Cromatografia

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1 2 3 FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA-ÁREA 1 4 CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL DISCIPLINA: QUÍMICA E TECNOLOGIA ORGÂNICA Cromatografia Relatório apresentado ao Professor Rauldenis como cumprimento das atividades da disciplina Química e Tecnologia Orgânica. Por: Gustavo Paixão 1 Salvador-BA 2013 Sumário Resumo...................................................................... ..................................................................3 Introdução.................................................................. .................................................................3 Objetivos................................................................... ..................................................................6 Materiais e Métodos..................................................................... ...............................................6 Resultados e Discussão................................................................... ............................................7 Conclusão................................................................... ...............................................................10 Referências................................................................. ...............................................................10 1. RESUMO A cromatografia é uma técnica quantitativa, tem por finalidade geral duas utilizações, a de identificação de substâncias e de separação-purificação de misturas. Usando propriedades como solubilidade, tamanho e massa. Para o processo de separação de misturas, a mistura passa por duas fases sendo uma estacionaria (fixa, sendo um material poroso como um filtro) e outra móvel ( como um liquido ou um gás, que ajuda na separação da mistura), sendo que os constituintes dessa misturas interagem com as fases através de forças intermoleculares e iônicas, fazendo a separação. A mistura pode ser separada em varias partes distinta ou ainda ser purificada eliminando-se as substancia indesejáveis. Palavras-chave: cromatografia, cromatografia em coluna, solvente, fase estacionária, fase móvel. 2. INTRODUÇÃO Cromatografia é uma técnica utilizada para analisar, identificar ou separar os componentes de uma mistura. A cromatografia é definida como a separação de dois ou mais compostos diferentes por distribuição entre fases, uma das quais é estacionária e a outra móvel. Introduzida pelo pesquisador russo Michael Tswett em 1906, quando separou clorofila de uma mistura de pigmentos de plantas, através de uma coluna cheia de carbonato de cálcio em pó, fazendo a lavagem com éter de petróleo. Conforme a amostra descia pela coluna, apareciam bandas separadas e cores distintas. Palavra de origem grega, onde "cromo" significa cor e "grafia" significa escrita, ou seja "escrita em cores". Mas a cromatografia pode separar os componentes sem nenhum aparecimento de cor.[1] A cromatografia é preliminarmente uma ferramenta analítica para a separação de misturas, combinada com análises qualitativas e quantitativas das substâncias separadas. É uma poderosa e muito usada técnica de separação dos componentes de uma amostra.[1] Os componentes das amostras são distribuídos entre duas fases, uma das quais permanece estacionária, enquanto a outra elui entre os interstícios ou sobre a superfície da fase estacionária. O movimento da fase móvel resulta numa migração diferencial dos componentes da amostra. O mecanismo envolvido nesta migração diferencial vai depender do tipo da fase móvel e estacionária utilizado. Pela escolha apropriada da fase fixa e da fase móvel, além de outras variáveis, pode-se fazer com que os componentes da mistura sejam arrastados ordenadamente. Aqueles que interagem pouco com a fase fixa são arrastados facilmente e aqueles com maior interação ficam mais retidos.[1] Os componentes da mistura adsorvem-se com as partículas de sólido devido a interação de diversas forças intermoleculares. O composto terá uma maior ou menor adsorção, dependendo das forças de interação, que variam na seguinte ordem: formação de sais > coordenação > pontes de hidrogênio > dipolo- dipolo > Van der Waals.[1] Dependendo da natureza das duas fases envolvidas tem-se diversos tipos de cromatografia: - sólido-líquido (coluna, camada fina, papel); - líquido-líquido; - gás-líquido. Os métodos cromatográficos possuem uma faixa de aplicação ilimitada. Podem ser usadas para separação de moléculas menores, como H2 e D2, até as maiores, como proteínas etc. Quantidades na ordem de picogramas podem ser separadas e detectadas por cromatografia gasosa combinada com espectrometria de massa, e quantidades em multigramas podem ser separados e isolados por métodos de coluna preparativa.[1] A cromatografia em coluna é uma técnica de partição entre duas fases, sólida e líquida, baseada na capacidade de adsorção e solubilidade. O sólido deve ser um material insolúvel na fase líquida associada, sendo que os mais utilizados são a sílica gel (SiO2) e alumina (Al2O3), geralmente na forma de pó. A mistura a ser separada é colocada na coluna com um eluente menos polar e vai-se aumentando gradativamente a polaridade do eluente e conseqüentemente o seu poder de arraste de substâncias mais polares. Uma seqüência de eluentes normalmente utilizada é a seguinte: éter de petróleo, hexano, éter etílico, tetracloreto de carbono, acetato de etila, etanol, metanol, água e ácido acético.[1] O fluxo de solvente deve ser contínuo. Os diferentes componentes da mistura mover-se-ão com velocidade distintas dependendo de sua afinidade relativa pelo adsorvente(grupos polares interagem melhor com o adsorvente) e também pelo eluente. Assim, a capacidade de um determinado eluente em arrastar um composto adsorvido na coluna depende quase diretamente da polaridade do solvente com relação ao composto.[1] À medida que os compostos da mistura são separados, bandas ou zonas móveis começam a ser formadas; cada banda contendo somente um composto. Em geral, os compostos apolares passam através da coluna com uma velocidade maior do que os compostos polares, porque os primeiros têm menor afinidade com a fase estacionária. Se o adsorvente escolhido interagir fortemente com todos os compostos da mistura, ela não se moverá. Por outro lado, se for escolhido um solvente muito polar, todos os solutos podem ser eluídos sem serem separados. Por uma escolha cuidadosa das condições, praticamente qualquer mistura pode ser separada.[1] Outros adsorventes sólidos para cromatografia de coluna em ordem crescente de capacidade de retenção de compostos polares são: papel, amido, açucares, sulfato de cálcio, sílica gel, óxido de magnésio, alumina e carvão ativo. Ainda, a alumina usada comercialmente pode ser ácida, básica ou neutra. A alumina ácida é útil na separação de ácidos carboxílicos e aminoácidos; a básica é utilizada para a separação de aminas.[1] Cromatografia líquida clássica Esta técnica é muito utilizada para isolamento de produtos naturais e purificação de produtos de reações químicas. As fases estacionárias mais utilizadas são sílica e alumina, entretanto estes adsorventes podem servir simplesmente como suporte para uma fase estacionária líquida. Fases estacionárias sólidas levam à separação por adsorção e fases estacionárias líquidas por partição. Suportes quimicamente modificados também têm sido usados, sendo o processo de separação misto neste caso.[2] Esses suportes são acondicionados em tubos cilíndricos geralmente de vidro, de diâmetros variados, os quais possuem uma torneira em sua extremidade inferior. A Fig. 3 é uma ilustração de uma coluna cromatográfica empacotada com sílica, sendo mostrados seus demais constituintes.[2] Os adsorventes possuem partículas na faixa de 60-230 mesh, de modo a possibilitar um fluxo razoável do solvente através da coluna.[2] O uso de sílica de partícula menor (230-400 mesh) como adsorvente para essas colunas requer a utilização de um sistema de bombeamento para o empacotamento e eluição, sendo conhecido como Cromatografia Flash.[2] A principal etapa ao se utilizar essa técnica é o empacotamento, o qual, entre outros fatores, definirá a eficiência da separação. Enquanto a alumina é empacotada em sua forma original, a sílica deve sê-lo na forma de suspensão.[2] À coluna adiciona-se uma pequena quantidade de solvente e deposita-se na sua extremidade inferior um chumaço de algodão com espessura de aproximadamente 05 cm para impedir a passagem de partículas da fase estacionária. A adição de sílica deve ser feita com a torneira semi-aberta. O adsorvente é adicionado lentamente à coluna fixada na posição vertical, batendo-se continuamente ao longo da mesma para que todo o ar seja expulso, de modo a se obter uma compactação uniforme. A existência de ar entre as partículas leva à formação de canais na coluna, os quais alargam as bandas eluídas.[2] Nunca se deve permitir que o nível do solvente desça abaixo do nível do adsorvente, o que poderia acarretar rachaduras, comprometendo a eficiência da coluna.[2] Após o empacotamento, é conveniente que se passe uma certa quantidade do eluente (duas a três vezes o volume da coluna) a ser utilizado através da coluna antes da introdução da amostra. Esta é adicionada à coluna com o auxílio de uma pipeta no momento em que o nível do eluente esteja o mais próximo possível do adsorvente. Esse procedimento ameniza o alargamento das bandas a serem eluídas. Tendo a amostra penetrado no adsorvente, o eluente é então adicionado cuidadosa e continuamente.[2] A escolha do eluente segue os princípios discutidos em CCD, mas neste caso ele pode ser mudado durante o processo cromatográfico. Se, por exemplo, a amostra é constituída por duas substâncias, uma apolar e outra polar, utiliza-se primeiramente um eluente apolar e em seguida um eluente polar.[2] O volume das frações a serem recolhidas é função da quantidade de amostra e do grau de dificuldade da separação. Para análise das mesmas, recorre-se a alguma técnica auxiliar, usualmente CCD.[2] Em vista de que geralmente algumas partículas da amostra permanecem irreversivelmente adsorvidas à fase estacionária, a cada separação é necessário um tratamento para a recuperação do adsorvente.[2] Figura 1: Componentes da cromatografia em coluna. Fonte: http://qnint.sbq.org.br. 3. OBJETIVOS Introduzir a técnica de cromatografia. Purificar e separar uma mistura de compostos orgânicos. 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1. Materiais Utilizados: Vidrarias e Diversos Béquer 50 mL, proveta de 100 mL, cuba de vidro, papel filtro, sílica gel, bureta (ou coluna cromatográfica) de 25 mL. 4.2. Reagentes Utilizados: Reagentes Álcool etílico, ácido acético 5%, solução de azul de metileno, solução de alaranjado de metila, sílica. 4.3. Procedimento Experimental: Inicialmente preencheu-se a coluna cromatográfica até um pouco mais de sua metade com sílica. Transferiu-se a sílica para um béquer e molhou com álcool etílico (até cobrir toda a sílica). Em seguida, a mistura homogeneizada foi transferida, novamente, para a coluna. O excesso foi retirado através da torneira e foram adicionados 0,5 mL da mistura a ser separada. Por fim foram adicionados 50 mL de etanol e 50 mL de ácido acético a 5% na proporção de 1:1. Observou-se as separações que ocorreram. 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Parte I - Preparo da fase estacionária: Inicialmente fez-se o preparo da sílica gel. Pegou-se uma coluna cromatográfica e preencheu-a até mais da metade. Após isso, fez-se a transferência desta sílica para um béquer de 50 mL e adicionou-se etanol até cobrir por completo a sílica, homogeneizou-a até formar uma "pasta" e a transferiu novamente para o béquer. A sílica, também chamada de óxido de silício, é um composto sólido com aparência de pó branco. Quando misturado com o etanol, ele não reage, mas interage com o etanol, formando uma pasta e liberando calor. O excesso de etanol foi liberado pela torneira da coluna, deixando apenas o suficiente para manter a sílica envolta no etanol. Está é a fase estacionária. Figura XX: Estruturas da Sílica. Fonte: www.zirtec.com.br. Parte II – Preparo da fase móvel: Nessa parte do experimento, foi adicionado 0,5 mL da mistura desconhecida e em seguida, 50 mL de etanol e 50 mL de ácido acético a 5%. Através da reação de esterificação, pode-se ter a formação de um éster, mais especificamente o acetato de etila, se misturarmos o etanol mais o ácido acético, contudo, para essa reação acontecer, é necessário a presença de um catalisador, que neste caso não houve. Logo, o etanol não reagiu com o ácido acético, apenas interagiu, assim como com os outros compostos. Figura XX: Equação geral da Esterificação. Fonte: www.ebah.com.br Parte III – Observação da separação: Após a adição da fase móvel, esperou-se alguns minutos e pôde-se perceber a separação dos compostos. Na cromatografia em coluna, a separação de uma mistura é feita através da passagem do solvente pela coluna, e baseia-se na interação dos componentes da amostra e do solvente com a superfície do adsorvente (fase estacionária). Um adsorvente sólido ativo tem uma grande área superficial, dispondo de inúmeros sítios polares que podem se combinar reversivelmente ou adsorver pequena concentração de substâncias, através de forças de atração eletrostáticas. O solvente movendo-se pela superfície do adsorvente, compete com a amostra adsorvida e com o adsorvente, e então desloca seus constituintes reversivelmente e continuamente, visualizado como uma competição entre a amostra, o solvente e o adsorvente. Amostra- adsorvente solvente amostra-solvente A velocidade de eluição dos componentes vai depender da natureza da cada um deles. Compostos polares ou polarizáveis, tais com alcoóis, ácidos carboxílicos, aminas e amidas, são adsorvidos mais fortemente e eluídos menos prontamente do que compostos pouco polares, tais como compostos halogenados, aldeídos, cetonas, ésteres e hidrocarbonetos.[3] A mistura desconhecida possui a cor verde, logo, quando a mesma é separada, há a formação de tons de amarelo, verde e azul. Como aparece na figura a seguir: Figura XX: Coloração da coluna. Fonte: hplcbrasil.blogspot.com. Isso ocorre devido a polaridade das substancias e o tamanho de suas moléculas. Então, o mais polar, fica retido por mais tempo, e o menos polar, por menos tempo. Após abrir a torneira, a substancia azul ficou retida por mais tempo, logo, concluiu-se que ela era mais polar. A substancia amarela, era na realidade o alaranjado de metila. O alaranjado de metila é frequentemente escolhido para ser usado em titulações por causa de sua clara mudança de coloração. Por causa de sua mudança de coloração na faixa de pH medianamente ácido, é normalmente usado em titulações de ácidos. Diferentemente de um indicador universal, o alaranjado de metila não tem um largo espectro de mudança de cores, mas tem um bem definido ponto final. Sua fórmula química é C14H14N3O3SNa quando se apresenta na forma de sal de sódio. O par ácido-base correspondente é C14H14N3O3S-OH / C14H14N3O3S-O. Para pH acima de 4,4 a sua coloração é amarelo.[4] A substância de cor azul era o azul de metileno, é um composto aromático heterocíclico, sólido verde escuro, solúvel em água, produzindo solução azul, inodoro, com fórmula molecular: C16H18ClN3S. O azul de metileno é usado como um corante bacteriológico e como indicador. Tem muitas aplicações nos mais variados campos como a biologia e da química.[4] 6. CONCLUSÃO O experimento conseguiu atingir o seu objetivo, que era a de observar a separação dos compostos através da coluna cromatográfica, podendo assim, distinguir através da cor, a separação dos mesmo, mesmo não sendo basicamente pela separação de cor que a cromatografia corresponde. O experimento permitiu agregar conhecimento sobre o método, que para a área de engenharia ambiental é bastante importante. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] SILVA, Larissa Carvalho & SILVA, Bruna Ferreira. Cromatografia em Coluna(C). Universidade Federal de Goiás. Goiás, 2009. Site: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAjJwAK/apostila-cromatografia-coluna. (Acesso em 17/05/2013). [2]VIEIRA, Paulo C. Et al. Cromatografia: um breve ensaio. Química Nova na Escola, n. 7. Maio de 1998. Site: http://qnint.sbq.org.br/qni/visualizarConceito.php?idConceito=33. (Acesso em 17/05/2013). [3]Material disponibilizado pelo professor como orientação para a realização do experimento e relatório. [4]Indicador Ácido – Base: http://www.chemguide.co.uk/physical/acidbaseeqia/indicators.html (Acesso em 17/05/2013).