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A cromatografia gasosa, ou GC, é uma técnica usada para separar, detectar e quantificar pequenos compostos voláteis na fase gasosa.
No GC, as amostras líquidas são vaporizadas e, em seguida, transportadas por um gás inerte através de uma coluna longa e fina. Os analitos são separados com base em sua afinidade química com um revestimento no interior da coluna.
Como o GC requer que os analitos sejam vaporizados para a fase gasosa, o instrumento é ideal para produtos químicos voláteis e apolares com menos de 1.000 daltons de massa. Para moléculas maiores, aquosas ou polares que são difíceis de vaporizar, a cromatografia líquida é uma alternativa útil. Este vídeo apresentará os fundamentos da cromatografia gasosa e ilustrará as etapas necessárias para analisar as espécies químicas em uma amostra de mistura não aquosa usando um cromatógrafo gasoso.
O instrumento GC tem cinco componentes essenciais. Primeiro, uma porta de injeção é usada para introduzir a amostra no instrumento. Em seguida, uma câmara de aquecimento vaporiza a amostra e a mistura com um gás inerte. O gás inerte, como hélio ou nitrogênio, transporta a amostra vaporizada através do sistema. Combinados, o gás de arraste e a amostra compõem a fase móvel. Em seguida, a fase móvel entra na coluna aquecida, separando os analitos à medida que fluem. Por fim, um detector registra os gases à medida que saem da coluna, ou eluem, e envia dados para um computador para análise. O componente mais crítico do instrumento é a coluna. A coluna é um capilar com uma matriz de fase estacionária que reveste as paredes internas. Alternativamente, as colunas podem ser embaladas com contas revestidas com matriz. A fase estacionária é geralmente polidimetilsiloxano modificado, que é ideal para resolver moléculas apolares. Suas propriedades de separação são refinadas pela adição de 5?10% de grupos fenil, cianopropil ou trifluoropropil.
Analitos com baixa afinidade química para a fase estacionária movem-se rapidamente através da coluna, enquanto moléculas com alta afinidade são retardadas à medida que adsorvem nas paredes da coluna. O período de tempo que um composto passa dentro da coluna é chamado de tempo de retenção, ou Rt, e permite que os compostos sejam identificados. O detector fica no final da coluna e registra os gases à medida que eles eluem. A detecção de ionização de chama, ou FID, é amplamente utilizada porque detecta íons de carbono, permitindo detectar praticamente qualquer composto orgânico. No FID, os analitos entram em combustão em uma chama de hidrogênio-ar ao sair da coluna, produzindo íons de carbono que induzem uma corrente em eletrodos próximos. A corrente é diretamente proporcional à massa de carbono, portanto, a concentração do composto pode ser determinada. O resultado final é um cromatograma, que é um gráfico de sinal FID versus tempo, mostrando cada componente eluído à medida que saem da coluna. Idealmente, cada pico terá uma forma gaussiana simétrica. Características assimétricas, como cauda de pico e frente de pico, podem ser devidas a sobrecarga, problemas de injeção ou a presença de grupos funcionais que aderem à coluna, como ácidos carboxílicos.
Agora que os princípios da cromatografia gasosa foram discutidos, vamos dar uma olhada em como realizar e analisar uma análise de cromatografia gasosa no laboratório.
Antes de executar um experimento, ligue o tanque de gás hélio. Abra o software no computador e asse a coluna para remover quaisquer contaminantes potenciais. Defina o forno para uma temperatura alta, normalmente 250 ? C ou superior e asse a coluna por pelo menos 30 min.
Em seguida, ajuste as configurações do amostrador automático. Defina o número de enxágues pré e pós-corrida para limpar a coluna entre as amostras.
Use um volume de amostra de 1 ? L e defina a configuração da taxa de divisão para programar o instrumento para aceitar apenas uma fração da entrada. Ajuste a vazão do gás de arraste e use as configurações estabelecidas ou tentativa e erro para encontrar a pressão ideal.
Agora insira as configurações de temperatura para o experimento. Para uma corrida isotérmica, insira a temperatura e o tempo para a separação. Alternativamente, para um gradiente de temperatura, insira a temperatura inicial e o tempo de espera, a temperatura final e o tempo de espera e a velocidade de rampa em ? C por min.
Defina o tempo para a coluna esfriar entre as execuções para uma execução de gradiente ou isotérmica.
Por fim, defina a taxa de amostragem e a temperatura do detector. O detector deve estar sempre mais quente que a coluna para evitar condensação. Depois que todas as configurações estiverem programadas, salve o arquivo de métodos.
Ative o detector abrindo a válvula do tanque de hidrogênio e acenda a chama do FID. O instrumento agora está pronto para análise de amostra.
Para executar a amostra no GC, primeiro encha um frasco com um solvente de lavagem, como acetonitrila ou metanol. Prepare a amostra, certificando-se de usar seringas de vidro e frascos de vidro, pois resíduos de plástico podem contaminar o GC.
Agora adicione a amostra preparada a um frasco com uma pipeta. Encha pelo menos até a metade, de modo que a seringa do amostrador automático fique totalmente submersa. Em seguida, carregue os frascos de lavagem e sample no rack do amostrador automático. Antes de executar a amostra, zere a linha de base do cromatograma no software do computador. Os dados podem ser coletados como uma única execução ou usando uma tabela de lotes para várias execuções. Pressione "iniciar" para executar a amostra.
Neste exemplo, os níveis de cafeína e ácido palmítico no café foram analisados usando GC com FID. A cafeína é menor e menos polar, por isso é menos atraída pela coluna e elui primeiro. O ácido palmítico, que tem uma longa cauda de cadeia alcana, elui mais tarde devido a uma maior afinidade com a fase estacionária.
Como as dimensões dos picos são proporcionais à massa de carbono, a concentração de cada componente pode ser determinada a partir de sua respectiva área de pico no cromatógrafo e comparada com os padrões de concentração conhecidos.
O efeito da temperatura da coluna também foi explorado. Aos 200? C, as amostras se moveram através da coluna duas vezes mais rápido que a amostra a 180 °C. Observe que, embora as alturas dos picos mudem, a área sob a curva permanece constante.
O GC é uma técnica importante para análise química e é amplamente utilizado em aplicações científicas, comerciais e industriais.
Devido à simplicidade do GC, os químicos o usam rotineiramente para monitorar reações químicas e pureza do produto. As reações podem ser amostradas ao longo do tempo para mostrar a formação do produto e a depleção do reagente. O cromatógrafo revela as concentrações do produto e também a presença de produtos não intencionais ou secundários.
O GC é comumente usado em conjunto com a espectrometria de massa, chamada GS-MS, para identificar inequivocamente produtos químicos em amostras ou ar. A espectrometria de massa, ou MS, separa as moléculas com base em sua relação massa/carga e permite a determinação de identidades compostas. O GC-MS é uma ferramenta poderosa, pois o GC primeiro separa misturas complexas em componentes individuais, e o MS fornece informações precisas de massa e identidade química.
O GC é usado rotineiramente no monitoramento do ar para detectar compostos orgânicos voláteis, ou VOCs, que podem surgir da poluição ambiental, pesticidas e explosivos. O GC pode ser usado para rastrear e identificar VOCs tanto em ambientes internos para análise de headspace quanto em ambientes externos, para saúde, segurança e proteção.
Você acabou de assistir à introdução da JoVE à cromatografia gasosa com FID. Agora você deve entender os princípios básicos da cromatografia gasosa e da detecção de FID.
Obrigado por assistir!
