Webaula 4 - Quimica analítica quantitativa - Iury Sousa e Silva

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<p>QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA</p><p>Prof. Dr. Iury Sousa e Silva</p><p>Webaula 4</p><p>Introdução às técnicas de separação</p><p>Na maioria dos problemas analíticos reais, é necessário</p><p>proceder com um tratamento prévio, que visa purificar as</p><p>espécies presentes na amostra, para posteriormente</p><p>submeter a amostra a um tratamento mais refinado</p><p>A substância que influencia o sinal analítico ou gera um</p><p>sinal que pode mascarar o resultado é denominada</p><p>interferente.</p><p>As separações são procedimentos que buscam isolar o</p><p>analito de constituintes potencialmente interferentes.</p><p>Métodos de separação e purificação</p><p>Os métodos clássicos de separação incluem a separação mecânica de fases:</p><p>• Precipitação e filtração</p><p>• Destilação</p><p>• Extração por fase sólida</p><p>• Troca iônica</p><p>• Cromatografia</p><p>• Eletroforese</p><p>• Fracionamento em campo de fluxo</p><p>As separações podem ocorrer de forma completa ou parcial, e o processo de separação geralmente envolve</p><p>o transporte do material e a redistribuição espacial dos seus componentes</p><p>Métodos de separação e purificação</p><p>Métodos de separação e purificação</p><p>Os principais objetivos de uma separação analítica são a</p><p>eliminação ou redução de interferentes. As separações também</p><p>podem permitir a identificação dos constituintes separados se as</p><p>correlações apropriadas forem feitas</p><p>A purificação consiste em remover espécies interferentes</p><p>na amostra, buscando o isolamento da molécula-alvo,</p><p>resultando em uma substância com maior pureza e</p><p>homogeneidade.</p><p>O grau de pureza depende da finalidade a que se destina. Para</p><p>algumas aplicações, uma extração grosseira é suficiente, para</p><p>outras, como interação com fármacos ou estudos biológicos,</p><p>um analito com maior grau de pureza é requerido</p><p>Fundamentos da extração</p><p>Dois líquidos são considerados miscíveis se formarem</p><p>uma fase única quando misturados em qualquer</p><p>proporção. Líquidos imiscíveis permanecem em fases</p><p>separadas. Solventes orgânicos com baixa polaridade</p><p>são geralmente imiscíveis com água, que é altamente</p><p>polar.</p><p>A extensão segundo a qual os solutos, sejam inorgânicos</p><p>ou orgânicos, distribuem-se entre duas fases líquidas</p><p>imiscíveis difere significativamente e essas diferenças</p><p>têm sido empregadas por décadas para realizar as</p><p>separações de espécies químicas</p><p>Fundamentos da extração</p><p>A extração é o processo de transferência de um soluto de uma</p><p>fase para outra. Razões comuns para realizar uma extração em</p><p>química analítica incluem isolar ou concentrar o analito desejado</p><p>ou separá-lo das espécies interferentes.</p><p>O caso mais comum é a extração de uma solução</p><p>aquosa com um solvente orgânico, técnica conhecida</p><p>como extração por fase líquida. Reagentes como éter</p><p>dietílico, tolueno e hexano são solventes comuns que são</p><p>imiscíveis e apresentam densidade inferior à da água,</p><p>enquanto o clorofórmio, diclorometano e tetracloreto de</p><p>carbono são solventes comumente usados e apresentam</p><p>uma densidade superior à da água</p><p>Extração utilizando diclorometano (CH2Cl2) na fase inferior (d=1,33 g/mL)</p><p>Extração utilizando eterdietílico na fase superior (d=0,71 g/mL)</p><p>Métodos e técnicas de extração</p><p>A extração e o isolamento de compostos das matrizes da amostra é uma etapa muitas vezes necessária</p><p>antes da análise instrumental. Uma técnica ideal de preparação de amostras deve fornecer enriquecimento</p><p>de compostos para melhorar a sensibilidade. Existem várias técnicas estabelecidas de preparação de</p><p>amostras para determinação de contaminantes orgânicos em amostras de água, incluindo extração</p><p>líquido-líquido e extração em fase sólida</p><p>Extração por fase líquida</p><p>A extração por fase líquida é uma técnica simples e ainda muito empregada, normalmente usada para</p><p>separar espécies presentes em amostras líquidas</p><p>Limitações :</p><p>• Uso de grandes quantidades de solventes orgânicos,</p><p>que, além de caros e perigosos, afetam diretamente a</p><p>poluição ambiental</p><p>• Além de ser um método trabalhoso e que consome</p><p>muito tempo</p><p>Extração por fase líquida</p><p>A extração líquido-líquido é recomendada como processo</p><p>primário para concentrar um analito alvo, posteriormente é</p><p>comum proceder com uma extração por fase sólida</p><p>Uma única extração possibilita remover até 83% do</p><p>analito e 33% do interferente, sendo possível, após</p><p>extrações posteriores, remover até 99% do analito-</p><p>alvo. O número de extrações e processamento da</p><p>amostra dependem do grau de pureza requerido e</p><p>instrumentação disponível</p><p>Extrações sucessivas</p><p>Extração por fase sólida</p><p>A extração por fase sólida é uma técnica empregada em diferentes de</p><p>áreas da ciência, entre eles estão o controle de qualidade de produtos</p><p>farmacêuticos, monitoramento terapêutico de drogas, estudos</p><p>farmacocinéticos, na quantificação de compostos endógenos para fins de</p><p>diagnóstico de uso de drogas, na análise forense e muitos outros.</p><p>Os princípios da técnica envolvem a partição</p><p>dos compostos entre duas fases, a amostra para</p><p>ser extraída é dividida entre a fase sólida e a</p><p>líquida. O material de interesse da amostra deve</p><p>ter maior ou menor afinidade pela fase sólida,</p><p>podendo ser adsorvido. Em seguida, o</p><p>composto de interesse é removido por um outro</p><p>solvente que tenha maior afinidade com o</p><p>material do que com a fase sólida.</p><p>Condicionamento da fase sorvente (filtro) Inserção da amostra Limpeza do cartucho (clean up) Eluição dos analitos</p><p>Cromatografia</p><p>Cromatografia é uma técnica de separação (com diversos mecanismos). Separação dos componentes de uma</p><p>mistura através da distribuição destes entre duas fases – uma estacionária e uma móvel.</p><p>Os termos cromatograma, cromatografia e método cromatográfico, aparecem em dois trabalhos de Tswett (1906),</p><p>que descrevem suas experiências para separar pigmentos de folhas e gemas de ovo, usando uma coluna</p><p>empacotada com CaCO3 finamente dividido (fase estacionária) e éter de petróleo (fase móvel). A separação dos</p><p>componentes pode ser verificada por meio de faixas coloridas na coluna.</p><p>O que é Cromatografia e termos usados</p><p>• É um método físico-químico de separação dos componentes de uma mistura.</p><p>• A separação é realizada através da distribuição dos componentes da mistura entre 2 fases que estão em</p><p>contato íntimo.</p><p>• Nos processos cromatográficos estão sempre envolvidas 2 fases (fase móvel e fase estacionária), sendo</p><p>que uma se locomove através de uma outra.</p><p>• A fase que se move denomina-se fase móvel.</p><p>• Gases e líquidos são usados como fases móveis.</p><p>• A fase que não se move denomina-se fase estacionária ou suporte. Como fase estacionária, são</p><p>empregados sólidos e líquidos.</p><p>Fundamentos da Cromatografia</p><p>Durante a passagem da fase móvel sobre a fase estacionária, os componentes da mistura são distribuídos</p><p>entre as duas fases, de tal forma que cada um dos componentes é seletivamente retido pela fase</p><p>estacionária, resultando em migrações diferenciais destes componentes.</p><p>Transporte dos Componentes de</p><p>uma Amostra por uma Fase Móvel</p><p>Através de uma Fase Estacionária</p><p>Ilustração do processo da cromatografia em</p><p>coluna:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=0m8bWKHmR</p><p>MM</p><p>Aplicações da Cromatografia</p><p>• Identificação de compostos, por comparação com padrões previamente</p><p>existentes.</p><p>• Purificação de compostos, separando-se as substâncias indesejáveis.</p><p>• Separação dos componentes de uma mistura.</p><p>• Em análises quantitativas.</p><p>Classificação das diferentes formas de</p><p>Cromatografia</p><p>• Forma física do sistema cromatográfico.</p><p>• Fase móvel empregada.</p><p>• Fase estacionária utilizada.</p><p>• Modo de separação.</p><p>Classificação Pela Forma</p><p>Física Do Sistema Cromatográfico</p><p>A forma física do sistema cromatográfico define a técnica geral, ou seja, a</p><p>fase estacionária pode ser colocada em um tubo cilíndrico ou disposta sobre</p><p>uma superfície planar.</p><p>• Cromatografia em coluna</p><p>• Cromatografia planar:</p><p>• - cromatografia em papel (CP);</p><p>• - cromatografia em camada delgada (CCD)</p><p>Classificação pela fase móvel</p><p>Considerando o estado físico da fase móvel, distingui-se:</p><p>- cromatografia líquida: a fase móvel é um líquido.</p><p>- cromatografia</p><p>gasosa: a fase móvel é um gás.</p><p>- cromatografia supercrítica: a fase móvel é um vapor pressurizado, em</p><p>temperatura acima da sua temperatura crítica.</p><p>Classificação pela fase móvel</p><p>Cromatografia Líquida:</p><p>- Cromatografia líquida clássica (CLC), na qual a fase móvel é arrastada</p><p>através da coluna apenas pela força da gravidade.</p><p>- Cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), na qual são utilizadas</p><p>fases estacionárias de partículas menores, sendo necessário o uso de</p><p>uma bomba de alta pressão para a eluição da fase móvel.</p><p>Classificação pela fase móvel</p><p>• Cromatografia Gasosa (CG).</p><p>• Cromatografia Gasosa de Alta Resolução (CGAR).</p><p>Obs.: A diferença entre os dois tipos está na coluna. Na CGAR são usadas</p><p>colunas capilares, enquanto na CG são empregas colunas de maior</p><p>diâmetro.</p><p>Classificação pela fase estacionária utilizada</p><p>• Fases estacionárias sólidas</p><p>• Fases estacionárias líquidas</p><p>• Fases estacionárias quimicamente ligadas</p><p>Classificação pelo modo de separação</p><p>De acordo com este critério, as separações cromatográficas</p><p>são devidas aos seguintes mecanismos:</p><p>• adsorção</p><p>• partição</p><p>• troca iônica</p><p>ABSORVER: ato de passar uma substância para o</p><p>interior da outra.</p><p>ADSORVER: ligar uma substância a uma superfície.</p><p>A superfície adsorve a substância. Distingue-se de</p><p>absorver.</p><p>CROMATOGRAFIA EM COLUNA</p><p>Cromatografia Líquida Clássica</p><p>• Fases estacionárias mais usadas: sílica e alumina.</p><p>• A fase estacionária é acondicionada em tubos cilíndricos de vidro, de diâmetros variados, os quais</p><p>possuem uma torneira em sua extremidade inferior.</p><p>CROMATOGRAFIA EM COLUNA</p><p>Cromatografia Líquida Clássica</p><p>• O fluido que entra na coluna é chamado de eluente e o fluido que emerge ao final da coluna é chamado</p><p>de eluato.</p><p>• O processo de passagem de um líquido ou de um gás por uma coluna cromatográfica é denominado</p><p>eluição.</p><p>(a) Solução contendo os solutos A e B,</p><p>colocados no topo de uma coluna</p><p>empacotada com partículas sólidas e</p><p>preenchida com solvente.</p><p>(b) Adição de mais solvente no topo da</p><p>coluna e escoamento da mistura pela</p><p>coluna devido ao fluxo contínuo de</p><p>solvente.</p><p>(c) O soluto A, com uma afinidade maior</p><p>pela fase estacionária do que o soluto</p><p>B, permanece mais tempo ao longo da</p><p>coluna.</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>• Baseada no uso de suporte com partículas diminutas responsáveis pela alta</p><p>eficiência, as quais tornam necessário o uso de bombas de alta pressão para</p><p>a eluição da fase móvel, devido sua baixa permeabilidade.</p><p>• As colunas são geralmente de aço inoxidável.</p><p>• Graças ao grande número de fases estacionárias existentes, é possível</p><p>realizar análises e separações de uma ampla gamas de compostos com alta</p><p>eficiência.</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>a) Reservatório da fase móvel;</p><p>b) Bomba de alta pressão;</p><p>c) Válvula de injeção;</p><p>d) Coluna;</p><p>e) Detector;</p><p>f) Registrador.</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>Cromatografia Líquida de Alta Eficiência</p><p>(CLAE)</p><p>• Cromatograma: gráfico que mostra a resposta</p><p>do detector em função do tempo de eluição.</p><p>•</p><p>• O cromatograma é útil para análises</p><p>qualitativas e quantitativas. A posição dos</p><p>picos no eixo do tempo podem ser</p><p>empregadas para identificar os componentes</p><p>da amostra, enquanto as áreas dos picos</p><p>provêm uma medida quantitativa da</p><p>quantidade de cada uma das espécies.</p><p>• O tempo de retenção, tr, para cada</p><p>componente é o tempo necessário, a partir da</p><p>injeção da mistura na coluna, para que o</p><p>componente alcance o detector.</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>• Mecanismo de separação: baseado na partição dos componentes de uma amostra entre a fase</p><p>móvel gasosa e a fase estacionária (líquido não volátil ou sólido).</p><p>• É muito atrativa devido a possibilidade de detecção em escala de nano a picogramas (10-9 – 10-12 g).</p><p>• Principal limitação da técnica: necessidade de que a amostra seja volátil ou termicamente estável.</p><p>• Os gases usados como fase móvel devem ter elevada pureza e ser inertes em relação a fase</p><p>estacionária. Os gases mais usados são: H2 , N2 e He (gases de arraste).</p><p>• Nesta modalidade de cromatografia uma amostra líquida volátil ou gasosa, é injetada através de um</p><p>septo (um disco de borracha) para dentro de uma entrada de injeção aquecida, onde é rapidamente</p><p>vaporizada. O vapor é arrastado através da coluna por meio de um gás de arraste (He, N2 ou H2 ) e</p><p>os analitos separados fluem pelo detector, cuja resposta é observada em um computador.</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Classificação:</p><p>Cromatografia Gás-Líquido (CGL) .</p><p>Fase móvel: gasosa .</p><p>Fase estacionária: líquido não-volátil que recobre a</p><p>coluna internamente ou um suporte sólido</p><p>finamente dividido .</p><p>Mecanismo de separação: partição</p><p>Classificação:</p><p>Cromatografia Gás-Sólido (CGS) .</p><p>Fase móvel: gasosa .</p><p>Fase estacionária: sólida .</p><p>Mecanismo de separação: adsorção</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>São empregadas colunas capilares estreitas e compridas, feitas de sílica fundida(SiO2 ) recobertas</p><p>com poliimida (um plástico capaz de resistir até 350ºC) para suportar e proteger a coluna da umidade</p><p>atmosférica.</p><p>Colunas: . Diâmetro interno: 0,10 a 0,53 nm .</p><p>Comprimento: 15 a 100 m, sendo comum com 30 m</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>COLUNA CAPILAR PARA CROMATOGRAFIA GASOSA</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>(a) Coluna capilar de parede recoberta:</p><p>caracteriza-se por um filme, com a</p><p>espessura de 0,1 e 0,5 µm, da fase</p><p>estacionária líquida sobre a parede</p><p>interna da coluna.</p><p>(b) Coluna capilar recoberta com um</p><p>suporte: tem partículas sólidas, presas</p><p>na parede interna da coluna,</p><p>recobertas com a fase estacionária</p><p>líquida.</p><p>(c) Coluna capilar com camada porosa:</p><p>contém uma fase estacionária sólida</p><p>sobre a parede interna da coluna.</p><p>Neste caso, as partículas sólidas são a</p><p>fase estacionária ativa.</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>Cromatografia gasosa</p><p>REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CROMATOGRAMA GASOSO, MOSTRANDO COMO SÃO</p><p>MEDIDOS OS TEMPOS DE RETENÇÃO</p><p>Analise Quantitativa e Cromatografia</p><p>• A análise quantitativa em cromatografia é baseada em estabelecer o valor da área da banda</p><p>cromatográfica.</p><p>• Na CG e na CLAE a banda é registrada como um pico que, idealmente deve ter formato gaussiano.</p><p>• A área do pico é proporcional a quantidade da substância na amostra analisada.</p><p>• Equipamentos com integradores eletrônicos, dispensam a medida manual da área dos picos.</p><p>Analise Quantitativa e Cromatografia</p><p>• Cálculo da área do pico: a área do pico pode ser calculada traçando-se tangentes dos dois lados do pico.</p><p>A intersecção destas duas tangentes com a linha de base fornece um triângulo cuja área pode ser</p><p>calculada pela seguinte fórmula:</p><p>Na equação acima: A = área do pico a = altura</p><p>do pico wb = largura do pico na linha de base</p><p>Analise Quantitativa e Cromatografia</p><p>Construção da Curva Analítica ou Curva de Calibração:</p><p>1. Preparam-se várias soluções da substância a ser quantificada, em diferentes concentrações.</p><p>2. Obtém-se o cromatograma correspondente a cada uma delas.</p><p>3. Em um gráfico relacionam-se as áreas obtidas com as concentrações e a partir do gráfico,</p><p>pode-se calcular a concentração desta substância na amostra.</p><p>Analise Quantitativa e Cromatografia</p><p>PRÓXIMOS</p><p>PASSOS</p><p>Revisar os conteudos Fazer AOLs</p><p>Realizar a Atividade</p><p>Contextualizada</p><p>OBRIGADO</p><p>NOME DO</p><p>APRESENTADOR</p><p>CONTATOSCARGO</p><p>E-mail: iury.silva@sereducacional.com</p><p>Instagram: prof.iurysousa</p><p>Linkedin: Iury Sousa e Silva</p>