Cromatografia Gasosa

Cromatografia gasosa

A cromatografia gasosa8,9 é uma das mais importantes técnicas analíticas disponíveis atualmente. Em curto espaço de tempo tornou-se a principal técnica para separação e determinação de compostos voláteis e/ou volatilizáveis. O poder de resolução excelente alcançado permite a determinação de dezenas de compostos diferentes em matrizes complexas.10 Outro diferencial da técnica vem a ser sua grande sensibilidade e elevada detectabilidade. Por exemplo, o limite de detecção para o pesticida halogenado Lindane pode atingir valores tão baixos quanto 10-16 mol mL-1 empregando-se o detector de captura de elétrons.11 A cromatografia gasosa pode ser aplicada em amostras gasosas, líquidas ou sólidas, desde que os analitos sejam voláteis ou possam ser volatilizados sem sofrer decomposição térmica.

A cromatografia gasosa classifica-se, de acordo com a natureza da fase estacionária, em cromatografia gás-sólido (CGS) e cromatografia gás-líquido (CGL). A fase estacionária pode ser um sólido (CGS) ou um líquido imobilizado sobre um suporte inerte (CGL), sendo que a CGL é a mais versátil e seletiva forma de cromatografia a gás, devido à grande diversidade de fases líquidas disponíveis.

Em linhas gerais, os principais componentes de um cromatógrafo a gás são: cilindro de gás, injetor, forno, coluna, detector, sistema de controle do instrumento e aquisição de dados.

Inicialmente a amostra é introduzida no injetor aquecido (com o auxílio de uma micro-seringa), onde é vaporizada e transferida com o auxílio do gás de arraste para a coluna cromatográfica colocada dentro de um forno pré-aquecido. Os componentes da amostras são eluídos e conduzidos para o detector conectado na saída da coluna. O detector emite um sinal elétrico que é registrado graficamente sob a forma de picos.

Trabalhos didáticos envolvendo cromatografia gasosa redigidos em língua portuguesa têm sido pouco explorados neste periódico. Com o intuito de colaborar com a divulgação e ensino da cromatografia, apresentamos uma proposta de experimento para a disciplina de análise instrumental com enfoque na introdução à cromatografia gasosa para alunos de graduação em Química e áreas correlatas. Este experimento explora a investigação da contaminação por solventes orgânicos em águas. Para isso, os alunos deverão investigar quatro fontes de contaminação em duas amostras de água. Entre os solventes adicionados destaca-se o benzeno, uma substância reconhecidamente carcinogênica, considerada a quinta substância de maior risco, segundo os critérios do programa das Nações Unidas.7

PARTE EXPERIMENTAL

Instrumentação

Foi utilizado o cromatógrafo a gás modelo Varian GC-3800 (Palo Alto, CA, USA) com detector de ionização em chama (250 ºC), injetor (250 ºC) com divisão de fluxo na razão 1:25, coluna capilar HP-Innowax (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm) (J&W, USA) empregando N2 como gás de arraste, com fluxo constante de 1 mL min-1. A temperatura inicial foi de 80 ºC (1 min), seguida por taxa de aquecimento de 10 ºC min-1 até 120 ºC, com tempo total de corrida de 6 min. O volume de injeção foi igual a 1,0 µL. A aquisição e o processamento de dados foram feitos com o programa Star Advanced versão 4.52 da Varian.

Reagentes e soluções

Todos os reagentes utilizados (isobutanol, n-propanol, n-propanona, benzeno, n-pentanol) foram procedentes da Merck Brasil (Rio de Janeiro, RJ, Brasil) com teores maiores que 98%. A água desionizada foi obtida pelo sistema Milli-Q, apresentando resistividade maior que 18 MΩ cm-1. Foram preparadas as seguintes misturas de soluções de referência, conforme mostrado na Tabela 1: A - isobutanol (500 mg L-1) e n-pentanol (500 mg L-1); B -n-propanona (500 mg L-1) e n-pentanol (500 mg L-1); C - benzeno (350 mg L-1 ) e n-butanol (81 mg L-1); D - benzeno (88 mg L-1) e n-butanol (324 mg L-1); padrão interno (PI) n-propanol (500 mg L-1) e as amostras W - benzeno (175 mg L-1) e n-butanol (40 mg L-1) e H - benzeno (44 mg L-1) e n-butanol (162 mg L-1).

Procedimentos

Este experimento se compõe das etapas qualitativa e quantitativa, sendo que a primeira se baseia na identificação dos compostos utilizando o tempo de retenção, enquanto a segunda etapa consiste na determinação da concentração dos analitos a partir das áreas de pico.

Etapa qualitativa

Foram injetadas, seqüencialmente, 1,0 µL das soluções A, B, C, D, W e H diluídas na razão de 1:10 em água desionizada. A seguir foram atribuídos os picos observados nos cromatogramas de cada solução. A identificação de cada componente foi realizada pelos seus respectivos tempos de retenção (tr), que representam o tempo gasto desde o momento da injeção até a saída do ponto máximo do pico.

Etapa quantitativa

Com auxílio de uma pipeta volumétrica transferiu-se 1,00 mL da solução C e 1,00 mL da solução de PI (500 mg L-1) para um balão volumétrico de 10 mL, completando o volume com água desionizada. O mesmo procedimento foi repetido para as soluções D, W e H. Um volume de 1,0 µL de cada uma destas soluções foi injetado seqüencialmente no cromatógrafo a gás para a determinação das áreas de pico correspondentes a cada um dos analitos, previamente identificados pelos respectivos tempos de retenção.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Etapa qualitativa

Os resultados de tempo de retenção médios obtidos na etapa qualitativa são apresentados na Tabela 1 em comparação com a composição das soluções, bem como com os pontos de ebulição e constantes dielétricas dos componentes das misturas. Observa-se que a cromatografia gasosa é uma técnica com grande aplicação na determinação simultânea de compostos voláteis e semi-voláteis, tais como álcoois,12 cetonas e hidrocarbonetos. A separação cromatográfica das diferentes famílias de compostos orgânicos foi possível devido às características físico-químicas dos analitos, tais como ponto de ebulição e constante dielétrica,13 parâmetro este que é relacionado com a polaridade das substâncias e que determina a afinidade pela fase estacionária (polar, no presente experimento). Entre todos os componentes, a n-propanona é o primeiro componente a ser eluído apesar de apresentar a constante dielétrica mais elevada. Este fato ocorre devido principalmente a sua alta