Princípios de Cromatografia, Esquemas de Destilação

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14/06/2016 Mauricio X. Coutrim

CROMATOGRAFIA

Princípios de

Cromatografia

QUI

Definição:

Separação dos componentes de uma mistura

através da distribuição destes entre duas

fases – uma estacionária e uma móvel.

CROMATOGRAFIA

Princípio

CROMATOGRAFIA É UMA TÉCNICA DE

SEPARAÇÃO (com diversos mecanismos)

HISTÓRICO Cromato = cor / grafia = registro

CROMATOGRAFIA

Método de Separação

SEPARAÇÃO DE PIGMENTOS DE VEGETAIS (Fonte: Portal do Professor – MEC)

14/06/2016 Mauricio X. Coutrim

CROMATOGRAFIA

Princípio

A fase móvel passa pela fase estacionária que pode estar dentro de uma coluna (cromatografia em coluna) ou sobre uma placa (cromatografia planar) e os componentes da mistura são separados

pela diferença de afinidade

pelas duas fases.

(cromatografia em coluna)

CROMATOGRAFIA

COMO FUNCIONA?

O PROCESSO CROMATOGRÁFICO

Exemplo 1: simples ilustração do processo da

cromatografia em coluna

https://www.youtube.com/watch?v=0m8bWKHmRMM (1:11’)

Exemplo 2: o processo da cromatografia em

coluna em fase gasosa de alta eficiência (coluna

capilar)

https://www.youtube.com/watch?v=piGSGkcwFAw (4:18’ a 6:21’)

Cromatograma = gráfico de sinal vs tempo.

TEORIA BÁSICA

Cromatograma

Cromatograma de ânions em amostra de leite dialisado, contendo 9,88 mg/L de cloreto, 17,40 mg/L de fosfato e 1,09 mg/L de sulfato (após a diluição da amostra). Coluna: Metrosep A Supp 5-100, elunte 3,2 mmol/L de carbonato de sódio e 1,0 mml/L de bicarbonato de sódio. Fluxo de 0,7 mL/min. Temperatura da coluna: 30oC. Volume de injeção de 20 μL. Solução aceptora: água ultrapura. (fonte: http://www.metrohm.com.br/news/MateriaLeite.html)

Cromatograma de uvas da casta Alvarinho. Componentes orgânicos voláteis do suco de uvas (fração headspace) responsáveis pela característica sensorial da fruta separados por cromatografia em fase gasosa (18 compostos são assinalados no cromatograma). (fonte: http://www.vinalia.com.pt/servicos2)

TEORIA BÁSICA

Constante de Distribuição, KC

Coluna cromatográfica: série de estágios independentes onde acontece o equilíbrio entre o analito dissolvido na Fase Estacionária e na Fase Móvel

Ocorre um “quase - equilíbrio” entre o analito sorvido na FE e dissolvido na FM (gás de arraste).

  M

S C

A

A

K 

KC = Constante de Distribuição

[A]S = concentração do analito na FE [A]M = concentração do analito na FM

MENOR RETENÇÃO !!!

Volatilidade [A]M

Afinidade pela FE [A]S

TEORIA BÁSICA

Fator de Retenção, k

Exprimindo o equilíbrio em termos da MASSA do analito em cada fase, ao invés da concentração:

M

S

W

W

k 

FATOR DE RETENÇÃO, k: razão entre as massas de analito contidas na FE (Ws) e no gás de arraste (WM)

S

M

V

V

RAZÃO DE FASES, : razão entre  

volumes de FE e gás de arraste na coluna

A migração de um analito

pela coluna provoca

inevitavelmente o

alargamento da sua banda :

TEMPO

Menor eficiência

vs

Maior eficiência

EFICIÊNCIA Capacidade de eluição com o mínimo de

dispersão do analito.

TEORIA BÁSICA

Eficiência de Sistemas Cromatográficos

TEORIA BÁSICA

Quantificação da Eficiência: Pratos Teóricos

A teoria da separação pode ser explicada

por uma analogia com processos de

destilação e extração em contra-corrente.

Foi proposta por Martin & Singer em 1941.

A eficiência da separação pode ser

medida por um parâmetro:

Prato Teórico.

Colunas de destilação de uma refinaria

Prato da torre de destilação

Altura do prato

TEORIA BÁSICA

Quantificação da Eficiência: Pratos Teóricos

Supondo a coluna cromatográfica como uma série de estágios separados onde ocorre o equilíbrio entre o analito, a FE e o gás de arraste:

Cada “estágio” de equilíbrio é chamado de PRATO TEÓRICO

O número de pratos teóricos de uma coluna (N) pode ser calculado por:

Coluna mais

eficiente

tR

wb

N

O NÚMERO DE PRATOS TEÓRICOS EFETIVOS (Nef) É OBTIDO UTILIZANDO O TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO (tR ’) NA FÓRMULA

TEORIA BÁSICA

Determinação da Eficiência

A eficiência com que um

sistema (FE sob certas

condições) elui um analito

pode ser medida pelo número

de pratos teóricos utilizados

para essa eluição.

Avaliação da eficiência de uma coluna separar dois analitos diferentes com o mesmo tempo de retenção

2

2

TEORIA BÁSICA

Quantificação da Eficiência: Pratos Teóricos

AVALIANDO APRENDIZADO

dC (mm) df (um) H (^) (mm) 0,10 0,25 0, 0,25 0,25 0, 0,32 0,32 0, 0,32 0,50 0, 0,32 1,00 0, 0,32 5,00 0, 0,53 1,00 0, 0,53 5,00 0, 2,16 10% 0, 2,16 5% 0,

Capilares, L = 30 m

Empacotadas, L = 2 m

A PARTIR DA TABELA AO

LADO DETERMINE O TEMPO

DE RETENÇÃO DO ANALITO

UTILIZADO PARA A OBTENÇÃO

DE “H” CONSIDERANDO QUE A

LARGURA DO PICO SEJA

NUMERICAMENTE IGUAL A dC,

EM MINUTOS.

tR (min) 15, 27, 30, 29, 25, 21, 35, 27, 32, 34,

TEORIA BÁSICA

Avaliação da Separação

RESOLUÇÃO

A separação completa e efetiva de dois picos cromatográficos depende simultaneamente das suas retenções (a= f(tR1, tR2)) e das suas larguras (H = f(tR, wb)):

RESOLUÇÃO Rs expressa

a separação efetiva entre

dois picos adjacentes