Cromatografia em coluna UFPA

Universidade Federal do Pará
Instituto de Ciências da Saúde
Faculdade de Farmácia
Química Farmacêutica Experimental II

Amanda de Almeida
Cíntia Quaresma
Eunice Oliveira
Juliana Hernandez
Tammy Reymão
Thiago Paixão

Introdução
Cromatografia:

É um método físico-químico de separação dos
componentes de uma mistura, realizada através da
distribuição desses componentes em duas fases.
Uma das fases permanece estacionária, enquanto
outra se move através dela.

Durante a passagem da fase móvel sobre a estacionária,
os componentes da mistura são distribuídos pelas duas
fase de tal forma que cada um deles é seletivamente
retido pela fase estacionária, resultando em migrações
diferenciais desses compostos.

Thiago

Introdução
Cromatografia:
Chrom = cor + graphe = escrever

O processo não é totalmente dependente da cor, mas
em alguns casos pode basear a identificação dos
constituintes separados.

Separação

Identificação

Quantificação
Thiago

Introdução
Cromatografia – Breve Histórico
O botânico russo Mikhael Tswett em 1906 utilizou o
termo cromatografia pela primeira vez, para
descrever a separação de um extrato vegetal,
utilizando colunas de vidro recheadas com
partículas sólidas, arrastando os componentes
com éter de petróleo.

A época moderna da cromatografia iniciou em
1930, quando Kuhn e Lederer, aperfeiçoaram as
experiências do botânico russo, separando e
identificando as xantófitas da gema do ovo,
usando coluna preenchida com carbonato de
cálcio pulverizado com fase estacionária e éter
de petróleo com fase móvel.
Thiago

Introdução

1938 – Izmailov e Schraiber reintroduziram a CCD em análises de
produtos farmacêuticos, contudo permaneceu subutilizada, até o
desenvolvimento do método de aderir sólido ao suporte, atribuido a
Kirchner, e do método de preparar placas, descrito por Stahl.
1941 - Martin e Synge desenvolveram a cromatografia por partição
(líquido-líquido), que fundamentou o surgimento da CLAE e CG. Eles
receberam em 1962 prêmio Nobel de química pelo método
desenvolvido.

1941 – Hesse e colaboradores desenvolveram a cromatografia gássólido, a partir da separação de dois ácidos graxos sob valor de 100
°C, arrastando sobre a sílica com dióxido de carbono.
Thiago

Introdução

1952- Martin e James descreveram a cromatografia gás líquido;

1954 – Ray desenvolve o detector por condutividade térmica;

1958 – Pretorius e colaborares, juntamente com McWilliams e Dewar,
desenvolveram o detector de ionização em chama;

1958 – Golay introdiziu as colunas capilares em análises por cromatografia
de alta eficiência;
“Estes avanços ampliaram o poder analítico da cromatografia, tornando-a
o método analítico de separação e determinação mais usado do mundo”
Thiago

Introdução
Classificações da Cromatografia:
1. Quanto a forma física:

1.1. Fase estacionária depositada em uma superfície
planar
1.2.1 Cromatografia planar

1.2. Fase estacionária depositada em um tubo
cilíndrico
1.1.1. Cromatografia em coluna
Tipos

Tamanho

Preparativa

6-50 mm

Analíticas

2-6 mm

Microdiâmetro

1-2 mm

Capilares

< 1 mm

Thiago

Introdução
2. Quanto a fase móvel:
2.1. Gás inerte: cromatografia gasosa
2.2. Líquido: cromatografia líquida
2.3. Vapor pressurizado: cromatografia supercrítica

2.2.1. Cromatográfica líquida em coluna


Clássica: em colunas de vidro, onde a fase móvel e
deslocada sobre a fase estacionaria pela força da
gravidade;



Alta eficiência: em colunas metálicas, onde a fase
móvel é deslocada por pressões elevadas, obtidas
com auxilio de uma bomba de alta pressão.
Thiago

Introdução

3. Quanto a polaridade das fases:
3.1. Cromatografia gasosa: fase móvel inerte, separação
ocorre devido às interações das molécula da amostra
com a fase estacionária;

3.2. Cromatografia líquida (planar e coluna);
3.2.1. Cromatografia de fase normal: fase estacionária
é mais polar do que a fase móvel

3.2.2. Cromatografia de fase reversa: fase móvel é mais
polar do que a fase estacionária.

Thiago

Introdução
Mecanismo de interação:
Adsorção: CDD, CGS, CLS, CSS

Interação entre o sólido e fase móvel, devido a presença de grupos
ativos em sua superfície. A dessorção do soluto ocorre por
volatilidade (CG) ou solubilidade na fase móvel (CL ou CSS)

Thiago

Introdução
Absorção: CP, CGL, CLL

Fase estacionária é um líquido ocorre por absorção ou partição e
baseia-se nas diferentes solubilidades dos componente da amostra
na fase estacionária. A volta dos componentes a fase móvel
depende de sua volatilidade (fase móvel gasosa) ou de sua
solubilidade (fase móvel líquida)
Thiago

Introdução
Troca iônica:

A fase estacionária é constituída por um suporte onde são
adicionados grupos ionizáveis: Grupos carregados positivamente,
retendo ânions e grupos carregados negativamente retendo
cátion. A fase móvel é uma solução iônica com propriedades
tamponantes compatível.

Thiago

Introdução
Bioafinidade:
Grupos com especificidade
biológica,
quimicamente
ligados ao suporte. Podem ser
antígenos,
substratos
ou
lectinas, que retiram da fase
móvel
somente
os
componente complementares,
os anticorpos, enzimas ou
açúcares, respectivamente.

Thiago

Introdução
Exclusão:

Thiago

Cromatografia de Papel
 Técnica

simples;

 Pequena

 Boa

quantidade de amostra;

capacidade de resolução,

 Separação

e identificação de compostos polares,
como antibióticos hidrossolúveis, ácidos orgânicos e
íons metálicos.

Cintia

É

classificada como de partição líquido-líquido;

Separação

e distribuição depende da
solubilidade;

Geralmente

água é utilizada como fase móvel
e papel (celulose) como fase estacionária.

Cintia



A forma mais simples de CP é a cromatografia
ascendente (por capilaridade).

Cintia


Cintia

Mistura

de componentes coloridos;

Misturas

incolores.

Cintia



Procedimento

Cintia



A análise qualitativa de uma substância realizase através da cor da mancha e de seu fator de
retardamento, Rf, determinado através da
expressão:
Rf = da/ds

Rf= fator de retenção;
da= distância (cm, mm) percorrida pela
substância;

ds= distância (cm, mm) percorrida pela fase
móvel.
Cintia

Cromatografia em Camada Delgada -CCD
Histórico
 1889, Beyerinck - sólidos em camada delgada sobre

vidro;





1938, Izmailov e Schraiber - análise de produtos
farmacêuticos;
1956, Stahl – preparação de placas com

reprodutibilidade.

Definição:
Método físico-químico de separação dos componentes de
uma mistura através da distribuição destes entre duas fases

(móvel e estacionária).
Tammy




Fase estacionária sólida e fase móvel líquida;
A fase estacionária é constituída de sílica G (fase normal) ou
sílica C18 (fase reversa);
Fase Normal: polaridade
da FE > FM
Fase Reversa: polaridade
da FE< FM



Tammy

A fase móvel é constituída de solventes polares, apolares ou
mistura de ambos (ex: água, etanol, metanol, clorofórmio,
diclorometano, hexano, etc.)



As placas utilizadas podem ser de folha de alumínio
(manufaturadas na indústria) ou de vidro (preparadas no
próprio laboratório);

Vantagens:
• Uniformes e
homogêneas;
• Promovem
melhor
separação dos
componentes.


Vantagens:
• Baixo custo;
• Fácil preparo.

É necessário ativá-las em estufa antes da aplicação, afim de
remover água e interferentes.
Tammy

Como ocorre:


Durante a corrida, os componentes da mistura são distribuídos entre
a FM e a FE e cada um deles é retido seletivamente pela FE,
conforme a velocidade com que passam pela mesma. Isso resulta
em alturas diferentes para cada componente.



A cuba deve estar saturada com vapores da fase móvel, para que
ocorra boa migração dos componentes da mistura.
Tammy

Fator de retenção (Rf):
 Partindo do princípio de que um composto percorre sempre
a mesma distância em relação a frente do solvente, o fator
de retenção é a razão entre estes deslocamentos.


É utilizado para auxiliar a identificação de substâncias,
comparando o Rf obtido com o Rf padrão.

Tammy

Revelação do cromatograma:
É

necessário proceder esta etapa quando os componentes
migrados são incolores. Para tal, utiliza-se alguns reagentes
para torná-los visíveis.



Podem ser
biológicos.

Físicos:
Luz UV

utilizados

reveladores

Químicos:
Dragendorff
(alcalóides)
NP-PEG
(flavonóides)
FeCL3 (comp
fenólicos)
Rev. Universal
(vapor de iodo)

físicos,

químicos

ou

Biológicos:
Enzimas,
Antibióticos e
Substratos.

Tammy

Exemplos:

Tammy

Aplicações:
 Estudos

preliminares
orgânico;

dos

componentes

de

um

extrato

 Investigação

de casos de envenenamento e ingestão de
estimulantes por atletas;

 Estudos

de reações químicas
intermediários estáveis;

 Análise
 Análise

quanto

à presença

de

da pureza de compostos;

da eficiência
cristalização.

de

processos

de

destilação

e

Tammy

Vantagens:


Fácil execução;



Rapidez;



Menor trajeto da fase móvel ;



Baixo custo;



Versatilidade.

Desvantagens:


Difícil reprodutibilidade;



Difícil determinação precisa do Rf.
Tammy

Cromatografia em coluna
•

Citada como o mais
antigo procedimento
cromatográfico

•

Utilizada para
Isolamento de
produtos naturais

•

Purificação de
produtos de reações
químicas

•

Fundamenta-se
basicamente na
polaridade relativa
das moléculas
envolvidas.

Cromatografia líquida clássica
•

Consiste em uma coluna de
vidro, metal ou plástico, de
diâmetros variados;

•

possuem uma torneira em sua
extremidade inferior.

•

Esses cilindros são preenchidos
por um adsorvente

•

colocado na coluna
diretamente ou suspendido em
um solvente adequado.

Adsorventes mais utilizados
Sílica e alumina

Suporte para fase estacionária
líquida
Líquida: separação por adsorção
Sólida: separação por partição

Cromatografia em Coluna
•

A fase estacionária é
mantida em um tubo
estreito e a fase móvel,
forçada através do tubo
sob
pressão
ou
por
gravidade.

•

A
substância
a
ser
separada ou analisada é
colocada na coluna parte
superior e o eluente é
vertido após.

•

A adição de sílica deve ser
feita com a torneira semiaberta.

•

O adsorvente é adicionado
lentamente à coluna fixada
na posição vertical de
modo a se obter uma
compactação uniforme.

Cromatografia de Coluna
•

A velocidade na qual
um composto passa
pela coluna depende
da polaridade da fase
estacionária

•

solvente utilizado como
eluente.

•

Se o composto é mais
atraído pela fase
estacionária do que
pelo solvente, ele
migrará mais lentamente
da coluna.

•

composto tiver maior
afinidade pelo solvente
ele migrará mais
rapidamente da coluna

O êxito da cromatografia de
coluna
•

solvente adequado

•

É possível visualizar a
separação dos
componentes de uma
mistura observando o
desenvolvimento de
manchas diferentes na
coluna

•

Através da luz
ultravioleta

•

necessário o
acompanhamento da
separação dos
componentes pela
técnica de
cromatografia em
coluna delgada (CCD).

Cromatografia Gasosa

Aplicabilidade
Quais misturas podem ser separadas por CG?

Para uma substância qualquer poder ser “arrastada” por
um fluxo de um gás ela deve ser dissolver pelo menos
parcialmente nesse gás.

Misturas cujos volumes sejam voláteis e termicamente
estável.
Amanda


Cromatógrafo a gás

Amanda

Instrumentação
Gás de arraste

Fase Móvel em CG: NÃO interage com a amostra apenas a
carrega através da coluna.
Requisitos:
INERTE - Não deve reagir com a amostra, fase estacionária ou
superfícies do instrumento.
PURO - Deve ser isento de impurezas que possam degradar a
fase estacionária.
Impurezas típicas em gases e seus efeitos:
 H2O,

DCE)

O2 (oxida / hidrolisa algumas FE; incompatíveis com

 Hidrocarbonetos

(ruído no sinal de DIC)

Amanda

Instrumentação
Injetores
 Parte

do cromatógrafo a gás onde a amostra é introduzida

―

Vaporiza amostra (solvente + compostos alvo)

―

Mistura vapor com fase móvel (gás de arraste)

―

Transfere vapor para dentro da coluna

 Dispositivos

de Injeção

―

Injetores para colunas empacotadas

―

Injetores capilares

―

Válvulas de amostragem de gás
Amanda


Instrumentação
Injetores
1.

Septo (silicone)

2.

Alimentação de gás de arraste

3.

Bloco metálico aquecido

4.

Ponta da coluna cromatográfica

Amanda


Colunas: Definições básicas
A

coluna é a essência do sistema cromatográfico,

pois

é

nela

que

ocorrerá

a

separação

dos

componentes da amostra.
 Fase

estacionária (suporte sólido e fase líquida)

 Tubo

(material, comprimento e diâmetro)

 Colunas

empacotadas e capilares
Amanda


Amanda

Vantagens

Desvantagens

• Mais econômica

• 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.

Empacotadas

• Maior capacidade de carga
• Maior quantidade de amostra

• Menor eficiência
• Análise mais lenta

Capilares

• Maior comprimento => maior eficiência • Capacidade de processamento
da
amostra
inferior.
Satura
• Separação de misturas complexas
rapidamente.
• Análise mais rápida

• Menor quantidade de amostra

• Maior separação

Amanda

Temperatura da coluna
Analises isotérmicas
 Amostras

com PE elevado não eluem

 Primeiros

picos: agudos, pouco resolvidos

 Posteriores:

baixos, largos, muito resolvidos

Amanda

Temperatura da coluna
Analises com Programação de Temperatura


Determinação das condições de analise, inclusive isotérmicas



Tempo de analise reduzido



Limite de detecção e precisão da medida do pico são melhorados



Velocidade de injeção não precisa ser tão rápida



Transformações químicas dos componentes instáveis são minimizadas

Amanda

Principais detectores utilizados em CG
1.

Detector de condutividade térmica (TCD): universal
Medida baseada na condutividade térmica de um filamento de W

―

Não é destrutivo

―

Não compatível com gases oxidantes

―

Menos sensível

―

Importante para substâncias que não geram sinal em outros

detectores, como CO2

Amanda

2.

Detector por ionização em chama (FID): seletivo – universal
Medida baseada na variação de uma corrente devido à influência de
íons e elétrons formados numa chama de H2/ar

―

Destrutivo

―

Resposta apenas a compostos orgânicos
Amanda

3.

Detector de captura eletrônica (ECD): seletivo

―

Não destrutivo

―

Medida baseada na variação de uma corrente de “elétrons
lentos” devido à afinidade dos organohalogenados por elétrons.
Provenientes da interação de uma fonte radioativa com o gás
carregador (3H ou 63Ni)
Elétrons são capturados pelos sítios halogenados

- APLICAÇÃO IMPORTANTE: determinação de resíduos de pesticidas

Amanda

Análise Qualitativa
Identificação individual das
espécies contidas na amostra

Aplicações qualitativas
Determinação da identidade
da amostra propriamente dita

Fontes de Informações Qualitativas


Retenção – uso de dados de retenção para sua
identificação

 Detecção

– detectores que fornecem informações
estruturais sobre as substâncias eluidas.
Amanda

CG: Considerações
CG - TÉCNICA RELATIVAMENTE SIMPLES MAS:
•

Exige escolha cuidadosa da configuração instrumental (injetor,
coluna, detector);

•

Condições instrumentais devem ser otimizadas (vazão do gás,
temperatura, ...).

USANDO DETECTORES NÃO DESTRUTIVOS:
•

O eluato ainda pode ser reanalisado

•

acopla-se à saída do detector um outro instrumento

•

Ex: GC-MS (Espectrômetro de massas como “detector”)

•

Medida baseada na razão massa-carga das substâncias que
saem da coluna → confirmação de resultados e aumento da
sensibilidade.

Amanda

Cromatografia Líquida de
Alta Eficiência (CLAE)
O que é?
É uma técnica utilizada para separar e determinar espécies em uma
grande variedade de materiais orgânicos, inorgânicos e biológicos.

Como funciona?
É um tipo de cromatografia líquida que emprega pequenas colunas,
recheadas de materiais especialmente preparados e uma fase móvel
(solvente) que é eluída sobre altas pressões.

“Ela tem a capacidade de realizar separações e análises quantitativas
de uma grande quantidade de compostos presentes em vários tipos de
amostras, com alta resolução, eficiência e sensibilidade”.

Juliana

Química Forense
(metabólitos de drogas)

Bioquímica (proteínas,
aminoácidos, esteroides)
Ciências ambientais
Alimentos (corantes artificiais,
aflatoxicinas, aditivos,
antioxidantes)
Farmacologia (fármacos)
Toxicologia (pesticidas)
Juliana

Mecanismo

Juliana

Requer somente que
a amostra seja solúvel
na F.M.

F.E. é constituída de partículas sólidas empacotadas em uma
coluna, a qual é atravessada pela fase móvel por alta pressão.


Esquema do CLAE

FASE MÓVEL
F.E

Juliana

Coluna (Fase estacionária)
-Aço inoxidável 316 tratado;
-O comprimento das colunas
variam de 10-30 cm;

-Na CLAE emprega-se um
coluna fechada, reaproveitável;
portanto, até centenas de
separações individuais podem
ser realizadas com a mesma
coluna.

Colunas curtas e com paredes espessas a
fim de evitar deformidades com a alta P

F. E. (poder de retenção): sílica > amino > diol > ciano
Juliana

Coluna (Fase estacionária)
Classificação pela polaridade:

Cromatografia
em
FASE NORMAL:

Cromatografia
em
FASE REVERSA:

muito polar.

de baixa polaridade

Sílica gel

Sílica ligada a C18
Juliana

Cromatografia em FASE NORMAL:

Polaridade

Juliana

Juliana

Pré-coluna (Guard column)
Instalada entre o injetor e a coluna;
(Devem ser substituídas regularmente)
Função:
-Remover partículas;

-Remover substâncias que teriam forte interação com a
coluna;
-Remover substâncias que possam precipitar quando em
contato com a F.M. e F.E.;
De forma geral, AUMENTAM A VIDA ÚTIL DAS COLUNAS.

Cuidados com a coluna (F.E.)
 Manter a coluna sempre tampada;
Evitar choques de pressão, térmicos e mecânicos;
 Usar pré-coluna (guard column);
 Usar solventes ultrafiltrados;

 Pré-tratamento das amostras deve considerar eliminação
de partículas e impurezas que possam ser adsorvidos;
 Obedecer faixa de pH em que a F.E. é estável;
 Eliminar sais, tampões e aditivos de F.M. antes de
armazenar a coluna.
Juliana

Juliana


Bombas de alta pressão
Permitem vencer a resistência à passagem da
F.M. exercida pelas partículas da F.E.
‐ Função: proporcionar fluxo constante e reprodutível
de F.M. a todo o sistema.
CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS:
‐ Fluxo precisos e exatos, vazão contínua e livre de pulsações;
‐ Resposta rápida a alterações no fluxo e composição da F.M.
‐ Pressão máxima: 700 atm (6.000 psi - libras/polegadas quadradas)
‐ Maior parte construída em aço inox 316; outros materiais: titânio, peek,
teflon
‐ Inércia química a solventes comuns, resistência a corrosão;
‐ manutenção simples.

Solventes (Fase móvel)

Juliana

 Eluição
Isocrática:

Mesma composição de fase móvel durante a eluição. Único solvente
na F.M.

Ex: Metanol/água 80:20 (v/v)

Gradiente:

Composição da fase móvel varia durante a eluição. É uma mistura de
solventes ou a mudança de solvente com o tempo.
Utilizado na separação de misturas complexas com diferentes funções
químicas ou na padronização.

Juliana

Sistemas de Introdução de Amostras (INJETORES)
O método mais empregado de introdução da amostra em
cromatografia líquida é baseado em um sistema com alça de
amostragem.
Frequentemente as alças intercambiáveis estão disponíveis para
permitir a escolha do volume da amostra de 5 a 500 µL.

válvula de 6 pórticos (orifícios)
Juliana

Detectores
Função do detector: identificar a presença de substâncias de interesse que
estejam eluindo da coluna cromatográfica, proporcionando uma
identificação e quantificação continua dos componentes da amostra.
Característica desejáveis:
O detector deve ser
pequeno e compatível
com a vazão de
líquido.
O detector a ser
empregado vai
depender da natureza
da amostra.

Juliana

- alta sensibilidade e baixo limite de
detecção
- ampla faixa de linearidade
- confiável e reprodutível
-fácil de operar e manter
-informação qualitativa e quantitativa
-não destruição do soluto
-insensibilidade a mudanças na FM e de T
- resposta rápida e cte a alterações das [ ]
dos solutos
-baixo nível de ruído

Juliana

Tipos de detectores

-Detectores baseados na absorção de luz UV/VIS (mais amplamente
empregados - radiação ultravioleta (190 - 400 nm) ou visível (400 - 800
nm);
-Detector no UV/VIS com arranjo de fotodiodos (DAD) (a bsorbância de
uma amostra pode ser determinada em todos os λ de modo Simultâneo)
-Detectores baseados na fluorescência (> sensibilidade UV )
-Detectores baseados no espalhamento da luz
-Detectores baseados no índice de refração

-Detectores eletroquímicos (+utilizado para fluídos corpóreos e produtos
naturais)
-Espectrômetro de massas (HPLC‐MS/MS)

Tipos de CLAE
 Cromatografia de alta eficiência por partição (a fase estacionária
é um segundo líquido que é imiscível com o líquido da fase móvel)
Cromatografia líquida com fase ligada
Retido por meio de ligações químicas
Cromatografia líquido-líquido
O líquido é imobilizado por adsorção física

 Cromatografia de alta eficiência por adsorção
A fase estacionária, nesse caso, é a superfície de um sólido polar
finamente dividido.

Juliana

Tipos de CLAE
Cromatografia por troca iônica
Cromatografia por exclusão e por tamanho
Cromatografia por afinidade

Cromatografia quiral

Juliana

Vantagens x Desvantagens
F.E. é utilizada várias vezes

Alto Custo do equipamento

Versatilidade

Alto custo de manutenção do

Tempo reduzido de análise

equipamento

Alta resolução

Necessita de experiência do

Análise qualitativa

operador

Resultados quantitativos
Detectabilidade
Automação

Juliana

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