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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO QUÍMICA
Exercícios de Cromatografia: Instrumentação, Preparo de amostra e Métodos quantificação Prof. Ronaldo Nascimento Instrumentação: Instrumentaç ão: detectores, injetores, colunas... 1) Descreva os princípios da cromatografia gasosa. 2) O que é a equação de Van Deemter? Qual sua principal utilidade? 3) O que é o Índice de Retenção de Kóvatz? Kóvatz? Qual a sua utilidade? 4) Descreva os princípios dos seguintes detectores para cromatografia gasosa: Ionização em Chama, Condutividade Térmica e Captura de Elétrons. 5) Enumere algumas razões pelas quais a cromatografia gasosa tornou-se tão popular entre as técnicas analíticas. 6) O gás nitrogênio altamente puro (N 2) demora 2,5 minutos para transportar uma molécula de um composto não retido através de uma coluna DB-WAX, 30m x 0,30mm x 0,20μm. Determine a velocidade linear e a vazão do gás de arraste nessa coluna sob
essas condições. Com base nessas informações determine o volume morto dessa condição admitindo que o processo ocorra nas CNTP. 7) Sob as condições descritas no item anterior, a vazão média do gás que deixa o injetor para fora da coluna (gás ( gás de purga - vent) foi igual a 10 mL em 20 segundos. Determine a razão de divisão (split) do gás do injetor nessas condições. 8) Explique por que apenas um dentre os seguintes procedimentos a ser adotados para a melhora da separação de dois isômeros por cromatografia gasosa de alta resolução é correto: a) diminuir o tamanho da coluna, b) diminuir a temperatura do detector, c) diminuir a taxa de aquecimento da coluna, d) aumentar a vazão do gás de arraste, e) aumentar o volume de amostra injetada. 9) Supondo que uma mistura hipotética contendo dióxido de enxofre, monóxido de carbono, sulfeto sulfeto de hidrogênio, fluoreto de de hidrogênio, metano, metano, propano e butano butano seja separada por cromatografia gasosa através de uma coluna polar. Considere que os analitos sejam todos detectados, respectivamente pelos detectores FID e TCD. Qual deve ser a ordem de eluição? Justifique sua resposta.
10) Injetou-se uma amostra em um cromatógrafo à gás com DCT e gás de arraste He e observou-se no cromatograma obtido a formação de picos negativos, conforme ilustra a figura abaixo:
Assinale, dentre as alternativas a seguir, a única hipótese provável para explicar o fenômeno observado. ( ) A corrente de alimentação do DCT estava ligada. ( ) Todas as substâncias analisadas na amostra têm condutividade térmica maior do que a do gás de arraste. ( ) A polaridade da ponte de Wheatstone do DCT estava invertida. ( ) A velocidade do papel do registrador foi regulada para um valor muito alto. ( ) A atenuação usada estava muito pequena para a quantidade de amostra analisada. 11)
12) Uma mistura teste foi analisada por CG sob as mesmas condições em três colunas cromatográficas capilares de mesmas dimensões, porém com fases estacionárias de diferentes polaridades, utilizando um detector por ionização em chama(DIC). As figuras a seguir mostram os cromatogramas da mistura obtidos em cada coluna. Com base nesses resultados classifique as colunas em ordem crescente de polaridade. A identificação das substâncias é apresentada abaixo.
Pico Nº Composto 1 1-octanol 2 Dodecano 3 2,6-dimetilfenol 4 naftaleno 5 hexadecano
Ponto de Ebulição (°C) 195,1 216,3 201,0 217,9 286,8
Preparação da amostra: ELL, SPE, SPME... 13) Em um laboratório de química orgânica experimental, dois alunos receberam uma amostra de naftaleno contaminada por ácido benzóico. O primeiro dissolveu a amostra em éter dietílico e o segundo, em diclorometano. A seguir, as soluções foram transferidas para funis de decantação que continham solução aquosa de NaOH a 5%. Após agitação das misturas, os funis apresentaram duas fases. Indique em qual fase de cada funil deve ser recuperado o naftaleno. Justifique. 14) Um laboratório de análises químicas foi contratado por um órgão ambiental para monitorar o teor de clorofenóis nas águas de um rio suspeito de contaminação por herbicidas clorados. As amostras de água coletadas foram submetidas a um processo de extração em fase sólida usando uma resina apropriada. Os compostos de interesse foram recuperados por extração com diclorometano e, em seguida, derivatizados com brometo de pentafluorobenzila. O resultado da análise cromatográfica indicou que o composto em maior concentração apresentou um teor de 1,2μg/L. Qual o objetivo da derivatização dos compostos? Quais os objetivos da extração em fase sólida? Com relação ao método cromatográfico mais adequado para essa análise indique o tipo coluna, fase estacionária e o detector empregados. 15) Considere as estratégias X e Y empregadas na extração, com diclorometano, de cafeína contida em uma solução aquosa. (Dados: Coeficiente de partição, K = C 2/C1, onde: C1 = concentração da cafeína em água; C2 =concentração da cafeína em diclorometano, CH 2Cl2). Em relação às duas estratégias utilizadas, há uma mais eficiente? Se há, qual? Justifique sua resposta.
Cite algumas desvantagens que tornam a extração por solvente clássica indesejável.
16) Na determinação de 1,4-dioxana em cosméticos por microextração em fase sólida MEFS (SPME) e CG-DIC (GC-FID) usando uma fibra de espessura de 100µm de revestimento, com volume de filme de 6,9 x 10 -4 mL (Vf ). Considere a concentração do analito (Co) de 0,10 µg/mL (100 ppb). Assim, otimizaram-se as condições de temperatura e tempo de extração conforme resultados apresentados nas Fig.4 e 5. Com relação à essa otimização responda: a. Quais as condições ótimas encontradas para esses dois parâmetros? Justifique. b. Explique porque o gráfico da figura 4 apresenta um máximo enquanto o da figura 5 apresenta um patamar. c. Qual a porcentagem do analito em 10,0 mL (V s) da solução que é extraída pela fibra quando o coeficiente de partição, K (do soluto entre o filme e a solução) for igual 100? Sabendo que a massa (m) do analito extraído é calculada pela equação: m= (KV f C0Vs) / (KVf + Vs)
GC-MS / ANÁLISE QUALITATIVA E QUANTITATIVA 17) Triazinas são utilizadas como herbicidas. Abaixo são apresentados os cromatogramas dos padrões de três triazinas analisados por CG-EM (GC-MS) utilizando uma coluna CP-Sil 8 CB (5% difenil) dimetilpolisiloxano ) com as dimensões: 30 m x 0.25 mm DI; espessura do filme (d f ) 0.25μm, bem como as suas estruturas químicas. Com relação à essa separação responda: a) Quais são os compostos A, B e C? Explique porque mesmo a separação não sendo adequada, é possível a identificação e quantificação desses analitos nessas condições. Mostre a estrutura química básica da fase estacionária?
33) Uma mistura dos compostos X e Y, mostrados abaixo, foi analisada por cromatografia gasosa de alta resolução com detecção por ionização em chama, utilizando uma coluna de fase estacionária polar.
O cromatograma mostrado a seguir foi obtido nas seguintes condições experimentais: - temperatura do injetor: 250 oC - temperatura do detetor: 280 oC - temperatura final do forno: 250 oC - temperatura inicial do forno: 50 oC - taxa de aquecimento do forno: 5 oC/min Considerando os resultados do experimento descrito, pode-se afirmar que:
I - Y corresponde ao composto que apresenta maior tempo de retenção; II - para melhorar a resolução da separação, devem ser aumentadas as temperaturas do injetor e detetor; III - o aumento da taxa de aquecimento do forno deve aumentar a resolução; IV - a diminuição do tamanho da coluna deverá piorar a resolução. São corretas apenas as afirmações: (A) I e II. (B) I e IV. (C) II e III. (D) II e IV. (E) III e IV. Fonte: ENADE 2005, Química. 18) Um químico necessita desenvolver um método para quantificar o aminoácido leucina presente em amostras de plasma, utilizando a cromatografia gasosa de alta resolução acoplada à espectrometria de massas (CG-EM) com ionização por impacto de elétrons. Para isto, foi obtido o espectro de massas da leucina mostrado abaixo, utilizando o sistema CG-EM.
A respeito da análise efetuada para o desenvolvimento do método de quantificação da leucina, foram feitas as seguintes afirmações:
I – o pico base da leucina corresponde ao íon NH2 II – a análise foi efetuada com varredura linear por ser uma técnica mais sensível que o monitoramento seletivo de íons; III – para validar este método de análise, devem ser determinados o limite de detecção e a faixa de linearidade, dentre outros parâmetros; IV – no espectro de massas da leucina, o pico do íon molecular apresenta m/z = 86. É(São) correta(s) apenas a(s) afirmação(ões): (A) I. (B) II. (C) III. (D) I e III. (E) II e IV. Fonte: ENADE 2005, Química.
19) Meça a largura a meia altura do pico m/z 53 e calcular o poder de resolução do espectrómetro da expressão m/m 1/2. Você esperaria para ser capaz de resolver dois picos em 100 e 101 Da?
20) Análise quantitativa por monitoração de íon selecionado (SIM). Cafeína em bebidas e urina pode ser medida adicionando cafeína-D3 como padrão interno e usando a monitoração de íon selecionado para medir cada composto por cromatografia em fase gasosa. A figura mostra os cromatogramas em massa de cafeína (m/z 194) e cafeína-D3 (m/z 197), que tem quase o mesmo tempo de retenção.
Suponha que os seguintes dados foram obtidos por misturas padrão:
(a) calcular o fator de resposta médio ( F) na equação
(Area do sinal analito/área sinal PI ) = F (concentração do analito / concentração do PI) (b) para a análise de uma bebida de coca-cola, 1,0 mL da bebida foi tratado com 50,0 µL de solução-padrão contendo cafeína de 1,11 g/L cafeina-D 3 em metanol. A solução combinada foi circulada em um cartucho de extração de fase sólida que retém a cafeína. Solutos polares foram lavados com água. Em seguida, a cafeína foi eluída do cartucho com um solvente orgânico e o solvente foi evaporado à secura. O resíduo foi dissolvido em 50,0 µL de metanol para cromatografia gasosa. Áreas de pico foram 1144 para m/z 197 e 1733 para m/z 194. Encontre a concentração de cafeína (mg/L) na bebida. 21) Deseja-se determinar o teor de cânfora e de carvona, monoterpenos encontrados em óleos essenciais. Para tal, 2,90 g do óleo contendo cânfora e carvona foram dissolvidos e diluídos em 100,00 mL de clorofórmio PA (sol. A). Uma alíquota de 5,00 mL da sol. A foi transferida para um balão volumétrico de 100,00 mL e diluída com clorofórmio PA até o traço de aferição (sol. B). 2,00
L da sol. B foram injetados em um
cromatógrafo com DIC e a área obtida no integrador pertinente à cânfora foi 55420 e 18020 relativo à carvona. Uma solução padrão de cânfora e de carvona foi preparada pesando 3,58 g e 4,05 g, respectivamente, diluindo em 100,00 mL de clorofórmio PA (sol.C). Em seguida, uma alíquota de 10,00 mL da sol. C foi transferida para um balão volumétrico de 100,00 mL e avolumou-se com clorofórmio PA (sol. D), depois misturou-se 20,00 mL da sol. D e 50,00 mL de clorofórmio PA (sol. E). Injetou-se 1,00 L da sol. E e as áreas de cânfora e de carvona foram, respectivamente, 40877 e 43001. Determine o teor de cânfora e de carvona no óleo essencial.
