Princípios da Cromatografia a Gás (GC)

Princípios da Cromatografia a Gás (GC)

A cromatografia em fase gasosa, ou cromatografia a gás (GC), é uma técnica analítica utilizada para a separação de compostos químicos em matrizes complexas onde a fase móvel é composta por um gás.

A técnica consiste na introdução da amostra, através de um sistema de injeção (onde amostras líquidas são vaporizadas).

Em seguida, um gás inerte (geralmente hélio*, hidrogênio ou argônio), “arrasta” a amostra pela coluna cromatográfica.

A fase estacionária, presente na coluna é responsável pela separação dos compostos, fazendo com que cada um saia da coluna, a um tempo diferente (tempo de retenção).

Por fim, um detector é responsável pela identificação dos sinais eletrônicos produzidos pelo sistema de GC e um software específico é utilizado para transformar estes sinais em picos cromatográficos.

Os principais detectores utilizados em cromatografia de fase gasosa, são:

▪ Ionização por Chama (FID)

▪ Condutibilidade Térmica (TCD)

▪ Captura de Elétrons (ECD)

Por causa de sua simplicidade, sensibilidade e eficácia na separação dos componentes da amostra, esta técnica é amplamente utilizada para a análise quantitativa e qualitativa das misturas, para a purificação de compostos, monitoramento de processos industriais, análise de poluentes ambientais, óleos essenciais e produtos alimentares.

Detectores para Cromatografia a Gás (GC)

FID => Flame Ionization Detector => Detector por Ionização de Chama

A cromatografia em fase gasosa com Detector por Ionização de Chama, ou GC-FID, é uma técnica de análise muito comum e amplamente utilizada no setor petroquímico, farmacêutico e de gás natural.

Mas como funciona o FID?

▪ O FID é composto por uma chama de hidrogênio/ar, e um prato coletor.

▪ Quando compostos orgânicos são introduzidos na chama através da coluna, espécies carregadas eletricamente são formadas.

▪ Essas espécies são coletadas em um eletrodo e produzem um aumento na corrente elétrica proporcional à quantidade de carbono que passou pela chama.

▪ O resultado dessa corrente é amplificado por um eletrômetro e transformado pelo software em pico cromatográfico.

Algumas características interessantes do Detector FID

▪ Responde ao número de átomos de carbono que entram no detector por unidade de tempo e por isso é sensível à massa e não a concentração da mesma.

▪ Oferece uma leitura rápida, precisa e contínua da concentração total de hidrocarbonetos para níveis tão baixos quanto ppb.

▪ É um detector específico para compostos orgânicos, ou seja, compostos que não apresentem carbono em sua estrutura não são detectados.

▪ O FID não detecta: CO, CO2, formaldeído e ácido fórmico.

TCD => Thermal Conductivity Detector => Detector de Condutividade Térmica

A cromatografia em fase gasosa com Detector de Condutividade Térmica, ou GC-TCD, é uma técnica de análise usada para analisar gases inorgânicos (Argônio, Nitrogênio, Hidrogênio, Dióxido de Carbono, etc.) e pequenas moléculas de hidrocarbonetos.

Mas como funciona o TCD?

O Detector TCD possui uma câmara interna, dividida em dois canais de fluxo, onde um é o canal de referência e o outro o canal analítico.

O sistema é balanceado com um fluxo de gás de arraste puro através de ambos os canais de fluxo, onde filamentos aquecidos perdem calor de maneira constante devido à passagem do gás de arraste pelas celas.

Essa perda de calor gera um sinal constante que é registrado na forma de LINHA DE BASE.

Quando as moléculas injetadas passam pelo canal de amostra, a condutividade térmica do meio é modificada e a temperatura do filamento se altera.

As diferenças de condutividade térmica formam são registradas como PICOS CROMATOGRÁFICOS.

Algumas características interessantes do Detector TCD:

▪ Separação e quantificação de compostos que não geram sinal em outros detectores

▪ Por ser um detector não-destrutivo, pode ser usado em GC preparativa ou detecção em “tandem”

▪ Não é compatível com gases oxidantes

ECD => Electron Capture Detector => Detector por Captura de Elétrons

A cromatografia em fase gasosa com Detector por Captura de Elétrons, ou GC-ECD, é uma técnica de análise que responde muito bem a halogenetos orgânicos, aldeídos conjugados, nitrilas, nitratos e compostos organometálicos. É praticamente insensível a hidrocarbonetos, álcoois e cetonas. A sensibilidade seletiva a haletos faz com que este detector seja particularmente útil na análise de pesticidas clorados.

Mas como funciona o TCD?

Quando o gás de arraste (N2) passa pelo detector, este é ionizado por partículas beta emitidas por fontes de 3H ou 63Ni. Os elétrons produzidos neste processo são coletados em um ânodo, gerando uma corrente que é amplificada por um eletrômetro.

A corrente amplificado é registrada na forma de LINHA DE BASE.

Moléculas eluindo da coluna, capazes de capturar elétrons, diminuem esta corrente, gerando um sinal proporcional à sua concentração.

O resultado desta alteração no sinal elétrico é transformado pelo software em PICOS CROMATOGRÁFICOS.

 Algumas características interessantes do Detector ECD:

▪ Geralmente, emprega nitrogênio com alto grau de pureza como fase móvel, pois traços de água ou oxigênio afetam a sua sensibilidade e linearidade.

▪ Dependendo do analito, um Detector ECD pode ser 10-1.000 vezes mais sensível que um detector FID.

▪ O Detector ECD permiti detectar compostos halogenados, como pesticidas e CFC’s, mesmo em níveis de ppt.

Outros detectores utilizados em laboratórios que trabalham com a técnica de GC

 Apenas para registro, segue uma lista de outros detectores empregados em GC:

Detector PID

Detector de Fotoionização ou GC-PID é uma técnica utilizada para analisar uma grande variedade de hidrocarbonetos aromáticos e outros compostos orgânicos. Uma aplicação típica é a análise de contaminação da água por hidrocarbonetos. O PID utiliza luz ultravioleta para ionizar os componentes que saem da coluna. Os íons são coletados por eletrodos e a corrente gerada mede a concentração.

Detector FPD

A Cromatografia gasosa com Detector por Fotométrico de Chama ou GC-FPD é uma técnica usada para analisar compostos contendo enxofre ou fósforo e metais como estanho, boro, arsênico e cromo. Um FPD usa uma chama de hidrogênio/ar pela qual a amostra passa. Hidrocarbonetos contendo fósforo e enxofre geram quimioluminescência em comprimentos de onda específicos que quando passam por um fotomultiplicador emitem um sinal elétrico que pode então ser medido.

Detector NPD

Cromatografia gasosa – Detector de nitrogênio-fósforo ou GC-NPD, conhecido também como Detector termoiônico específico ou TSD, é uma técnica usada para analisar compostos orgânicos contendo nitrogênio ou fósforo e é comumente usado em mercados farmacêuticos, de alimentos e ambiental.

Semelhante ao Detector por Ionização de Chama, um NPD usa uma chama de hidrogênio/ar através da qual a amostra é passada. Entretanto, um NPD usa uma esfera alcalina de rubídio ou cloreto de césio que é aquecida por uma bobina, sobre a qual o gás de arraste misturado com hidrogênio passa. A esfera quente emite elétrons por meio de emissões termiônicas que são coletadas no anodo proporcionando a corrente de fundo. Quando existe na coluna um componente que contém nitrogênio ou fósforo, os materiais de nitrogênio e fósforo parcialmente queimados são absorvidos na superfície da esfera. Isso aumenta a emissão de elétrons e a corrente que é mensurada.

Detector AED

Cromatografia gasosa – Detector por Emissão Atômica ou GC-AED é utilizada na análise de gasolina, diesel, óleo, poluentes ambientais no solo, água e efluentes, e de compostos orgânicos voláteis (VOCs) na água. Envolve o uso de espectroscopia por emissão atômica para detectar elementos à medida que eles saem da coluna do cromatógrafo gasoso.

O AED usa o gás de arraste hélio para transportar a amostra através da CG, que deve conter baixos níveis de impureza de água e de oxigênio, pois a água e o oxigênio podem interagir com a fase estacionária e causar problemas, como o ruído na linha de base e o sangramento da coluna no cromatograma do gás de saída, tornando-o impreciso. Além disso, o AED usa um plasma de hélio, sendo necessário para isso um hélio de pureza muito elevada, devido à sua sensibilidade. Às vezes é utilizado um gás reagente para melhorar a sensibilidade do AED, impedindo a deposição de fuligem no tubo de descarga ou lâmpada. O hélio também é usado frequentemente na GC-AED na saída da coluna para aumentar o fluxo para o detector. A calibração de rotina do analisador utilizando uma mistura de calibração é comum.

 

GILSON SIQUEIRA

Cel: (19) 97171-2208

LinkedIn: www.linkedin.com/in/gilson-siqueira