CROMATOGRAFIA DE ÍONS

Como sabemos, a cromatografia se tornou uma técnica essencial para a identificação e quantificação de compostos químicos em acordo com suas características físico-químicas.

Por ser uma técnica muito ampla, a cromatografia é divida em acordo com suas características fundamentais, que podem ser:

Pela técnica

• Cromatografia plana ou por coluna;

Pela fase móvel

• Cromatografia a líquido
• Cromatografia a gás
• Cromatografia de fluído supercrítico

Pela fase estacionária

• Cromatografia de fase normal
• Cromatografia de fase reversa
• Cromatografia de fase ligada

E assim por diante…

A cromatografia iônica se enquadra na técnica por coluna, a qual possui como intuito a determinação de íons, em diferentes concentrações, em matrizes líquidas.

Por definição temos que a cromatografia de íons é uma técnica sensível e seletiva aplicada na separação de íons, mesmo em baixas concentrações, utilizando-se uma coluna cromatográfica apropriada, seguida pela detecção condutimétrica.

Em resumo, podemos dizer que a Cromatografia de Íons é a fusão de duas grandes áreas: a cromatografia a líquido e a troca iônica.

Porém, enquanto a cromatografia a líquido tradicional (High Performance Liquid Chromatography – HPLC, ou em português, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência – CLAE), se divide, basicamente em duas classes: Cromatografia de fase normal e cromatografia de fase reversa. A cromatografia de íons se divide em três classes principais: Cromatografia de par iônico, Cromatografia de exclusão iônica e Cromatografia de troca iônica.

 

Neste artigo vamos falar, quase que exclusivamente, sobre a Cromatografia de Troca Iônica.

Mas o que é troca iônica?

É a transferência de íons específicos, desde uma solução aquosa pouco concentrada para outra (mais concentrada), por meio de uma resina (o processo utiliza como base o fenômeno de uma resina ser capaz de trocar seus íons fracamente ligados por outros, provindos da solução aquosa, quando a resina e a solução aquosa são postas em contato).

A resina citada acima é formada por polímeros portadores de carga elétrica que possuem íons ativos que permutam reversivelmente de posição com outros íons de uma solução.

Exemplo do funcionamento de uma resina catiônica:

(Resina A^–)B⁺ + C⁺ _(solução) ↔ (Resina A^–)C⁺ + B⁺ _(solução)

Exemplo do funcionamento de uma resina aniônica:

Resina – NR₃ + CO₃^2- + A ↔ Resina – NR₃⁺A^– + CO₃^2-

Uma resina apta a operar em troca iônica, deve apresentar as seguintes características:

• Ser reticulada
• Apresentar solubilidade desprezível
• Ser hidrofílica
• Permitir a difusão dos íons através de sua estrutura, a uma velocidade utilizável.

Mas como funciona um cromatógrafo de íons?

 

1. O primeiro passo é injetar a amostra de interesse no sistema de cromatografia de íons;
2. Com o auxílio da bomba de pressão a amostra e o eluente são deslocados pelo equipamento, passando por uma pré-coluna, em seguida pela coluna de cromatografia de íons (que pode ser catiônica ou aniônica), dependendo das características dos analitos de interesse; (Nesta etapa onde ocorre a troca iônica dos íons entre o analito e a coluna, que ocorre através de afinidade eletrônica);
3. Na sequência, a amostra passa pela bomba supressora que possui como intuito a separação e identificação de forma mais eficiente dos analitos, nesta etapa também ocorre a supressão do eluente.
4. Por fim, o detector faz a análise dos compostos através de sua condutividade elétrica e então seus dados são apresentados em forma de cromatograma.

 

Principais componentes de um cromatógrafo de íons e suas funções

 

Fase móvel (eluente)

O eluente tem como principais funções transportar a amostra através do sistema e, também, participar da separação dos componentes de interesse.

Principais características fisicoquímicas do eluente

• Miscibilidade
• Baixa viscosidade
• Compatibilidade com os componentes do IC: Detector, coluna e com a amostra

Principais eluentes para ânions

• Água
• Ácido ftálico
• Hidróxido de sódio
• Hidróxido de potássio
• Carbonato de sódio

Principais eluentes para cátions

• Ácido nítrico
• Ácido dipicolínico
• Ácido cítrico
• Ácido oxálico
• Etileno diamina

Bomba de alta pressão

A principal aplicação da bomba de lata pressão é bombear o eluente e a amostra através do sistema de forma constante.

Principal característica da bomba de alta pressão

Deve ser fabricada em material adequado, para apresentar maior resistência e ser inerte ao ataque dos compostos iônicos.

Modos de eluição

As bombas de alta pressão podem operar em modo isocrático ou modo gradiente

Gerador de eluente

Em alguns sistemas de IC, você pode ter disponível um sistema para regeneração de eluente, o que pode apresentar uma redução de custos para  processo analítico.

Válvula de injeção

As válvulas de injeção de um sistema de IC, normalmente são de 6 ou 10 vias e podem ser configuradas para injeção manual ou automática.

Coluna

Usualmente em sistemas de IC se utiliza a pré-coluna que tem como objetivo evitar a contaminação da coluna de separação.

Como o próprio nome diz, a coluna cromatográfica de IC, como em outros sistemas de cromatografia, é responsável pela separação dos íons. A coluna de IC é fabricada em materiais poliméricos compactados, específicos para o trabalho desejado e podem apresentar terminais positivos ou negativos.

Supressora

A detecção por condutividade elétrica não é seletiva, por isso, qualquer espécie que apresente carga elétrica gera um sinal no detector.

A supressora tem como maior função diminuir a linha de base, eliminando os sinais provenientes da fase móvel e interferentes da amostra, possibilitando a detecção de baixas concentrações do analito de interesse.

Por conta desta característica, a supressora só é utilizada em IC, quando o mesmo opera com detector de condutividade elétrica.

Detector

Os detectores disponíveis para IC podem ser divididos em dois grupos:

Detecção eletroquímica

• Condutividade
• Amperométrica (pulsada ou constante)
• Potenciométrica

Detecção ótica

• Espectrofotométrica (UV/VIS)
• Fluorescência
• Índice de refração

Os cromatógrafos de íons também podem trabalhar em “tandem” com sistemas de espectrometria de massas, como por exemplo: Sistemas LC-MS/MS e sistemas ICP-MS.

Sistemas de dados

Cada fabricante possui o próprio software desenvolvido para transformar os sinais recebidos pelo equipamento em cromatograma que possam ser utilizados para identificar e quantificar os compostos de interesse.

Principais aplicações para Cromatografia de Íons

O Cromatógrafo de íons é utilizado para a determinação de:

• Ânions inorgânicos
• Cátions inorgânicos (alcalinos e alcalinos terrosos);
• Metais de transição
• Ácidos carboxílicos de baixo peso molecular
• Organofosforados
• Complexo metálicos

O sistema de cromatografia de íons é aplicável a diversos seguimentos e tipos de amostras:

• Análise de Águas: potável, de rio, de chuva, do mar, ultrapura (aniôns, cátions, glifosato, etc.)
• Análise de Efluentes: industriais e esgotos (ânions, cátions, glifosato, cianeto, etc.)
• Indústria Petroquímica (ácidos orgânicos, ânions comuns, cátions, hidrazina, cianeto e sulfeto, silicato, fenóis, etc.)
• Indústria de Alimentos e Bebidas (cátions e ânions em geral, classificação de vinhos, carboidratos, )
• Indústria farmacêutica (cátions e ânions em geral, fluoreto em enxaguante bucal, zinco e potássio em pasta de dente,
• Usina de álcool e açúcar (Carboidratos e aminoácidos)
• Indústria de Fertilizantes e aditivos (cátions e ânions em geral)
• Indústria de Papel e Celulose, etc. (cátions e ânions em geral, silicatos e carbonatos em caldeira, etc.)

Referências

Neste artigo sobre IC, utilizei os seguintes materiais como fonte de pesquisa:

Wikipedia – Ion Chromatography

Wikipedia – Troca Iônica

Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos I-A – Capítulo 5 – Troca Iônica

Cromatografia Iônica – Professor Renato Zanella – UFSM – Departamento de Química

Cromatografia de Íons – Marcos Alves (Especialista Metrohm Pensalab)

Princípios de Cromatografia Iônica e sua importância – Freitag Laboratórios

Cromatografia de Íons – CENA/USP – Departamento de Isótopos Estáveis

 

 

Pessoal, Espero que gostem do artigo e que as informações contidas aqui, lhes sejam úteis! Este artigo tem por objetivo descrever de forma resumida os princípios de funcionamento de um sistema de cromatografia de íons. Qualquer dúvida, não hesite em me contatar. Um forte abraço,   https://www.linkedin.com/in/gilson-siqueira/