Danilo R. Vieira | Oceanógrafo

Aqui estão algumas das coisas que eu aprendi, descobri ou fiz (por obrigação ou por diversão). Espero que encontre algo que seja útil para você.

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Relatório da Análise 2: Cromatografia de fase gasosa

Relatório elaborado pelos alunos Danilo Rodrigues Vieira, Luís Fabiano Baldasso e Renan Kuwana em 2007 como parte da disciplina QFL1201 – Química Analítica Instrumental, ministrada no Instituto de Química da Universidade de São Paulo.

1. Introdução

Fundamentos da Técnica

Na cromatografia com fase gasosa, separa-se uma mistura em seus componentes fazendo-se mover um gás sobre um adsorvente estacionário. A separação dos componentes ocorre na coluna, sendo que a coluna fica em um forno com temperatura controlada, que aumenta progressivamente de modo a volatilizar um componente de cada vez.

[Fig. 1]
Figura 1: Esquema de um cromatógrafo.

Uma vez que um certo componente é volatilizado, ele pasa pelo detector, o FID (detector por ionização em chama, na sigla em inglês). O detector é sensível à massa.

1.2 Equações

1.2.1 Cálculo do número do pratos teóricos

\(\displaystyle N_{eff}=16\left( \frac{t_r}{W_b} \right)^2 \)

(1.1)

Em que t_r é o tempo de resposta do composto e W_b é a largura do pico do composto.

1.2.2 Cálculo da resolução

\(\displaystyle R_s = \frac{t_{rb} - t_{ra}}{\frac{W_{bA} + W_{bB}}{2}} \)

(1.2)

Em que t_r é o tempo de resposta do composto e W_b é a largura do pico do composto.

1.2.3 Cálculo do fator de resposta

\(\displaystyle \alpha = \frac{k_B}{k_A}=\frac{(t_r)_B - t_M}{(t_r)_A - t_M} \)

(1.3)

Em que k_B e k_A são os fatores de retenção dos compostos A e B contidos na amostra, sendo A o composto que elui mais rapidamente na coluna.

1.3 Objetivo da Experiência

Determinar as concentrações de n-propanol e etanol em solução de n-hexano utilizando padrão interno.

Parte experimental

2.1 Instrumentação

Cromatógrafo
Cilindro de N₂ (gás de arrasto)
Cilindro de H₂ (combustível para o FID)
Microsseringa com capacidade para 10μl
Pipeta (volume: 10ml)
Balão de vidro (volume: 10ml)
Béquer (volume: 100ml)
Béquer (volume: 50ml)
Pipeta de Pasteur

2.2 Procedimento

Antes de tudo, deve-se configurar o cromatógrafo com os parâmetros da tabela 2.1.

Tabela 2.1: Configurações do cromatógrafo

Parâmetro	Valor
Temperatura do forno	70 °C
Temperatura do injetor	210 °C
Temperatura do detector	210 °C
Vazão	1,4ml/min
Split	70
Tempo total	4 min

2.2.1 Determinação do tempo de retenção

Injetar 1μl de um dos possíveis padrões no cromatógrafo e determinar o tempo de retenção pela análise do cromatograma
Realizar o passo anterior para os outros possíveis padrões

2.2.2 Escolha do padrão interno

O padrão interno foi o ciclohexano, por apresentar melhor adequação do tempo de resposta entre os analitos etanol e n-propanol.

2.2.3 Determinação das concentrações de etanol e n-propanol

Adicionar 1ml de padrão à solução problema já colocada em um balão de 10ml
Completar o balão com n-hexano e homogeneizar
Injetar 1μl da solução preparada nos dois últimos passos no cromatógrafo

Resultados e discussões

3.1 Tabelas

Tabela 3.1: Pontos de ebulição e constantes dielétricas dos álcoois envolvidos no experimento

Composto	Ponto de ebulição (°C)	Constante dielétrica
etanol	65,15	32,63
metanol	78,50	24,30
n-hexeno	84,16	—
iso-propanol	82,40	18,30
n-propanol	97,40	20,10
ciclohexano	80,70	2,015

3.2 Gráficos e registros

Os cromatogramas seguem anexos no final do relatório. (não disponível online)

3.3 Resultados finais

3.3.1 Número de pratos teóricos para cada uma das substâncias utilizadas

Conforme equação 1.1, considerando dados do cromatograma em anexo, tempo de resposta efetivo 1,548 do n-propanol e largura do pulso igual a 0,068 logo teremos como 8292 pratos teóricos efetivos.

3.3.2 Resolução para os picos referentes a etanol e n-propanol

Conforme equação 1.2, considerando os dados do cromatograma em anexo (não disponível online), temos como 12,15 a resolução para entanol e n-propanol.

3.3.3 Fator de resposta para o etanol e n-propanol em relação ao padrão interno escolhido

Conforme equação 1.3, considerando os dados do cromatograma, temos 2,13 a relação entre o etanol e n-propanol.

3.3.4 Concentração de cada um dos álcoois na mistura original

Tomando como base a concentração do padrão interno de 10mg.l⁻¹ e procedendo em relação direta com as áreas dos picos, conforme cromatograma, temos que a concentração do etanol é de 9,51mg.l⁻¹ e a concentração do n-propanol 12,14mg.l⁻¹.

3.4 Erros

Com relação aos erros, poderemos considerar apenas os erros aleatórios na hora da injeção do analito na coluna, os demais erros, são corrigidos automaticamente pelo padrão interno e tratamento estatistico do software registrador.

3.5 Discussões sobre a técnica

A principal vantagem da cromatografia de fase gasosa é permitir a separação de misturas complexas contendo até 200 compostos, usando amostras pequenas. Por outro lado, a análise é feita com a amostra em estado gasoso e, por isso, os analitos devem ser voláteis. Outra limitação é que materiais iônicos não podem ser separados por este método.

3.6 Conclusões

Concluímos que o método de cormatografia de fase gasosa é muito eficiente para determinação precisa de compostos volateis em baixa concentração em volumes de amaostra reduzidos.

O processo de injeção manual do analito na coluna pode causar erros no cromatograma, isto pode ser minimizado com a automatização do processo.

Referências Bibliográficas

VOGEL, A. I. Análise Química Quantitativa. 6a. ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2002. 462 p. ISBN 85-216-1311-3.

WEAST, R. C. (Ed.). Handbook of Chemistry and Physics. 63a. ed. Florida: CRC Press, Inc, 1982. ISBN 0-8493-0463-6.