Varian - Curso Cromatografia Em Fase Gasosa 412i2z

CURSO BÁSICO DE CROMATOGRAFIA EM FASE GASOSA

Separação dos componentes da amostra

Técnicas de Cromatografia

O Sistema GC

Cromatograma

O que analisar? • Compostos voláteis de pontos ebulição de até 350oC e pesos moleculares menores que 500. • Compostos que possam derivados voláteis.

produzir

• Compostos termicamente nas condições de trabalho.

estáveis

Algumas Aplicações • INDÚSTRIA PETROQUÍMICA • ALIMENTOS E BEBIDAS • BIOCIDAS • MEDICAMENTOS • MEIO AMBIENTE

Seletividade da Coluna

a = t´R2 / t´R1 a > 1 ... separação aceitável

Eficiência da Coluna

coluna empacotada: Neff = 5.54 (tR / W)2 coluna capilar: Neff = 5.54 (t´R / W)2 t´R = tempo de retenção ajustado W = largura do pico a meia altura

Resolução

R = 1.18 DtR / (W1+W2)

Resolução Vs Seletividade, Capacidade e Eficiência

Formato Ideal do Pico (Gaussiana)

Distribuição estatística das moléculas

Fatores que influenciam a Eficiência da Coluna A. Difusão por Turbilhonamento (efeito dos múltiplos caminhos)

B. Difusão longitudinal

C. Resistência a transferência de massa

Equação de Van Deemter HETP = A + B/m + Cm Onde A = difusão de eddy B = difusão longitudinal C = resistência a transferência de massa m = velocidade linear do gás de arraste

Medida de HETP

HETP = L / Neff onde L = comprimento da coluna Neff = número efetivo de pratos teóricos

Efeito do gás de arraste na eficiência

Vantagens da CG Capilar Colunas Empacotadas comprimento da coluna, m diâmetro interno, mm pratos por segundo pratos por metro pratos por coluna

2-3 2-4 5-20 1500-2500 3000-7500

Colunas Capilares 15-100 0.1-0.8 50-200 3000-4000 50000-500000

Empacotada X Capilar

Separação de C14, C15 e C16 (1, 2 e 3) numa coluna empacotada (esquerda) e numa coluna capilar (direita)

Instrumentação Básica de CG • Suprimento e Controle do Gás de Arraste • Injetores • Colunas / Materiais • Instalação de Colunas • Detetores • Dispositivos de Saída de Dados

Fase Móvel – Características • Pureza do Gás • Compatibilidade com o detector • Custo • Eficiência (H2 e He) • Utilização de filtros

Suprimento e Controle do Gás de Arraste (Colunas Capilares) Detetor Gás de Arraste

Gases Combustíveis

TCD

ECD

He N2 H2 Ar

N2 H2 He

FID TSD He N2 H2

H2 Air

He N2

H2 Air

PFPD ELCD N2 H2 He

He

H2 Air

H2 Air

PID He N2

Gases - Filtros FILTROS

DESCRIÇÃO

P/N

UMIDADE

PENEIRA MOLECULAR REMOVE VAPOR DE ÁGUA

17971

CARVÃO

CARVÃO ATIVO REMOVE CONTAMINANTES ORGÂNICOS

17972

OXIGÊNIO

CATALISADOR REMOVE OXIGÊNIO E VAPOR DE ÁGUA REQUERIDO PARA ECD INSTALADO ENTRE FILTRO DE UMIDADE E GC

17970

Medida da Velocidade de Fluxo da FM m = L (cm) / t0 (seg) Onde: L = comprimento da coluna t0 = tempo do pico não retido Compostos não retidos recomendados: Air – TCD, MS Butano – FID, TCD Cloreto de Metileno* - ECD Acetonitrila* - TSD * Vapor de Headspace

Dispositivos de Injeção

• Injetores para Colunas Empacotadas • Injetores Capilares • Válvulas de Amostragem de Gás

Injetores

• Injetores para Colunas Empacotadas e Megabore

• Injetores para Colunas Capilares

Injetores para Colunas Empacotadas • Injeção On-Column • A amostra líquida é injetada diretamente na cabeça da coluna. • A coluna é instalada até encostar no septo. O empacotamento é retirado da entrada da coluna. • Elimina perdas • Possibilita um largo intervalo de volatilidade de amostras • Melhor para amostras limpas e diluídas

On-Column

1041 Packed Column Injector

Injetores para Colunas Empacotadas

• Injeção Flash Vaporization • A amostra vaporiza no “liner”(insersor) de vidro. • A coluna e conectada abaixo do injetor. • O injetor deve estar pelo menos 50o C acima da temperatura do forno da coluna. • Para amostras concentradas ou sujas.

Flash Vaporization

Injetores para Colunas Capilares • Injeção On-Column • Apenas para colunas mega-bore (ID> 0.53 mm) • Permite a injeção lenta de grande volume (> 2µl) de amostras diluídas. • Temperatura de injetor relativamente baixa deve ser utilizada.

On-Column Capilar

Injetores para Colunas Capilares • Injeção Flash Vaporization • A amostra vaporiza no “liner”(insersor) de vidro. • A extremidade da coluna fica pressionada contra uma restrição.Nas colunas mega bore esta restrição fica na porção mais baixa do insersor. Para colunas mais finas a restrição fica na parte superior. • O injetor deve estar pelo menos 50o C acima da temperatura do forno da coluna. • Para amostras concentradas ou sujas.

Flash Vaporization (Capilar)

Injeção Split/Splitless Split Splitless Splitter Razão de Split Purga de Septo

Splitter

Injetor 1079

Septum Sealing ferrule

Septum nut Septum Septum purge Carrier gas in Split out

Injection point Insert* Split point

Injetor 1177

1177 Injector

Pneumáticos do Injetor 1079

Insersores para Injetores

SPLIT E SPITLESS

FLASH VAPORIZATIO N CAPILAR

FLASH VAPORIZATIO N EMPACOTADA

Injeção da Amostra • Relays • Injeção Split • Injeção Splitless • Injeção com Programação de Temperatura do Injetor

Injetor Tipo SPI

Injeção Sanduíche

Válvulas de Injeção de Gases

• Para uso com amostras gasosas • Operadas Manualmente ou automáticamente

Posições da Válvula de Amostragem • Na posição Carregar, o loop é preenchido com a quantidade conhecida de amostra.

• Na posição Injetar, a amostra é empurrada do loop para a coluna pelo gás de arraste.

Colunas / Materiais Colunas Capilares • Fase Estacionária

Instalação de Colunas

Condicionamento da Coluna Tcond = (Tmáx - Tapp)/2 + Tapp Onde: Tcond = Temperatura de condicionamento Tmáx = Temperatura máxima recomendada para a coluna Tapp = Temperatura máxima para a sua aplicação

Colunas

• Dimensões das Colunas • Fases Estacionárias Líquidas • es Sólidos • Fases Estacionárias Sólidas

Dimensões das Colunas

• Comprimento da Coluna • Diâmetro Interno da Coluna (ID) • Espessura do Filme

Diâmetro Interno de Colunas Capilares

ID

He

H2

(mm)

40cm/seg

0.18

0.3cc/min

0.25

0.7cc/min

1.4cc/min

0.32

1.2cc/min

0.53

2.6cc/min

40cm/seg 0.6cc/min

Capacidade (ng) <50

Pratos

Pratos

Teóricos/m Efetivos/m 5300

3900

50-100

3300

2500

2.4cc/min

400-500

2700

2100

5.2cc/min

1000-2000

1600

1200

Razão de Fase

b = r / 2df

Onde: r = raios de coluna em mm df = espessura do filme em mm

Capacidade da Coluna • Espessura do Filme (df) • Temperatura • Diâmetro Interno • Seletividade da Fase Estacionária

Fases Estacionárias Líquidas

Cadeia Siloxano e Substituintes

Fatores que Afetam a Eficiência da Coluna

Sangramento da Coluna Limites de Temperatura Escolha de uma Fase Estacionária Líquida

Colunas / Materiais

Colunas Empacotadas • e Sólido • Silanização • Fases Líquidas (GLC) • Adsorventes Sólidos (GSC)

es Sólidos Chromosorb™ são as mais populares S u p o r te s S ó lid o s C h ro m a s o rb

D e s c r iç ã o

T M

P

R o s a , m e n o s in e r te , a lta e fic iê n c ia

W

B r a n c o , m a is C h ro m a s o rb

G

M enor

á re a

in e r te , m e n o s

TM

e fic ie n te

que

P , d r o g a s , p e s tic id a s .

de

s u p e r fíc ie ,

m a is

in e r te

e

r u g o s o q u e W , p r o p ó s ito s g e r a is .

A

S im ila r a C h r o m a s o r b á re a

de

T M

P , m a com

s u p e r fíc ie ,

p a ra

m a io r

a m o s tra s

gasosas.

W -H P

A lta

p e r fo r m a n c e , la v a d o

m in im iz a r

s ítio s

de

com

á c id o

p a ra

bom

p a ra

a b s o rç ã o ,

e s te r ó id e s , c a r b o h id r a to s , p e s tic id a s , e tc .

T

B aseado

em

c o m p o s to s a c é tic o , N H

m u ito 3

T e flo n , p o la r e s

p a ra –

H

s e p a ra r 2

, g á s d e e n x ô fre , e tc .

O ,

á c id o

Fases Estacionárias Sólidas M aterial

Aplicação

Carvão

Misturas gasosas, hidrocarbonetos

Alum ina

Misturas gasosas, C 2 , C 3 , C 4

Sílica gel

Dióxido de carbono, hidrocarbonetos

Peneira m olecular

O 2 , N 2 , CH 4 , CO

Polím ero poroso

Gases e com postos polares

Porapak Ò e Hayesep Ò

Automação

Introdução Hardware Modos de Injeção Operação SPME

Motivos para Usar um AutoSampler

• Aumenta a precisão e a exatidão da injeção

• Libera o operador do GC para realizar outras tarefas

AutoSampler 8400

AutoSampler CombiPal

Modos de Injeção

• Standard • Volatile • Neat • Viscous • Definided

Detetores

Os Detetores Universais Os Detetores Seletivos Cromatografia Gasosa / Espectrometria de massas

TIPOS DE DETECTORES • Mass flow dependent o mede taxa de fluxo do composto pela célula o fornece resposta consistente com mudanças do fluxo • Concentration dependent o mede concentração do composto na célula o tem variação na área do pico com mudança do fluxo o altura do pico é frequentemente usada

Avaliação do Sistema

• Ruído, Drift e MDQ do Detetor • Contaminação do Sistema e Sangramento da Coluna • Linearidade do Detetor • Sensibilidade do Detetor • Resposta do Detetor e Seletividade

Ruído, Drift e MDQ do Detetor

Contaminação do Sistema e Sangramento da Coluna Causas · Impurezas do gás. · Contaminantes do injetor e do detetor. · Fase estacionária decomposta. · Amostras sujas.

Efeitos · Picos fantasmas. · Ruído excessivo. · Drift excessivo

Cuidados · Não sobreaquecer colunas.

as

· Trocar os filtros gases regularmente.

de

· Usar amostras limpas.

Linearidade do Detetor

Linearidade Intervalo Linear LDR (intervalo linear dinâmico)

Sensibilidade do Detetor detetor dependente de massa: S= A / M Onde A = área do pico integrado M = massa da amostra detetor dependente da concentração: S = ht / C Onde ht = altura do pico C = concentração

Resposta do Detetor e Seletividade Resposta Quantidade de sinal gerada por uma dada quantidade de amostra. Seletividade Iguais quantidades de diferentes classes de compostos nem sempre produzem igual resposta no detetor. O detetor requer calibração para determinar os fatores de resposta.

Especificações Detetor Seletividade TCD universal universal para hidrocarbonetos FID ECD

compostos

Detetividade

LDR

0.2ppm

104

<10pg/seg

107

eletronega-tivos: <0.1ppb

103

halogênios, peróxi-dos, quinonas, organo-metálicos e grupos nitro

TSD

fósforo, nitrogênio

<0.05pg P/seg

103

<0.1pg N/seg

FPD

enxôfre, fósforo

0.1ng S/seg

104

1pg P/seg

ELCD

compostos

orgânicos

com 2pg N/seg

nitrogênio, enxôfre ou halogênios

104

2pg S/seg 0.5pg Cl/seg

PID

aromáticos,

fenóis,

hidrocarbonetos insaturados

e <10pg/seg

107

Os Detetores Universais

TCD

Célula do TCD

Condutividade Térmica dos Gases Gás

Condutividade Térmica cal/(cm2.s.oC)

hidrogênio

458.72

hélio

368.63

metano

85.54

oxigênio

65.91

nitrogênio

64.06

monóxido de carbono

61.99

água

44.63

argônio

44.22

dióxido de carbono

41.74

FID - Detetor de Ionização de Chama

FID

Gases Combustíveis

Os Detetores Seletivos

N2 + b ® e-

e- + amostra ® perda de corrente

ECD

TSD

ELCD (HALL)

PID

PFPD

PFPD Flow Path

Estágios do PFPD

Aplicações e Hardware dos Detetores DETETOR TCD

SELETIVIDADE

MERCADOS

LDR

0.2PPM

104

<10PG/SEG

107

<0.1PPB

103

TODOS OS MERCADOS, ESPECIALMENTE

<0.05PG P/SEG

103

FARMACÊUTICO E MEIO AMBIENTE

<0.1PG N/SEG

MEIO AMBIENTE E PETROLÍFERO

0.1NG S/SEG

MEIO AMBIENTE E PETROLÍFERO: GASES

UNIVERSAL

DETETIVIDADE

INORGÂNICOS E LEVES

FID

PARA TODOS OS MERCADOS, ESPECIALMENTE

UNIVERSAL HIDROCARBONETOS

ECD

COMPOSTOS

PETROLÍFERO

ELETRONEGA-TIVOS: MEIO AMBIENTE E FARMACÊUTICO

HALOGÊNIOS,

PERÓXI-DOS,

QUINONAS, ORGANO-METÁLICOS E GRUPOS NITRO

TSD PFPD

FÓSFORO, NITROGÊNIO

ENXÔFRE, FÓSFORO

104

1PG P/SEG

ELCD

COMPOSTOS

ORGÂNICOS

NITROGÊNIO,

ENXÔFRE

COM MEIO AMBIENTE, ALI-MENTOS E AROMAS, E OU FARMACÊUTICO

AROMÁTICOS,

104

2PG S/SEG 0.5PG CL/SEG

HALOGÊNIOS

PID

2PG N/SEG

FENÓIS,

HIDROCARBONETOS INSATURADOS

E MEIO AMBIENTE

<10PG/SEG

107

Manipulação de Dados

Análise Qualitativa Análise Quantitativa

Erros na Manipulação de Dados • Amostras com múltiplas fases. • Porção representativa amostra.

para

preparação

da

• Decomposição, vaporização, reações. • Adsorsão no injetor, coluna ou detetor. • Fatores de resposta são necessários para tratar os componentes igualmente. • Os parâmetros do registrador ou sistema de dados devem ser otimizados para assegurar precisão, e para que dados reprodutíveis sejam coletados.

ANÁLISE QUALITATIVA

Análise Quantitativa • Porcentagem de Área • Padrão Interno • Padrão Externo • Porcentagem Normalizada

Porcentagem de Área • Todos os componentes na amostra devem responder igualmente no detetor e devem ser bem separados. • Indica a quantidade de um componente em relação aos outros componentes na amostra. Área % = (Ai / SA) x 100 Onde: Ai = área do pico individual SA = soma de todas as áreas dos picos

Padrão Externo • Usa uma série de compostos conhecidos (padrões externos) para criar uma curva de calibração. • Estas curvas são constituídas para cada componente de interesse. Estas curvas devem ser lineares e arem pela origem. • Os volumes de injeção devem ser exatos.

Padrão Externo • O cálculo é feito pelo fator de calibração. Fci = áreai / quantidadei Massai = áreai / Fci Onde: Fci = fator de calibração do pico de interesse; Áreai = área do pico de interesse; quantidadei = massa ou concentração do pico de interesse; massai = massa ou concentração do pico de interesse

Padrão Interno • Um padrão interno é adicionado aos padrões e à amostra. • Apenas a resolução completa dos picos de interesse e do padrão interno é requerida. • O Padrão Interno deve ter as seguintes características: • Não estar presente na amostra; • separar completamente dos outros componentes da amostra; • estável, não-reativo e de alta pureza.

• O volume de injeção não influi no resultado.

Padrão Interno RRFi = fi =(quantidadei/Áreai) x (Árearef/quantidaderef) massai = ÁreaifiMref /Árearef Onde: fi = fator de resposta relativo do pico de interesse; quantidadei = concentração ou massa do pico de interesse; Áreai = área do pico de interesse; Árearef = área do pico de padrão interno; quantidaderef = concentração ou massa do pico do p. interno; massai = massa ou concentração do pico de interesse; Mref = massa de padrão interno adicionada.

Padrão Interno

Exemplo 1: Calcular os fatores de resposta relativos.

Pico

Tempo

Massa

Área

1

2.00

10

10000

2

3.00

10

5000

IS

4.00

1.00

10000

3

5.00

5

10000

Exemplo 2: Calcular a massa da amostra usando os fatores relativos resposta.

Pico

Tempo

Massa

Área

1

2.00

?

8000

2

3.00

?

8000

IS

4.00

1.00

8000

3

5.00

?

4000

Porcentagem Normalizada • Calcula a composição percentual de cada componente. • Fatores de resposta com respeito a um composto de referência são calculados para cada componente.

Porcentagem Normalizada fi = (quantidadei / Ai) x (Aref / quantidaderef) % = [Ai x fi / S(A x f)n] x 100% Onde: interesse;

fi = fator de resposta relativo do pico de

Áreai = área do pico de interesse; Árearef = área do pico de referência escolhido; quantidaderef = concentração ou massa do pico de referência

VÍDEO -SCANVIEW