)   para  micotoxinas  em  alimentos.    

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p-­‐in  tube-­‐SPME  set  up  

Details  of  the  in-­‐tube  SPME  capillary  column    

General  scheme  of  the  employed  in-­‐tube  SPME  system    

Mariane  A.  Andrade,  Fernando  M.  Lanças;  J.  Chromatogr.  A,  1493  (2017)  41-­‐48.    

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Analysis  of  OTA  in  wine  samples  at  ppt  levels  

Red trace: spiked wine sample ([OTA] = 0.2 µg L-1) Black trace: unspiked wine sample

Maximum  allowed  concentra<on  of  OTA    in  wine  is  equal  to  2  µg/kg  1,  2    

LOQ  =  0.05  µg  L-­‐1  ~  50ppt  

Mariane  A.  Andrade,  Fernando  M.  Lanças;  J.  Chromatogr.  A,  1493  (2017)  41-­‐48.    

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Meire  Ribeiro  da  Silva,  Ole  K.  Brandtzaega,  Tore  Vehusa,  Fernando  M.  Lancas  ,  Steven  R.  Wilson,  Elsa  Lundanes  

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Fig.  1.  SchemaHc  illustraHon  of  the  automaHc  filtraHon/filter  back-­‐flushing  system  with  A  mulH-­‐channel  polymer  layer  open  tubular  (mPLOT)  solid  phase  extracHon  (SPE)  and  open  tubular  (OT)  analyHcal  column.  In  posiHon  1,  the  sample  is  loaded  through  a  stainless  steel  filter  and  the  hydrophobic  compounds  are  trapped  on  the  mPLOT  SPE.  In  posiHon  2,  the  stainless  steel  filter  is  being  back-­‐flushed  (making  it  ready  for  a  new  injecHon)  while  the  hydrophobic  compounds  are  eluted  off  the  mPLOT  SPE,  onto  the  OT  separaHon  column  and  further  detected  by  mass  spectrometer  (MS).  

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Scanning  electron  micrograph  of  the  op<cal  fiber  (top)  and  the  PS-­‐OD-­‐DVB  mPLOT  (boLom)  used  as  extrac<on  column.  

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Fig.2.  Chromatographic  performance  when  injecHng  1!L  of  10pg/!L  of  sulfamethoxazole(SMZ)(m/z254−>m/z92,m/z108)  and  N4-­‐acetylsulfamethoxazole(n-­‐SMZ)(m/z  296  −>  m/z  92,  m/z  108)  into  a  50  !m  ×  5  cm  self-­‐packed  Accucore  C18  (top),  50  !m  ×  5  cm  poly(styrene-­‐co-­‐octadecene-­‐co-­‐divinylbenzene)  (PS-­‐OD-­‐DVB)  monolithic  (middle)  and  a  (126  ×  8  !m)  ×  5  cm  A  mulH-­‐channel  polymer  layer  open  tubular  (mPLOT)  solid  phase  extracHon  (SPE)  column  (boTom)  coupled  to  a  10  !m  ×  2  m  poly(styrene-­‐co-­‐  divinylbenzene)  (PS-­‐DVB)  open  tubular  (OT)  separaHon  column.  Analytes  were  detected  by  a  triple  quadrupole  MS  in  MS/MS  mode.  tR  is  retenHon  Hme  and  w0.5  is  the  peak  width  at  half  the  peak  height.  

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Fase  ST-­‐DVB  

Fase  ST-­‐DVB  

Colunas  capilares  tubulares  abertas  -­‐  2017  (a) Si-­‐ODS  [WCOT];  (b)  Si-­‐ST-­‐DVB  [PLOT]  Vivane  L.  Leal  e  Fernando  Lanças;  resultados  não  publicados  

Fase  ODS  

Fase  ODS  

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TsweT,  Einstein  e  John  Fenn.    O  que  apresentam  em  comum???  

Albert  Einstein  1879-­‐1955  

John  B.  Fenn  1917-­‐2010  

Michael  Tswe;  1872-­‐1919  

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CaracterísHcas  da  carreira:    1.  Tumultuada  por  mudanças  frequentes;  interefencia  de  guerras.  2.  Carreira  cien�fica  curta  (1901-­‐1915)  -­‐  Varsóvia.  3.  Trabalhos  mais  relevantes  entre  1903-­‐1906.  4.  Publicou  os  principais  trabalhos  com  ~  30  anos  [1903-­‐1906].  5.  Foi  bastante  combaHdo  e  não  teve  reconhecimento  em  vida.  

Michael  Tswe;  

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Albert  Einstein  1879-­‐1955  

CaracterísHcas  da  carreira:    1.  Tumultuada  por  mudanças  frequentes;  interferencia  de  guerras.  2.  Carreira  cien�fica  curta  (1905-­‐1932)  –  Suiça/Alemanha.  3.  Trabalhos  mais  relevantes  com  26  anos  [1905].  4.  Foi  bastante  reconhecido  em  vida.  

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A.  Einstein  em  New  York,  1921  

Com  Charlie  Chaplin,  1931  

California,  1933  –  ano  em  que  se  mudou  para  USA  

Concerto  na  Alemanha,  1930  

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John  B.  Fenn  

CaracterísHcas  da  carreira:    1.  Tranquila  até  se  aposentar.  2.  Carreira  cien�fica  longa  (faleceu  com  93  anos).  USA.  3.  Trabalhos  mais  relevantes  após  os  70  anos  [Nobel  com  85  anos].  4.  Foi  bastante  reconhecido  e  controverso  em  vida.  

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"John   B.   Fenn   -­‐   Facts".   Nobelprize.org.   Nobel   Media   AB   2014.   Web.   29   Oct   2017.   <hTp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/fenn-­‐facts.html>  

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Never  a   very   conscienHous   student  of   the   literature,   I   didn’t   see  Dole’s   paper   when   it   appeared,   but   not   long   therea�er   it   was  brought  to  Sandy  Lipsky’s  aTenHon.  A  mass  spectrometrist  as  well  as   a   chromatographer,   Sandy  was  very  much   intrigued  by  Dole’s  ideas   because   they   seemed   to   offer   a   way   of   using   mass  spectrometry   to   obtain   precise   values   of   molecular   weight   for  large  biomolecules  like  proteins.  

Malcom  Dole  1903-­‐1990  

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However,   from   the  perspecHve  of  history’s  hindsight  one   can  argue   that  the  ability  of  intense  fields  at  the  surface  of  a  Hny  charged  droplet,  which  play   a   vital   role   in   Dole’s   ESI,   is   simply   an   obvious   extension   of   the  discoveries   by  Mueller   and   Beckey   on   the   nature   of   field   ionizaHon   at   a  sharp  Hp,   i.e.,  a  surface  with  a  very  small   radius  of  curvature.  Maybe  so,  but   it   is  also  quite  clear  that  nobody  recognized  these  possibiliHes  at  the  Hme,  and  that  Dole  arrived  at  the  ESI  approach  by  a  logic  that  depended  in  no  way  on  the  field  ionizaHon  ideas  of  Mueller  and  Beckey.      In  other  words  Dole  was  a  true  pioneer  in  that  his  ESI  ideas  were  breaking  brand  new  ground.  

Diagram  of  Electrospray  IonizaYon.      (1)  Under  high  voltage,   the  Taylor  Cone  emits  

a  jet  of  liquid  drops    (2)  The  solvent  from  the  droplets  progressively  

evaporates,   leaving   them   more   and   more  charged    

(3)  When  the  charge  exceeds  the  Rayleigh  limit  the   droplet   explosively   dissociates,   leaving  a  stream  of  charged  ions  

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In  sum,  Malcolm’s  Dole’s  paper  in  1968*  was  the  seed  which,  a�er  an  extended  period  of  germinaHon,  ulHmately  blossomed  into  electrospray  ionizaHon—  ESI—one  of  the  two  “so�”  ionizaHon  methods  that  have  made  the  precision,  sensiHvity,  and  elegance  of  mass  spectrometry  readily  available  for  the  study  of  biomolecules  and  their  reacHons.  The  second  of  those  two  “so�”  ionizaHon  methods  is  so-­‐called  matrix-­‐  assisted  laser  desorpHon  ionizaHon  (MALDI),  which  was  introduced  by  Karas  and  Hillenkamp  in  1988  (see  ref.  15)  at  almost  the  same  Hme  that  ESI  had  begun  to  show  its  muscle.  MALDI  had  also  had  a  long  germinaHon  period  but  was  born  of  very  different  ancestry.  A  brief  history  of  each  of  these  techniques  is  summarized  in  the  next  two  secHons  of  this  report.  MALDI’s  story  is  told  first  even  though  ESI’s  was  the  first  to  begin.  

*M.  Dole,  L.L.  Mach,  R.L.  Hines,  R.C.  Mobley,  L.P.  Ferguson,  M.B.  Alice.  Molecular  beams  of  macroions.  J  Chem  Phys  1968;49:2240–2249.  

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In  1969  at  the  age  of  66,  just  two  years  before  mandatory  reHrement  at  Northwestern,  Dole  accepted  an  offer  to  become  Welch  Professor  of  Chemistry  at  Baylor  University  in  Waco,  Texas  where  he  was  assured  there  would  be  no  mandatory  reHrement  as  there  was  at  Northwestern.  At  Baylor  he  conHnued  his  electrospray  experiments  using  mobility  measurements  rather  than  mass  analysis  to  characterize  the  ions.      In  retrospect  I  would  have  been  wise  to  follow  Dole’s  example  and  leave  Yale  before  I  became  subject  to  mandatory  re<rement  in  1987,  the  last  year  that  it  was  allowed  and  just  as  the  electrospray  research  was  becoming  most  interes<ng.  For  the  next  six  years  Yale  bureaucrats  did  everything  they  could  to  prevent  that  research  from  conHnuing,  though  they  happily  allowed  the  grant  money  to  be  spent  and  eagerly  pocketed  all  the  funds  allowed  in  the  grants  for  indirect  expense.  The  most  unfortunate  consequence  was  that  for  the  last  five  of  those  years  Yale  refused  to  provide  the  necessary  space  to  install  a  new  triple  quadrupole  mass  spectrometer,  which  had  not  only  been  funded  by  NIH  but  which  Yale  had  agreed  to  provide  in  several  research  proposals  for  which  funds  had  been  granted!  That  instrument  didn’t  get  used  unHl  I  brought  it  to  VCU  in  1994  when  I  le�  Yale.  I  o�en  wonder  how  much  more  we  might  have  accomplished  had  we  been  able  to  use  it  during  those  five  lost  years.  

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Fenn's  first  electrospray  ionizaHon  source  coupled  to  a  single  quadrupole  mass  spectrometer  

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Lawsuit    Fenn's  work  with  electrospray  ionizaHon  was  at  the  center  of  a  lawsuit  pi�ng  him  against  hisalma  mater  and  former  employer,  Yale  University.    His  iniHal  dispute  with  the  university  began  in  1987,  when  he  turned  70  -­‐  Yale's  mandatory  reHrement  age.  Per  university  policy,  Fenn  was  made  an  emeritus  professor,  which  resulted  in  a  reducHon  to  his  lab  space.  Emeritus  professors  at  Yale  are  sHll  provided  with  an  office,  but  cannot  conduct  their  own  research,  nor  manage  their  own  labs.    In  1989,  when  Yale  University  inquired  about  the  progress  and  potenHal  about  his  electrospray  work,  he  downplayed  its  potenHal  scienHfic  and  commercial  value.  Fenn  believed  he  had  the  rights  to  the  invenHon  under  the  Bayh-­‐Dole  Act.  Fenn  patented  the  technology  on  his  own,  and  sold  licensing  rights  to  a  company  he  partly  owned  -­‐  AnalyHca  of  Branford.      In  1993,  a  private  company  seeking  to  license  the  use  of  electrospray  technology  traced  its  invenHon  to  Yale,  when  the  university  discovered  that  Fenn  held  the  patent.  Yale's  policy  regarding  patents  generated  by  faculty  or  students  requires  that  a  percentage  of  any  royalHes  generated  from  the  patent  are  used  by  the  university  to  fund  future  research.  They  do  not  claim  the  rights  to  patents  that  are  produced  away  from  university  faciliHes  or  not  related  to  the  researcher's  "designated  acHviHes.”  Fenn  claimed  that  he  owned  the  technology  because  the  work  was  completed  a�er  he  had  been  forced  to  downsize  at  the  university's  mandatory  reHrement  age.    

Yale  University  entered  into  its  own  licensing  agreement  with  a  private  company,  leading  Fenn  to  file  a  lawsuit  against  the  school  in  1996.  Yale  countersued,  requesHng  damages  and  reassignment  of  the  patent.  The  two  parHes  did  not  reach  an  out  of  court  seTlement,  despite  repeated  aTempts  at  mediaHon.  In  2005,  U.S.  District  Judge  Christopher  Droney  ruled  against  Fenn,  awarding  Yale  $545,000  in  royalHes  and  $500,000  in  legal  fees.  Judge  Droney  was  criHcal  of  Fenn,  saying  "Dr.  Fenn  only  obtained  the  patent  through  fraud,  civil  the�,  and  breach  of  fiduciary  duty.”  Evidence  presented  in  the  case  indicated  that  Fenn  had  served  on  panels  at  Yale  University  that  reviewed  the  insHtuHon's  policy  on  intellectual  property.  A  spokesperson  for  Yale  said,  "We  are  pleased  by  the  result  in  this  case  and,  in  parHcular,  by  the  court's  vindicaHon  of  the  Yale  patent  policy.”  The  ruling,  and  Yale's  response  produced  a  mixed  reacHon  from  some  of  Fenn's  colleagues  and  former  students,  who  wrote  a  leTer  to  the  Yale  Daily  News  staHng,  "'VindicaHng  the  Yale  patent  policy'  is  a  poor  excuse  for  treaHng  a  Nobel  Laureate  with  a  68-­‐year  associaHon  with  and  dedicated  service  to  the  University,  in  such  a  contempHble  manner.”  

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TsweT,  Einstein  e  John  Fenn.    O  que  apresentam  em  comum???  

Albert  Einstein  1879-­‐1955  

John  B.  Fenn  1917-­‐2010  

Michael  Tswe;  1872-­‐1919  

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µ-GC µ-LC

Softwares (Aquisição, Tratamento, Simulação,...

•  SPME •  SBSE •  µ-SFE

Colunas Capilares (GC, LC, SFC.

CEC)

Interfaces µ-LC/MS

Sistemas Hifenados

Fitoterápicos

Meio Ambiente

Proteômica Fármacos Química Forense

Combustíveis

Alimentos e Bebidas

Projetos  Atuais    

µ-SFC

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“O  rio  aHnge  seus  objeHvos  porque  aprendeu  a  contornar  obstáculos.”    

―Lao  Tsé