MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE

Apresentação em tema: "MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE"— Transcrição da apresentação:

1 MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE
CROMATOGRAFIA GASOSA MÉTODOS EXPERIMENTAIS EM ENERGIA E AMBIENTE RITA CERDEIRA

2 CROMATOGRAFIA GASOSA Princípio Básico Instrumentação
Parâmetros Fundamentais Aplicações Práticas Conclusão RITA CERDEIRA

3 MECANISMO DE SEPARAÇÃO
PRINCÍPIO BÁSICO Técnica de separação e análise de misturas por interacção dos seus componentes entre uma Fase Estacionária e uma Fase Móvel. Classificação dos métodos cromatográficos: TIPO FASE MÓVEL FASE ESTACIONÁRIA MECANISMO DE SEPARAÇÃO Gasosa Líquida Partição Sólida Adsorção Troca Iónica Exclusão Molecular RITA CERDEIRA

4 INSTRUMENTAÇÃO – Mecanismo de Separação
A amostra é injectada (injector da amostra) e arrastada pela fase móvel (gás arrastador) através da coluna que contém a fase estacionária (coluna CG aquecida), onde ocorre a separação da mistura. As substâncias separadas saem da coluna dissolvidas na fase móvel e passam por um detector que gera um sinal eléctrico proporcional à quantidade de material separado. RITA CERDEIRA

5 Exemplo de um cromatograma
INSTRUMENTAÇÃO Cilindro de gás Cromatograma Injector da amostra Detector Registrador Coluna CG aquecida Exemplo de um cromatograma RITA CERDEIRA

6 ISTRUMENTAÇÃO - Fase Móvel
CARACTERÍSTICAS da FASE MÓVEL, OU GÁS DE ARRASTE: Inerte não interage nem com a amostra, nem com a fase estacionária, apenas transporta a amostra através da coluna. Puro isento de impurezas que possam contaminar a amostra, ou gerar ruído no sinal. Compatível com o Detector Exemplos – H2, N2, He RITA CERDEIRA

7 Regulador de pressão secundário Regulador de pressão primário
ISTRUMENTAÇÃO - Fase Móvel ALIMENTAÇÃO DO GÁS DE ARRASTE Regulador de pressão secundário Filtros Medidor de Caudal Regulador de pressão primário Cilindro de gás Regulador de Caudal RITA CERDEIRA

8 INSTRUMENTAÇÃO - Injecção da Amostra
CARACTERÍSTICAS da INJECÇÃO da AMOSTRA: Injecção instantânea - evita diminuir a eficiência da coluna Injecção instantânea Injecção lenta Vaporização simultânea para todos os componentes da amostra - evita a decomposição da mesma Regra Geral: temperatura do injector 50ºC acima da temperatura de ebulição do componente menos volátil RITA CERDEIRA

9 INSTRUMENTAÇÃO - Injecção da Amostra
INJECTOR: RITA CERDEIRA

10 INSTRUMENTAÇÃO - Injecção da Amostra
1 - Ponta da agulha da microseringa é introduzida no início da coluna. 2 - Amostra injectada e vaporizada instantaneamente no início da coluna. 3 - “Plug” de vapor de amostra forçado pelo gás de arraste a fluir pela coluna. Volume injectado – depende da coluna, do detector e do estado físico da amostra RITA CERDEIRA

11 INSTRUMENTAÇÃO - Fase Estacionária
Líquido depositado sobre superfícies de: Sólidos – colunas empacotadas Tubos finos – colunas capilares RITA CERDEIRA

12 INSTRUMENTAÇÃO - Fase Estacionária
CARACTERÍSTICAS da FASE ESTACIONÁRIA: Características próximas das dos solutos a serem separados Selectividade, deve ser um bom solvente diferencial dos componentes da amostra Quimicamente inerte relativamente à amostra Volatilidade baixa (ponto de ebulição 200ºC acima da temperatura máxima a utilizar) Fases estacionárias utlizadas: Estabilidade térmica Parafinas – apolares Pouco viscosa Poliglicóis – polares Pura Poliésteres – polares Silicones – cobrem ampla faixa de polaridade RITA CERDEIRA

13 INSTRUMENTAÇÃO - Fase Estacionária
CARACTERÍSTICAS DAS COLUNAS: CAPILARES EMPACOTAMENTO Diâmetro Comprimento Material Fase estacionária 0.10 a 0.50 mm 5 a 100 m Vidro, aço É depositada como filme, aplicado directamente às paredes do tubo 3 a 6 mm 0.5 a 5 m Vidro ou metal É depositada como filme, sobre partículas de um suporte adequado RITA CERDEIRA

14 INSTRUMENTAÇÃO - Fase Estacionária
MECANISMO DE SEPARAÇÃO: A amostra atinge a fase estacionária sendo parte absorvida e estabelece-se um equilíbrio entre esta parte e uma outra que permanece na fase gasosa, que por sua vez continua no gás de arraste até estabelecer o equilíbrio. O gás de arraste atinge a fase estacionária, o que leva a amostra a entrar novamente neste para restabelecer o equilíbrio. RITA CERDEIRA

15 INSTRUMENTAÇÃO - Fase Estacionária
VANTAGENS DESVANTAGENS Empacotamento Mais económica Maior capacidade de carga Maior quantidade de amostra Se o material de enchimento não for colocado na coluna de forma compacta e uniforme, os espaços vazios resultantes funcionarão como câmaras de diluição da amostra. Menor eficiência Análise mais lenta Capilares Maior comprimento => maior eficiência Separação de misturas complexas Análise mais rápida Maior separação Capacidade de processamento da amostra inferior. Satura rapidamente. Menor quantidade de amostra RITA CERDEIRA

16 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Dispositivo que indica e quantifica os componentes separados pela coluna. Examinam continuamente o material, gerando um sinal na passagem de substâncias que não o gás de arraste RITA CERDEIRA

17 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
CARACTERÍSTICAS dos DETECTORES: Resposta rápida e linear Ser altamente sensível Boa estabilidade durante grandes intervalos de tempo Responder a uma grande variedade de compostos RITA CERDEIRA

18 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
PARÂMETROS BÀSICOS DE DESEMPENHO: Quantidade mínima detectável – Massa de um composto que gera um pico 3 X > ruído RITA CERDEIRA

19 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
PARÂMETROS BÀSICOS DE DESEMPENHO: Velocidade de resposta – Tempo decorrido entre a entrada do composto no detector e a geração do sinal eléctrico Sensibilidade – Relação entre a área do pico e a massa de composto RITA CERDEIRA

20 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Classificação Universais – Geram um sinal para qualquer composto Selectivos – Geram um sinal apenas compostos com determinadas características Específicos – Geram um sinal para compostos que tenham um determinado elemento na sua estrutura RITA CERDEIRA

21 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
TIPOS de DETECTORES: TCD - Detector de Condutividade Térmica ECD - Detector de Captura de Electrões FID - Detector de Ionização de Chama FDP - Detector Fotométrico de Chama GAMA E SENSIBILIDADE DOS DETECTORES EM CG RITA CERDEIRA

22 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Detector de Condutividade Térmica - Universal, não destrói a amostra Aplica-se para a separação de compostos (ex. Gases nobres) Célula de referência Filamento Entrada de Gás RITA CERDEIRA

23 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Detector de Captura de Electrões - Selectivo Aplica-se na separação de compostos halogenados Ânodo Saída de gases Cavidade Cátodo Coluna cromatográfica RITA CERDEIRA

24 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Detector de Ionização de Chama – Universal Utilizado para compostos com ligações C-H (orgânicos) Ar H2 Coluna RITA CERDEIRA

25 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Detector Fotométrico de Chama - Específico Utilizado para compostos com enxofre ou fósforo RITA CERDEIRA

26 INSTRUMENTAÇÃO - Detectores
Comparação entre TCD e FID RITA CERDEIRA

27 PARÂMETROS FUNDAMETAIS
TEMPO DE RETENÇÃO AJUSTADO, tR’ e SELECTIVIDADE, α: tR – Tempo de retenção tM – Tempo mínimo de retenção de um composto que não interaja com a fase estacionária tR’ – Tempo de retenção ajustado RITA CERDEIRA

28 PARÂMETROS FUNDAMETAIS
EFICIÊNCIA – Capacidade de separação com o mínimo de dispersão do composto Dispersão do composto Separação ineficiente dos compostos e menor detectabilidade Tempo RITA CERDEIRA

29 PARÂMETROS FUNDAMETAIS
EFICIÊNCIA – Pode ser quantificada pelo NÚMERO DE PRATOS TEÓRICOS (comprimento de coluna necessário para se estabelecer o equilíbrio): Quanto maior o n, mais eficiente é a coluna RITA CERDEIRA

30 APLICAÇÕES PRÁTICAS QUIMICA:
Determinação de antioxidantes, nutrientes ou contaminantes em alimentos INDÚSTRIA: Monitorização de processos industriais SAÚDE: Análises dos constituintes do sangue Análise forense AMBIENTE: Determinação de resíduos de pesticidas em produtos alimentares, águas ou esgotos Determinação de gases e solventes orgânicos na atmosfera, solos ou rios ... RITA CERDEIRA

31 CONCLUSÃO A importância principal deste método é a de conseguir obter separação de misturas complexas Para uma análise quantitativa ou qualitativa deve-se associar a este método outro método analítico como por exemplo: Espectrometria de massa Espectrometria por absorção de infravermelhos Espectrometria de emissão atómica RITA CERDEIRA

32 REFERÊNCIAS McNair, H.M.; Miller, J.M., "Basic Gas Chromatography". John Wiley & Sons, Nova Iorque, 1997. Bonato, P.S., C.H.; Bonato, P.S.; Braga, G.L., "Introdução a Métodos Cromatográficos". 6a edição, Editora da Unicamp, Campinas, 1995. Gonçalves, M.L., “ Métodos Instrumentais para a Análise de Soluções”. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1983 RITA CERDEIRA