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Química Analítica para o Concurso dePerito Criminal da PC/DF

André Luiz MartiniPerito Criminal

Introdução à Química Analítica

Introdução à Química Analítica

Titulometria Gravimetria

Métodos espectroscópicos Métodos cromatográficos Espectrometria de massas

TÉCNICAS CROMATOGRÁFICAS(Cromatografia em camada delgada,

Cromatografia em fase gasosa,Cromatografia líquida de alta

performance)

Cromatografia

Compreende um grupo diversificado de técnicas físico-químicas quepermitem a separação, identificação e quantificação decomponentes de uma mistura, realizada através da distribuiçãodesses componentes em duas fases. Uma das fases permaneceestacionária, enquanto a outra se move através dela.

1. Princípios da separação

Transporte dos componentes deuma amostra por uma fase móvelatravés de uma fase estacionária

Fasemóvel

Faseestacionária

2. Uma breve classificação2.1 Quanto ao suporte da fase estacionáriaa) Cromatografia em coluna

Fase móvel

Fase estacionária

Algodão

b) Cromatografia planar

2.2 Quanto ao estado físico da fase móvela) cromatografia líquidab) cromatografia gasosac) cromatografia supercrítica

2.3 Quanto ao fluxo da fase móvela) unidimensionalb) bidimensional (2D - )c) radial

2.4 Quanto à polaridade relativa das fasesa) fase normalb) fase reversa

Exemplo decromatografiaradial

Solvente 1 Solvente 2

CromatografiaBi-dimensional

2.5 Quanto ao mecanismo de separação

ADSORÇÃO

Fase MóvelLíq. ou Gás

Fase EstacionáriaSólida

Ligações de hidrogênio, atrações dipolares ,Forças de Van der Waals

A adsorção do soluto ocorre na interface entre o sólido e a fase móvel,devido à presença de grupos ativos em sua superfície

Fase Móvel Gasosa

Fase Estacionária Líquida

O processo de partição é intrafacial e a volta de cada componente para

a fase móvel depende da sua volatilidade.

PARTIÇÃO

PARTIÇÃO

Fase MóvelLíquida

Fase EstacionáriaLíquida

O processo de partição é intrafacial e a volta de cada componente para

a fase móvel depende da sua solubilidade.

TROCA IÔNICA

Fase MóvelLíquida


A separação dos materiais por cromatografia de troca iônica estábaseada na adsorção reversível e diferencial dos íons da fase móvel pelogrupo trocador da matriz

Onde:a)b)

Fase MóvelLíquida


AFINIDADEO princípio da cromatografia por bioafinidade é o isolamento seletivo demacromoléculas biológicas, através da utilização das propriedadesdessas substâncias de unirem-se reversivelmente a ligantes específicos

CROMATOGRAFIA QUIRAL

A grande maioria das Fases Estacionárias Quirais (FEQs) é preparada apartir de moléculas ou polímeros quirais, naturais ou sintéticos,adsorvidos ou quimicamente ligados a um suporte cromatográfico,normalmente sílica.

Existem fases quirais tanto para a cromatografia líquida como para agasosa.

Exercícios01. (Químico/FGV/Sudene/2013) A água contendo uma concentraçãorelativamente alta de íons Ca2+, Mg2+ e outros cátions divalentes échamada de água dura. Em alguns lugares é necessário que se realize oabrandamento da água para evitar depósitos indesejáveis de saisinsolúveis em sistemas de água quente. O abrandamento da água podeser realizado por troca iônica. Este método consiste em fazer a águadura passar por um leito de resina de troca iônica que pode serconstituída por pérolas de plástico com grupos aniônicos do tipo fosfato.Essa resina captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo‐os por íonsque formarão compostos solúveis.O fosfato utilizado nesse tipo de resina tem como cátion(A) Na+

(B) Ag+

(C) Pb2+

(D) Cu2+

(E) Al3+

02. (Perito Farmácia/PI/UEPI/2008) A cromatografia compreende um grupodiversificado e importante de métodos, que permitem ao cientista separarcomponentes muito semelhantes de misturas complexas. Sobre acromatografia é INCORRETO afirmar que:

a) Na cromatografia gasosa, a amostra é vaporizada e injetada em uma colunacromatográfica, a eluição é feita por fluxo de um gás inerte que atua comofase móvel.

b) Na cromatografia gás-sólido, a fase estacionária é um sólido com umagrande área superficial e a separação baseia-se em mecanismos deadsorção física das substâncias neste sólido.

c) Na cromatografia gás-líquido, a fase estacionária é um líquido não-volátil,imobilizado em um suporte sólido e a separação baseia-se em mecanismosde partição das substâncias entre a fase líquida e a fase gasosa.

d) A cromatografia de troca iônica refere-se a métodos modernos e eficientesde separação e determinação de íons, através de resinas trocadoras de íons.

e) Em cromatografia de fase reversa, o componente menos polar é eluidoprimeiro, por ser o mais solúvel na fase móvel. O aumento da polaridade dafase móvel tem o efeito de diminuir o tempo de eluição.

03. (Inmetro/Técnico em Metrologia e Qualidade/MetrologiaQuímica/Cespe/2010) A cromatografia é um método de análise muitoempregado, em indústrias, para a separação, identificação e quantificação decompostos presentes nas misturas. O processo de separação, nesse método,apresenta duas fases: a fase móvel e a fase estacionária. Com relação àsdiferentes técnicas cromatográficas e à forma ou mecanismo de atuação dafase móvel e da fase estacionária, assinale a opção correta.A. Na cromatografia por adsorção, a fase móvel e a fase estacionária sãolíquidas.B. Na cromatografia por partição, a fase móvel é líquida e a fase estacionária,sólida.C. Na cromatografia por exclusão, a fase móvel não deve dissolver a amostra ea fase estacionária deve ser inerte.D. Na cromatografia por troca catiônica, a fase estacionária possui sítios ativoscom carga positiva, sendo empregada para separar compostos iônicos tambémpositivamente carregados.E. Na cromatografia por afinidade, a fase estacionária possui grupos funcionaisque interagem especificamente com o composto presente na amostra.

Cromatografia Planar

1. Cromatografia em Camada Delgada (TLC – ThinLayer Chromatography)

Consiste na separação dos componentes de uma mistura através damigração diferencial sobre uma camada delgada de adsorvente (faseestacionária) retido sobre uma superfície plana.

1. Técnicaa) Preparação da placa ou placas pré-fabricadas

Os adsorventes mais comuns

b) Aplicação da amostra

Sílica, Alumina,Celulose e Poliamida.

c) Desenvolvimento da placa

d) Visualização da placa

2. Alguns Termos Técnicosa) Fator de retardamento ( Rf )onde:

Rf = _______________________________Distância percorrida pelo analitoDistância percorrida pela fase móvel

b) Resolução (RS)

RS =2 (DR1 - DR2)_____________(WS1 + WS2)

Onde WS é a largura longitudinal da mancha

c) Número de pratos (NP)

NP =16 DR

2__________WS

2

Onde: prato → etapa deequilíbrio entre as duas fases,análogo aos pratos da teoriade destilação.

Exercícios04. (QUÍMICO/COPSET/UFPE/2013) A análise cromatográfica em camada delgada,usando placa de sílica gel, realizada simultaneamente com os analitos X e Y, resultouna figura ilustrada a seguir. Após separação dos componentes da amostra, arevelação foi realizada usando vapores de iodo, e observaram-se as manchas 1,2, 3 e 4, cada uma indicando uma espécie diferente.

Após análise dos resultados obtidos, é possível afirmar que:A) as espécies 1 e 4 têm a mesma polaridade.B) a fase móvel utilizada não foi eficiente para separar as espécies 3 e 4 presentesno analito Y.C) a espécie 4 possui o menor Rf dentre as espécies separadas.D) as substâncias 1 e 3 são idênticas.E) a espécie 4 é a menos polar em comparação com as demais espécies (1, 2, e 3).

05. (QUÍMICO /VUNESP/ CETESB /2013) Uma importante técnica deseparação usada em química analítica envolve o uso de colunas de trocaiônica. O termo troca iônica refere-se à troca de íons de cargas com ________.Na preparação adequada do procedimento de troca iônica emprega-se umacoluna de vidro (bureta) na qual se acomoda o material trocador de íons. Essedeve ser __________ na solução empregada na eluição da coluna. Umexemplo de aplicação dessa técnica consiste na separação dos cátions Co2+ eNi2+ de uma mistura em solução aquosa. Como apenas o cátion Co2+ formaespécie complexa negativa com ânion cloreto, sua separação da mistura porretenção pode ser feita usando-se uma coluna repleta de uma resina trocadora__________.Assinale a alternativa que completa, correta e respectivamente, as lacunas dotexto.(A) mesmo sinal ... solúvel ... catiônica(B) mesmo sinal ... insolúvel ... aniônica(C) mesmo sinal ... insolúvel ... catiônica(D) sinal contrário ... solúvel ... aniônica(E) sinal contrário ... insolúvel ... aniônica

Cromatografia em Coluna

Cromatografia Gasosa (GC – Gas chromatography)

Técnica onde gases ou substâncias volatilizáveis (líquida ousólida) e estáveis termicamente podem ser separadas,identificadas e/ou quantificadas.

Obs.: Derivação → consiste em transformar a substância deinteresse em um derivado com características adequadaspara ser analisada por cromatografia gasosa. A derivaçãotambém pode ser usada para a introdução de gruposespecíficos, no sentido de aumentar a detectabilidade dasubstância.

1. Instrumental

Fonte dogás dearraste

Seringa.Também pode serintroduçãoautomática.

Injetor

Coluna

Detector

Registrador ouComputador

Exemplo deGC/MS/HS

Cromatografia Gasosa

Exemplo de Cromatograma de uma Amostra contendoCocaína

Colunas capilaresTubos de sílica fundida (quartzo sintético de alta pureza) protegidos

externamente por cobertura de poliimida.● Comprimentos típicos : 15 a 60 m● Diâmetros típicos : 0,2 a 0,53 mm● Dimensões típicas de espessura de fase: 0,1 a 0,3 μm

sólida oulíquida

Fases estacionárias

Colunas capilares

Colunas capilares

Fases estacionárias

Modos de temperatura em cromatografia gasosa

a) Isotérmicob) Programação de temperaturaA temperatura do forno pode ser variada linearmente durante a separação:

Consegue-se boa separaçãodos componentes da

amostra em menor tempo


DetectoresDispositivos que examinam continuamente o material eluído, gerandosinal quando da passagem de substâncias que não o gás de arraste.


UNIVERSAIS:Geram sinal paraqualquersubstância eluída.

SELETIVOS:Detectam apenassubstânciascom determinadapropriedadefísico-química.

ESPECÍFICOS:Detectam substânciasquepossuam determinadoelementoou grupo funcional emsuasestruturas

PRINCÍPIO: Variação na condutividade térmica do gás, quandoda eluição de um analito.

Configuração tradicional do DCT: bloco metálico com quatrocelas interligadas em par - por duas passa o efluente da colunae por duas, gás de arraste puro:

CELAS DA

AMOSTRACELAS DE

REFERÊNCIADiferença de

resistência elétricaentre os filamentos deamostra e referência

Filamentos nascelas de amostra

se aquecem

Resistência elétricados filamentos nas

celas de amostraaumenta

Filamentos nascelas de referência

não se aquecem

Resistência elétricados filamentos nascelas de referência

fica constante

Detector de Condutividade Térmica (TCD, thermalconductivity detector)

Filamentos: Pt, W, Ni

Detector de Condutividade Térmica É um detector universal, usado para compostos orgânicos,inorgânicos, derivados de petróleo, etc.

Não destrói a amostra.

Gás de arraste: He ou H2 (alta condutividade térmica).

Impurezas críticas no gás: umidade e oxigênio oxidam os filamentospodendo ocorrer picos negativos e reduzir a sensibilidade.

Detectabilidade relativamente baixa ( em torno de 10-8 g soluto/mLde gás de arraste).

Onde: (outro exemplo de Parâmetro de Desempenho)

Limite de detecção (LOD) → corresponde à menor quantidade de umanalito que pode ser detectada, porém, não necessariamentequantificada como um valor exato.

Detector por Ionização em Chama ( FID – FlameIonization Detector )

Princípio: baseia-se nageração de um sinalelétrico a partir dacombustão da amostra nachama. Ao eluir um compostoorgânico, ele é queimado esão formados íons nachama, que passam aconduzir corrente elétrica.

COLETOR

FLAME TIP

BLOCO

AR

H2

COLUNA

Gás de arraste: nitrogênio, hidrogênio e hélio.

DIC

DCT N2

CH4

CO2

O2

Compostos que NÃO produzem resposta no DIC:

Gases nobresH2, O2, N2CO, CO2, CS2, CCl4

NH3, NxOySiX4 (X = halogênio)H2OHCOOH, HCHO *



SIN

AL (S

)

RUÍDO (N)

Onde:

RUÍDO → Qualquer componente do sinal gerado pelo detector que não seorigina da amostra

É um detector “quase universal”, usado principalmente paracompostos orgânicos.

Destrói a amostra.

Apresenta uma alta detectabilidade (aproximadamente 10-13

g/s) e baixo ruído.

Detector de Captura de Elétrons ( ECD – Electron

Capture Detector )Anodo

Saída de gases

Catodo

Cavidade

Coluna

Princípio: é estabelecido fluxocontínuo de elétrons lentos entre oanodo (fonte de radiação ) e ocatodo. Na passagem de umasubstância eletrofílica algunselétrons são absorvidos,resultando uma supressão decorrente elétrica. O decréscimo nacorrente elétrica é proporcional àconcentração da espécieabsorvente no gás de arraste.

O gás de arraste usado é o N2livre de H2 e O2 ou uma misturade Ar + 5% CH4.

Detector de Captura de Elétrons

Detector seletivo.

Sensível a moléculas que contêm:Halogênios;Nitrilas;Nitrocompostos;Compostos organometálicos.

Impurezas críticas no gás:Umidade.

Não destrutivo.

Cromatograma de contaminantes no ar atmosférico.

DIC

DCE1, 2, 3 - Hidrocarbonetos

aromáticos

4, 5, 6 - Hidrocarbonetosclorados

06. (Perito Federal 14/Nacional/Cespe/2004)

1. A dioxina é uma substância carcinogênica produzida como subproduto de processosindustriais que pode ser analisada por cromatografia gasosa com detector de capturaeletrônica.

Detector seletivo.

Princípio: detector porionização em chamamodificado, especialmentesensível a compostos quecontêm nitrogênio e fósforo.

Muito utilizado paraanálises de drogas,pesticidas e herbicidas.

Detector destrutivo.

Detector Termoiônico (Detector de Nitrogênio-

Fósforo)

Pérola de sal de metal alcalino:

RbCl (normal), KCl

COLETOR

FLAME TIP

BLOCO

AR

H2

COLUNA

Princípio: ocorre uma combustão no campo elétrico comemissão de luz de diversos comprimentos de ondas. Filtroseliminam as radiações desnecessárias, selecionando as deinteresse, em especial as que tenham S e P.

Detector seletivo.

Detector Fotométrico de Chama (FPD – Flame

Photometric Detector)

Detector destrutivo.

Exercícios07. (Perito Químico/PI/UEPI/2008) Em cromatografia gasosa, ascaracterísticas dos detectores são muito importantes. Na prática, nem todas ascaracterísticas podem ser atendidas por um único detector; então, escolhe-se odetector que melhor se adapta ao tipo de análise a ser realizada. Analise se osdetectores propostos são apropriados para as respectivas análises:I - Gases não-combustíveis - Detector de Ionização em chama (FID)II - Espécies tanto orgânicas quanto inorgânicas - Detector de Condutividadetérmica (TCD)III - Compostos contendo fósforo e nitrogênio - Detector de Captura de elétrons(ECD)IV - Halogênios, nitros, peróxidos - Detector Termoiônico (TID)V - Compostos sulfonados e fosforados - Detector Fotométrico de chama(FPD)São verdadeiras as afirmativas:a) I e IIIb) II e IIIc) III e IVd) II e Ve) IV e V

08. (Perito Bioquímico/Funcab/ES/2013)

09. (Perito Bioquímico/Funcab/ES/2013)

Cromatografia GasosaGráfico Sinal x Tempo =CROMATOGRAMAIdealmente: cadasubstância separadaaparece como um PICOno cromatograma.

Análise qualitativaO parâmetro diretamente mensurável de retenção de um analito é o TEMPODE RETENÇÃO:



Exemplo de Cromatograma de uma Amostra contendoCocaína

Exercícios10. (Químico/CEB/Funiversa/2010) A figura seguinte mostra, de forma esquemática,

um cromatógrafo à gás.

Com base no diagrama esquemático apresentado, assinale a alternativa quecorrelaciona corretamente as partes do cromatógrafo à gás.

(A) A: gás de arraste; B: injetor; C: coluna; D: forno; E: detector; F: registrador.(B) A: gás de arraste; B: injetor; C: forno; D: coluna; E: detector; F: registrador.(C) A: gás de arraste; B: injetor; C: coluna; D: forno; E: registrador; F: detector.(D) A: gás de arraste; B: injetor; C: forno; D: coluna; E: registrador; F: detector.(E) A: gás de arraste; B: injetor; C: coluna; D: detector; E: forno; F: registrador.

11. (QUÍMICO/UEL/SANEPAR/2013) Na análise de uma amostra contendo hexano,etanoato de metila e nitropropano, pretende-se separar os compostos porcromatografia em fase gasosa. Três fases estacionárias (A, B e C) estão disponíveis nolaboratório a seguir.

Em relação a essa análise, assinale a alternativa correta.a) A ordem de eluição dos compostos hexano, etanoato de metila e nitropropano éinalterada com a mudança da fase estacionária A pela C.b) Etanoato de metila e hexano serão coeluídos com uso de qualquer faseestacionária, A, B ou C.c) Se o objetivo é aumentar o tempo de retenção do nitropropano, é correto utilizar afase estacionária C.d) Fazendo uso da fase estacionária C, o tempo de retenção do hexano será maior queo do etanoato de metila.e) O tempo de retenção do nitropropano será menor que o do etanoato de metila se afase estacionária B for utilizada.

12. (Químico/FUB-DF/Cespe/2008)

A cromatografia gasosa pode ser usada no controle da poluição de ar,água e solo. Um exemplo disso é a análise de resíduos de pesticidas,herbicidas e fungicidas em água, solo, alimentos e bebidas. Acima éapresentado um cromatograma obtido a partir de uma mistura depesticidas, com N2 como gás de arraste. Julgue os itens subseqüentes,com relação ao método cromatográfico e ao cromatograma.1. Entre os pesticidas analisados, o lindano (1) apresenta maiorsolubilidade na fase estacionária.2. Na cromatografia gasosa, quanto mais volátil a substância, maior asua tendência de permanecer vaporizada, e mais rapidamente passarpela coluna.3. O cromatograma apresentado é resultado da análise de uma amostraconstituída por substâncias solubilizadas em água.4. O N2 não pode interagir nem com a amostra nem com a faseestacionária.5. O detector por captura de elétrons, usado na análise acima,apresenta seletividade a compostos com halogênios.

13. (Químico/CEB/Funiversa/2010) A cromatografia gás-líquido e acromatografia gás-sólido são os dois tipos de cromatografia gasosa.Nesse tipo de análise, os componentes de uma amostra são separadospela sua partição entre a fase móvel e a fase estacionária contida emuma coluna. Com relação à fase móvel e à fase estacionária, nacromatografia gás-líquido e gás-sólido, elas são, respectivamente,caracterizadas como(A) fase móvel gasosa, fase estacionária líquida e fase estacionárialíquida imobilizada na superfície de um suporte sólido.(B) fase móvel líquida, fase estacionária sólida e fase estacionária líquidaimobilizada na superfície de um suporte sólido.(C) fase móvel gasosa, fase estacionária sólida e fase estacionária líquidaimobilizada na superfície de um suporte sólido.(D) fase móvel líquida, fase estacionária líquida imobilizada na superfíciede um suporte sólido e fase estacionária sólida.(E) fase móvel gasosa, fase estacionária líquida imobilizada na superfíciede um suporte sólido e fase estacionária sólida.

14. (Analista Ambiental Químico/Funcab/Semarh GO/2010) Aoanalisar o cromatograma abaixo, obtido por cromatografia gasosa dealta resolução – CGAR – com a coluna em condição isotérmica, pode-seafirmar que uma melhor separação entre os picos 3 e 4 pode seralcançado com:

A) aumento da temperatura da coluna.B) diminuição na corrente do detector.C) aumento da quantidade de amostra injetada.D) diminuição da temperatura da coluna.E) aumento da vazão de gás de arraste.

Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC – HighPerformance Liquid Chromatography)

É um tipo de cromatografia líquida que emprega colunas recheadas(empacotadas) com materiais especialmente preparados e uma fasemóvel, eluída sob altas pressões.

A amostra é dissolvida em um solvente e introduzida na colunacromatográfica preenchida com a fase estacionária (FE). Um solvente(FM) é bombeado com vazão constante e desloca os componentes damistura através da coluna. Esses se distribuem entre as duas fases deacordo com suas afinidades. As substâncias com maior afinidade coma FE movem-se mais lentamente. Já as substâncias com poucaafinidade com a FE movem-se mais rapidamente. Ao sair da coluna,os componentes passam por um detector que emite um sinal elétricoo qual é registrado, constituindo um cromatograma.

Amostra deve ser solúvel na fase móvel e pode ser sólida ou líquida,iônica ou covalente e com constituintes de alto ou baixo massamolecular.

Cromatografia Líquida de Alta Performance Esquema Geral

Algumas considerações• A fase móvel deve ser desgaseificada para evitar a formação de

bolhas no processo de separação o que pode interferir nodesempenho da análise.

• Vazão constante oferecida pela bomba é essencial para qualquerseparação por HPLC. Alta pressão é necessária para impulsionar osolvente através da coluna cromatográfica vencendo a enormeresistência imposta pela fase estacionária.

• As colunas de guarda (guard columns) são, muitas vezes, empregadaspara proteger uma coluna analítica. Usualmente são feitas da mesmafase estacionária da coluna, com comprimento bastante inferior(geralmente inferiores a 5cm). Às vezes, essas colunas sãoerroneamente denominadas de pré-colunas, que eram empregadas,antigamente, em LC, para saturar a fase móvel com o material dacoluna, antes de ela entrar na coluna analítica.

Cromatografia Líquida de Alta Performance

Modos de Operação da Cromatografia Líquida Moderna

a) IsocráticaA composição da fase móvel é mantida constante durante toda análisecromatográfica. Nesse caso utiliza-se apenas uma bomba.b) GradienteQuando a composição da fase móvel varia ao longo da separação

ColunasTubos de aço preenchidos com afase estacionária.Diâmetro usual da coluna: 4,6 mmTamanhos variáveis: 5 – 25 cm

Tipos Básicos de LC

Função do detector: identificar a presença de substâncias deinteresse que estejam eluindo da coluna cromatográfica.

Alguns tipos● Índice de refração● UV/Visível● Fluorescência● Eletroquímico● Espectrometria de massas

Detectores

Detectores

Comparação entre as características da GC e da HPLC

Fator GC HPLC

Requisitos para a amostra Amostra (ou derivado) volátile termicamente estável

Amostra solúvel na fase móvel

Tipos de amostra Gases, líquidos e sólidosMM: 2 a 1200

Líquidos e sólidos (iônicos oucovalentes)MM: 32 até 4.000.000

Quantidades mínimasdetectáveis

10-10 g a 10-13 g 10-10 g a 10-12 g

Número de pratos por coluna 2.000 (colunas recheadas)50.000 (colunas capilares)

5.000 – 25.000 (colunasrecheadas)

Capacidade preparativa Pobre, necessitando demúltiplas injeções

Boa, com facilidade de coletae capacidade de mecanização

Capacidade analítica Excelente, separação deamostra com até 200componentes

Excelente, separação de até100 componentes em umaamostra

15. (QUÍMICO/CONSULPLAN/DEMAE RS/2011) Quando se tem queescolher o tipo mais apropriado de coluna para técnicas decromatografia com fase líquida, é necessário conhecer as característicasfísicas da amostra e o tipo de informação desejada. Se a amostra forsolúvel em água, com características iônicas e com massa molecularmenor que 2.000g/mol, é comum escolher a coluna do tipoA) exclusão molecular. D) sólido líquido.B) fase ligada. E) troca iônica.C) fase reversa.16. (QUÍMICO/COPSET/UFPE/2013) A cromatografia líquida de altaeficiência (CLAE) e a cromatografia gasosa (CG) são ferramentasanalíticas eficientes, altamente seletivas e amplamente aplicadas. Sobreesses métodos de separação, analise as proposições a seguir.1) A CLAE pode separar os compostos não voláteis e termicamenteinstáveis, e pode ser aplicada de forma geral a íons inorgânicos.

2) A CG emprega equipamento simples e de baixo custo, é rápida, temalta resolução quando utilizada com colunas capilares, e pode serinterfaceada aos espectrômetros de massa.3) A CLAE e a CG necessitam de pequena quantidade de amostra, masnão podem ser adaptadas à análise quantitativa.Está(ão) correta(s):A) 1, 2 e 3.B) 1 e 2, apenas.C) 2 e 3, apenas.D) 1 e 3, apenas.E) 1, apenas.17. (Químico MAPA/Cespe/2001) A metodologia analítica para adeterminação de aflatoxinas em alimentos e rações envolve as etapasde extração das aflatoxinas, limpeza da matriz, separação porcromatografia e quantificação das aflatoxinas. Com respeito àsmetodologias de análise de aflatoxinas, julgue os itens subsequentes.

1) As aflatoxinas são moléculas de alta polaridade, sendo recomendadaa extração das mesmas por meio do uso de solventes, como oclorofórmio.2) No processo de limpeza da matriz, pode-se utilizar materiaisadsorventes como sílica e celite, que se ligam a componentes doalimento.3) Na técnica de cromatografia líquida de alta eficiência, utilizada naanálise de aflatoxinas, a alta resolução deve-se principalmente aotamanho da coluna cromatográfica.4) A técnica de cromatografia de camada fina, utilizada para separar asaflatoxinas, diferencia-se da cromatografia em coluna pelo fato deutilizar um líquido como fase móvel.18. (Perito Químico/PE/IPAD/2006) A cromatografia líquida de altaeficiência vem sendo muito aplicada na química forense. Sobre essatécnica, é incorreto afirmar que:A) as fases móveis utilizadas devem possuir alto grau de pureza e estarlivres de gases dissolvidos, por isso, antes do uso, devem ser filtradas edesgaseificadas.

B) as separações podem utilizar diferentes detectores, tais como, deultravioleta, o mais utilizado, de índice de refração, de fluorescência eeletroquímicos.C) a bomba deve proporcionar ao sistema uma vazão pulsada, com altareprodutibilidade, possibilitando a eluição da fase móvel a um fluxoadequado.D) as colunas utilizadas são geralmente de aço inoxidável, possuindocomprimento variável e diâmetro interno de cerca 0,45 cm paraseparações analíticas e na faixa de 2,2 cm para preparativas.E) a técnica faz uso de bombas de alta pressão para a eluição da fasemóvel, devido à baixa permeabilidade dos suportes, que apresentampartículas diminutas, responsáveis pela alta eficiência.

19. (Analista de Saúde Químico/Funcab/SES GO/2010) Sobre osMétodos Cromatográficos, assinale a alternativa correta.A) Na CLAE, a escolha da vazão da fase móvel não tem influência notempo de retenção do composto.B) Podem acompanhar as separações químicas devido às diferentestaxas de migrações em dadas colunas e fase móvel. O grau de separaçãodos componentes é determinado pela escolha adequada das fasesmóvel e estacionária.C) Amostras que têm interações mais fortes com a fase móvel do quecom a fase estacionária eluirão da coluna mais vagarosamente, e,portanto terão tempo de retenção maiores.D) Ao utilizar uma fase estacionária polar e uma fase móvel menospolar, os compostos hidrofílicos eluirão mais rapidamente que oscompostos hidrofóbicos.E) Análises por cromatografia gasosa possuem um baixo poder deresolução, mas possibilidade de detecção em escala de nano apicogramas.

20. (Analista de Saúde Químico/Funcab/SES GO/2010) Uma coluna de fasereversa em Cromatografia Líquida de Alta Eficiência tem como finalidade fazera separação de:A) cátions.B) ânions.C) compostos apolares.D) compostos polares.E) gases.21. (Químico/Funcab/Pref Serra ES/2011) A Cromatografia Líquida de AltaEficiência (CLAE) é uma técnica cromatográfica que se distingue por usar a fasemóvel à alta pressão. Uma vantagem da CLAE sobre a cromatografia gasosa, éa:A) melhor relação custo/benefício.B) maior sensibilidade de detecção.C) capacidade de avaliação de compostos polares não derivatizados.D) maior velocidade de obtenção de resultados.E) capacidade de avaliar maior número de compostos químicos.

22. (Analista Ambiental Químico/Funcab/Semarh GO/2010) Acerca datécnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência, pode-se afirmarque:A) os detectores de fluorescência e os de índice de refração podemdetectar quantidades na ordem de picograma.B) a linearidade é a faixa linear do sistema, onde o sinal do detector éinversamente proporcional à concentração do soluto.C) o recheio da coluna é utilizado geralmente uma só vez, porque parteda amostra usualmente se adsorve de forma irreversível.D) as colunas são muito eficazes, entretanto oferecem pouca resistênciaà vazão da fase móvel.E) as colunas utilizadas são geralmente de aço inoxidável, possuindocomprimento variável e diâmetro interno de cerca 0,45 cm paraseparações analíticas e na faixa de 2,2 cm para as preparativas.

23. (Perito Criminal/Ciências Biológicas, Química, Farmácia eBioquímica/Funiversa/DF/2012) A química analítica está presente emdiversas áreas do conhecimento, como, por exemplo, na biologia, na física,nas engenharias, na agricultura e em outras. A sua grande aplicação está nadeterminação de resíduos contaminantes do meio ambiente, dos alimentosetc. Considerando o texto, assinale a alternativa correta.(A) A cromatografia líquida de alta eficiência é usada, principalmente, paraa determinação de compostos voláteis.(B) A pré-coluna é empregada para facilitar a entrada da amostra noinjetor automático de um cromatógrafo líquido.(C) A fase estacionária mais comum utilizada nas colunas paracromatografia líquida é a C-18, que contém um grupo alquil de 18 carbonosligado à superfície da sílica.(D) Os detectores de UV/visível e fluorescência são os mais indicados paraa cromatografia gasosa.(E) A escolha da fase móvel, na cromatografia líquida, independe do tipode analito que se pretende quantificar.

24. (Perito Criminal Federal/Farmácia/Cespe/2013) Julgue os itenssubsequentes, relativos à identificação, em laboratório, da naturezaquímica de determinada amostra de pó branco extraída com umamistura de metanol/acetato de etila.1. Suponha que as substâncias presentes na amostra não apresentem Rfcomparáveis com os padrões analíticos disponíveis no laboratório. Nessasituação, deve-se analisar o extrato por cromatografia gasosa, que é atécnica recomendada para análise direta de compostos polares.2. Considere que a análise do extrato da amostra, feita porcromatografia gasosa com a utilização dos detectores de captura deelétrons e de fotometria de chama, não seja capaz de acusar a presençade duas substâncias, A e B, previamente identificadas nessa amostra.Nessa situação, como esses detectores são mais sensíveis a compostosque contêm cloro, enxofre ou fósforo, é correto concluir que assubstâncias A e B não contêm esses elementos em suas estruturasquímicas.

3. As colunas cromatográficas capilares para cromatografia gasosa, quepodem ser utilizadas na análise do extrato da amostra, sãonormalmente constituídas por sílica fundida ligada a uma faseestacionária líquida.

GabaritoTécnicas Cromatográficas

01.A 02.E 03.E 04.E 05.C 06. C 07.D 08.D 09.D 10.A 11.C12.ECECC 13.E 14.A 15.E 16.B 17.ECEE 18.C 19.B 20.C 21.C22.E 23.C 24. ECC

Espectrometria de Massas

O princípio básico da espectrometria de massas (MS) égerar íons gasosos a partir de compostos orgânicos einorgânicos por um método adequado de ionização, separá-los por suas m/z (razão massa/carga) e detectá-losqualitativamente e quantitativamente por suas respectivasm/z e abundância relativa.

Tipos

a) Atômica

b) MolecularObs.: diferentes de outras técnicas, MS não envolve uma regiãoespecífica do espectro eletromagnético. Portanto não é uma técnicaespectroscópica.

Espectrometria de Massas

Diagrama de um espectrômetro de massas

Diagrama e exemplos de componentes de umespectrômetro de massas

Obs.: os espectrômetros de massas mais comuns operam interfaceadoscom cromatógrafos

Representação ilustrada de um espectrômetro de massas acoplado a um CG.

Obs.: GC/MS é um exemplo de método hifenadoCombinação de duas técnicas instrumentais que, de alguma forma,

produzem resultados analíticos superiores aos obtidos pelos métodosoriginais individuais.

Exemplo de HS-GC/MS

Fontes de Ionização

A fonte de ionização gera íons em fase gasosa a partir de moléculas emfase sólida, líquida ou gasosa (dependendo da fonte). A ionização podegerar íons positivos e/ou negativos.

Alguns Exemplos de Fontes de Íons para Espectrometria de Massas

Onde Fontes de Fase GasosaA amostra é primeiro vaporizada e, então, ionizada. Fontes de DessorçãoA amostra no estado sólido ou líquido é convertida diretamente nos íonsgasosos.

Tipo Básico

Fase Gasosa

Dessorção

Nome e Acrônimo Método de Ionização Tipo de Espectros

Impacto de elétrons (EI) Elétrons energéticos Padrões defragmentação

Ionização Química (CI) Íons gasosos reagentes Adutos de prótons,poucos fragmentos

Ionização por Eletrospray(ESI)

O campo elétrico produzspray carregado comdessolvatos

Íons moleculares decarga múltipla

BombardeamentoRápido de Átomos (FAB)

Feixe atômico energético Íons moleculares efragmentos

Dessorção-IonizaçãoAssistida por Matriz(MALDI)

Fótons de alta energia Íons moleculares, íons decarga múltipla

Fonte de Impacto de Elétrons (EI)A amostra é levada a uma temperatura suficientemente alta paraproduzir um vapor molecular, o qual é, então, ionizado pelobombardeamento das moléculas com um feixe de elétrons energéticos

Exemplo de Fonte de Ionização para Espectrometria deMassas

M(gas) + e- (70 eV) M+ + 2 e-

Exemplo de espectro de massas molecular com fonte deionização do tipo impacto de elétrons

Onde: Pico base → corresponde a um fragmento da molécula que, geralmente, possui umamassa menor do que a massa molecular do composto original e que é atribuído arbitrariamenteum valor de 100 de abundância relativa.Pico do íon molecular → ocorre em uma massa correspondente à massa molecular do analito.

Exemplo de um Espectro de Massas de uma Amostracontendo Cocaína

Características da Fonte por Impacto de Elétrons EI é bastante popular: classificada como fonte dura (muita

fragmentação); produz tanto o íon molecular (informaçãosobre a massa) como também fragmentos (informaçãosobre a estrutura); espectros reprodutíveis; bibliotecas deespectros de EI a 70 eV; estável; fácil de operar; altadetectabilidade. Aplica-se a moléculas de média e baixa polaridade e baixo

peso molecular (~500u), voláteis e termoestáveis:moléculas orgânicas relativamente pequenas. Íon molecular pode ser de difícil identificação. Fragmentação pode ser extensa (moléculas maiores)

dificultando a interpretação.

Ionização por Eletrospray (ESI)Uma solução da amostra é bombeada através de uma agulha capilar deaço inoxidável. A agulha é mantida a vários kilovolts com relação aoeletrodo cilíndrico que a circunda. A nuvem carregada resultante,constituída de finas gotículas, passa então, através de um capilar dedessolvatação, onde ocorre a evaporação do solvente e a ligação dacarga às moléculas do analito. À medida que as gotículas se tornammenores, como consequência da evaporação do solvente, suasdensidades de carga tornam-se maiores até que, em um ponto chamadolimite de Rayleigh, a tensão superficial não pode mais suportar a carga.Neste ponto ocorre a chamada explosão Coulombica, e a gota divide-seem gotículas menores. Estas pequenas gotas podem repetir o processoaté que todo o solvente seja removido do analito, resultando em umamolécula do analito com carga unitária e/ou múltipla.

Ionização por Eletrospray (ESI)

Características da Fonte de Ionização por Eletrospray VantagensAmostras não-voláteis e polaresIonização “branda” a pressão atmosféricaAnálise de compostos de elevado peso molecularAcoplamento com HPLC e eletroforese capilar LimitaçõesEspécies multiplamente carregadas exigem transformaçõesmatemáticas para interpretação do espectroComplementar à APCI. Não ideal para compostos nãocarregados, não básicos e de baixa polaridade, comoesteróides

Exemplo de espectro de massas molecular com fonte deionização do tipo eletrospray (ESI)

ESI(+) MS do Sildenafil ( MH+ m/z= 475 Da)

Exemplo de espectro de massas molecular com fonte deionização do tipo eletrospray (ESI)

ESI(+) MS da proteína Mioglobina ( m/z= 16881 Da)

Exercícios01. (ANALISTA QUÍMICO/FEPESE/CELESC/2013) Assinale a alternativa queapresenta os principais constituintes de um espectrômetro de massas.a. Fonte de íons; policromador; analisador de massas; célula de reação;detector.b. Sistema de introdução de amostras; fonte de íons; analisador de massas;detector.c. Sistema de introdução de amostras; fonte de radiação; monocromador;detector.d. Sistema de ablação a laser; célula de reação; colimador iônico; detector.e. Plasma indutivamente acoplado; policromador; sistema focalizador;detector.

02. (QUÍMICO/CONSULPLAN/DEMAE RS/2011) “A fonte de íons de todosos espectrômetros de massas é usada apenas para gerar íons em fasegasosa derivados do material de partida.” Qual destas fontes de íons utilizadasem espectrometria de massas possui fase gasosa?A) Dessorção por plasma. D) Interface de feixe de partículas.B) Fonte de centelhamento. E) Nebulização térmica.C) Impacto de elétrons.

03. (ANALISTA QUÍMICO/FEPESE/CELESC/2013) Espectrômetros de massapodem ser utilizados como detectores em cromatografia a gás, fornecendo, além dedados numéricos necessários às análises quantitativas, informações estruturais sobre asdiferentes espécies separadas na coluna cromatográfica. Assinale a alternativa na qual ésucintamente descrito o funcionamento de um espectrômetro de massa com ionizaçãopor impacto de elétrons, tipicamente utilizado associado à cromatografia a gás.a. Os analitos são misturados a um gás reagente aquecido e posteriormente dissolvidosem um líquido, produzindo uma solução condutora. A medida da alteração dacondutividade da solução fornece dados quantitativos sobre o analito.b. As moléculas provenientes da coluna são ionizadas por incidência de fótons UV. Osíons e elétrons produzidos são coletados em um par de eletrodos, e a correntedecorrente do processo é medida.c. O analito previamente separado na coluna cromatográfica é ionizado, e as espéciesdecorrentes do processo de ionização são separadas com base na razão massa/carga peloanalisador de massas, para então serem detectadas.d. O eluente da coluna sofre combustão em uma chama formada por ar e hidrogênio.Os íons resultantes deste processo geram uma corrente elétrica, que é proporcional àquantidade de analito presente.e. Os analitos provenientes da coluna são atomizados em um plasma de argônio. Osfótons decorrentes do processo são coletados em um fotomultiplicador, produzindocorrentes elétricas proporcionais às concentrações das espécies eluídas.

Analisadores de Massas

Dispositivos que separam íons com diferentes razõesmassa/carga.

Exemplo de Analisador de MassaQuadrupoloEm um dado momento todos os íons, exceto aqueles que possuem umvalor determinado de m/z, atingem as barras e são convertidos emmoléculas neutras.

Características do Analisador Quadrupolo Baixa resolução: resolução "unitária“ Detectabilidade relativamente baixa. Baixo custo, simples, robusto e pequeno: 20 cm. Varreduras rápidas. Facilmente acoplados entre si (QqQ e QqQqQ) e afins:

BEQ, Q-ICR, Qtrap, etc... Bom para análise quantitativas.Onde: Resolução → Capacidade de um espectrômetro demassas de diferenciar massasR= m/∆m sendo: ∆m a diferença de massas entre dois picosadjacentes que estão suficientemente separados e m é amassa nominal do primeiro pico

Exemplo de Analisador de Massa

TOF (Time of Flight)Os íons produzidos na fonte de ionização são acelerados porum pulso de campo elétrico de 103 a 104V. As partículasaceleradas passam por um tubo de deriva, livre de campo, decerca de um metro de comprimento. Como todos os íons queentram no tubo têm, em condições ideais, a mesma energiacinética, suas velocidades no tubo devem variar inversamentecom suas massas e as partículas mais leves chegam nodetector antes das partículas mais pesadas.

Tempo de voo (TOF)

Tipos:a) Linear → baixa resolução (100 a 400)

Tempo de voo (TOF)

b) Refletor → alta resolução

Características do Analisador TOF Analisador pulsadoTOF's lineares: baixa resolução. TOF's com reflector:alta resolução.Simplicidade, baixo custo relativo, fácil

manutenção.Intervalo de massas praticamente ilimitado (ampla

faixa dinâmica de trabalho).Alta velocidade de aquisição de dados.

04. (Químico/CEB/Funiversa/2010) Espectrometria de massas é uma técnica paramedição de massas e abundância de átomos e moléculas, passando um feixe de íonspor meio de um campo magnético. Acerca dessa técnica analítica, assinale aalternativa correspondente à sequência correta das etapas envolvidas em uma análisepor espectrometria de massas.(A) Conversão dos átomos em uma corrente de íons, atomização, separação dos íonsformados de acordo com suas razões massa/carga (m/z) e contagem do número deíons de cada tipo.(B) Atomização, conversão dos átomos em uma corrente de íons, separação dos íonsformados de acordo com suas razões massa/carga (m/z) e contagem do número deíons de cada tipo.(C) Conversão dos átomos em uma corrente de íons, atomização, contagem do númerode íons de cada tipo e separação dos íons formados de acordo com suas razõesmassa/carga (m/z).(D) Atomização, conversão dos átomos em uma corrente de íons, contagem donúmero de íons de cada tipo e separação dos íons formados de acordo com suasrazões massa/carga (m/z).(E) Conversão dos átomos em uma corrente de íons, separação dos íons formados deacordo com suas razões massa/carga (m/z), atomização e contagem do número deíons de cada tipo.

05. (Químico/CEB/Funiversa/2010) Com base nas vantagens daespectrometria de massa, técnica usada para o estudo das massas dosátomos, moléculas ou fragmentos de moléculas, assinale a alternativaque não corresponde a essa análise instrumental.(A) A espectrometria de massa é uma técnica largamente utilizada pelosquímicos somente na análise de moléculas de tamanho grande.(B) O grande avanço na área de espectrometria de massa ocorreu com odesenvolvimento da técnica de ionização por spray eletrostático.(C) Com o desenvolvimento da espectrometria de massa, essa técnicapassou a ser largamente usada no estudo de macromoléculas biológicas,principalmente no estudo de proteínas.(D) O método é tão sensível que hoje é usado rotineiramente na análisede substâncias em baixa concentração, como no caso de doping,controle de alimentos e contaminação ambiental.(E) Com a espectrometria de massa, é possível identificar as proteínasem baixa concentração e em poucos dias, ao contrário dos métodosbioquímicos tradicionais que podem levar meses ou anos.

06. (Químico/Funcab/Pref Serra ES/2011) Diversas técnicas analíticasinstrumentais podem ser utilizadas para a identificação de compostosorgânicos. Sobre algumas dessas técnicas, assinale a opção correta.A) A finalidade de uma coluna de fase reversa em Cromatografia Líquidade Alta Eficiência é fazer a separação de compostos polares.B) A Espectroscopia na região do Infravermelho é uma das técnicas maiseficientes para identificação de grupos funcionais em compostosorgânicos. No entanto, essa técnica encontra limitações por ser ummétodo de análise apenas qualitativa.C) A Espectrometria de Massas permite a identificação de compostosbaseando-se no estudo dos fragmentos gerados pela decomposiçãotérmica do analito.D) Utilizando Ressonância Magnética Nuclear pode-se distinguirfacilmente átomos de hidrogênio aromáticos de alifáticos.E) Tempo de retenção é definido, nas diversas técnicas cromatográficas,como o tempo de permanência do eluente na fase estacionária.

07. (Analista de Saúde Químico/Funcab/SES GO/2010) A respeito daEspectroscopia de Massa, é INCORRETO afirmar que:A) os agentes ionizantes empregados requerem amostras,exclusivamente, em fase gasosa.B) o requisito básico para análise é a formação de íons livres em fasegasosa. Para isso, alguma forma de energia é transferida à amostra paracausar a sua ionização.C) a aparência do espectro de massa de uma espécie molecular, assimcomo o alcance e a unidade do método, é determinado pelo processode ionização.D) é uma técnica analítica usada para obter informações sobre aestrutura molecular de compostos orgânicos, composição elementar deamostras, composição qualitativa e quantitativa de misturas complexas.E) são consideradas vantagens da técnica: limite de detecção menor,espectros simples e de fácil interpretação, possibilidade de medir razõesisotópicas atômicas e possibilidade de determinar quase todos oselementos da tabela periódica.

08. (Perito Criminal/SP/PC-SP/2008) Em uma análise emespectrometria de massas existem algumas etapas essenciais paraidentificação de elementos presentes em uma amostra. Dentre ascitadas abaixo, qual não faz parte desta técnica?a) Formação de feixe de íons.b) Atomização.c) Razão m/z (massa/carga).d) Excitação por arco elétrico.e) Transdutor.09. (Iquego/UEG/2005) A espectrometria de massas, entre todas asferramentas analíticas disponíveis nos laboratórios para os analistas, étalvez a de mais ampla aplicabilidade, o sentido de que a técnica é capazde fornecer várias informações sobre a amostra em análise. A figuraabaixo ilustra o modo pelo qual os dados de espectros de massa sãoapresentados.

Considerando o gráfico acima e os conhecimentos sobre a técnica deespectrometria de massas, marque a alternativa correta:a) O pico em A representa o pico do íon molecular.b) O pico em B representa o pico base.c) Quando se deseja analisar amostras não voláteis e instáveis termicamente, éadequado gerar os íons gasosos do analito pelo método de dessorção.d) Os espectros de massa resultantes da ionização por impacto de elétrons,geralmente, levam à alta fragmentação da molécula. Do ponto de vistaanalítico, isso é uma vantagem, pois amplifica a intensidade do íon molecular.

10. (Inmetro/Pesquisador Tecnologista/Ciências Forenses/Cespe/2010) Umdos objetivos da investigação a respeito das causas de um incêndio édeterminar se líquidos inflamáveis (aceleradores), como querosene, dísel egasolina, foram usados deliberadamente para acelerar a propagação doincêndio. Com relação a esse assunto, assinale a opção correta.A. Uma técnica muito utilizada para detectar a presença desses aceleradoresno material colhido no local onde o fogo ocorreu é HPLC-MS/MS, apósextração com solvente orgânico.B. Em equipamentos CG-MS/MS utilizados para análise de combustíveis, aionização no espectrômetro de massa é por eletronebulização.C. Um detector apropriado para análise dos referidos aceleradores porcromatografia gasosa é o ECD.D. A sequência de eluição de compostos voláteis analisados por cromatografiagasosa depende do ponto de ebulição. Quanto mais polar for a substânciaanalisada, menor será o seu tempo de retenção no sistema cromatográfico.E. Na técnica de headspace, o material sólido colhido no local do incêndiopode ser colocado dentro de um recipiente fechado aquecido, e a fase devapor, diretamente injetada no cromatógrafo a gás para análise.

Gabarito – Espectrometria de Massas01.B 02.C 03.C 04.B 05.A 06.D 07.A 08.D09.C 10.E

química analítica para o concurso de perito criminal … · e. na cromatografia por afinidade, a...

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