Cromatografia

A cromatografia é um método físico-químico de separação. O objetivo da cromatografia é separar individualmente os diversos constituintes de uma mistura de substâncias seja para identificação, quantificação ou obtenção da substância pura para os mais diversos fins.

A separação é por migração da amostra através de uma fase estacionária por intermédio de um fluido (fase móvel).

Após a introdução da amostra no sistema cromatográfico, os componentes da amostra se distribuem entre as duas fases e viajam mais lentamente que a fase móvel devido ao efeito retardante da fase estacionária.O equilíbrio de distribuição determina a velocidade com a qual cada componente migra através do sistema.

História e Significado

O nome Cromatografia (χρωματογραφία) é de origem grega:

• χρώμα: chroma, cor;
• γραφειν: grafein, grafia.

No início do século XX, o Botânico russo M.S. Tsver encontrou  uma maneira de separar os vários pigmentos de flores e folhas. Ele moeu as plantas e dissolveu os pigmentos e, então, despejou a solução no topo de um tubo vertical cheio de giz moído. os diferentes pigmentos percorreram a coluna de giz em diferentes velocidades, produzindo bandas coloridas no tubo e inspirando o nome cromatografia (escrita em cores). A separação ocorreu porque o giz absorveu os diferentes pigmentos em diferentes graus.

Cromatografia em Coluna Aberta
Experimento de Tswett

Princípio Básico

• A separação depende da interação dos componentes da mistura com a fase móvel (líquida ou gás) e com a fase estacionária (líquida ou sólida);
• A interação dos componentes da mistura com estas duas fases é influenciada por diferentes forças intermoleculares, incluindo iônica, dipolar, apolar, e específicos efeitos de afinidade e solubilidade;
• A fase estacionária é a força resistiva e a fase móvel é a força propulsiva.
• A identificação se dá mediante a comparação da interação de padrões com as fases estacionárias;
• A quantificação é feita também pela comparação com padrões de concentrações conhecidas, através de curvas analíticas.

Classificação

A classificação da cromatografia é de acordo com:

• O objetivo (analítica ou preparativa)
• O sistema cromatográfico (em coluna ou planar);
• A Fase Móvel (líquido, gás ou gás pressurizado: com composição constante ou variável);
• A Fase Estacionária (líquida, sólida ou quimicamente ligada);
• O modo de separação (adsorção, partição, troca iônica, exclusão ou afinidade);
• O modo de operação (frontal, deslocamento ou eluição).

Aplicação

A cromatografia desempenha um papel importante em diversas áreas, como a química orgânica, bioquímica, química inorgânica, química ambiental e a química alimentícia. Utilizada em Investigação criminal, industria química, farmacêutica, do petróleo e de alimentos, entre outras, para:

• Quantificação das impurezas de um produto;
• Determinação da composição e da formulação de um produto;
• Controle de qualidade de ativos e formas farmacêuticas;
• Outros.

Fonte

• Princípios de Química: Questionando A Vida Moderna e o Meio Ambiente/ Peter Atkins, Loretta Jones. - 5 ª Ed. - Porto Alegre: Bookman, 2012.
• http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc07/atual.pdf
• http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?Itemid=451&id=103&option=com_content&task=view
• http://cromatografialiquida.com.br/Clae/colunaaberta.htm

Reações de Oxidação-redução (Redox)

A oxidação é um processo no qual uma substância química perde um ou mais elétrons, tornando-se “oxidada”. A redução é um processo no qual uma substância química ganha um ou mais elétrons, tornando-se “reduzida”. A oxidação deve sempre ocorrer quando há redução e a redução está sempre presente durante a oxidação e, por isso, uma reação que envolve ambos os processos é chamado de reação de oxidação-redução (ou reação redox). As reações de oxidação-redução também são conhecidas como reações eletroquímicas, que podem ser definidas como reações que envolvem a troca de elétrons entre as substâncias químicas. O campo de estudo das reações eletroquímicas e suas aplicações é denominada eletroquímica.

Equação geral

Oxidação: Red¹ → Ox¹ + ne- 

Redução: Ox + ne- → Red 

Reação Global: Ox + Red¹→ Red + Ox¹ 

Ox: sofre redução 

Ox¹: forma oxidada de Red¹.

Red¹: se oxida enquanto n elétrons são transferidos de Red¹ para Ox. 

Red: forma reduzida de Ox.

Exemplo 1

Oxidação: 2Fe   →  2Fe² + 4e-

Redução: O2 + 4H + + 4e-  → 2H2O

Reação global: 2Fe + O2 + 4H + → 2Fe2 + 2H2O

  

Exemplo 2

 

Exemplo 3

Equação geral: 

• A semi-equação de oxidação é: 
• A semi-equação de redução é: 

• O é a espécie que perde elétrons (oxidou), é o agente redutor.
• O  é a espécie que ganha elétrons (reduziu), é o agente oxidante.

Os pares redox conjugados são e .

Fonte:

• Vogel, A. Química Analítica Qualitativa. 5ª edição. Mestre Jou, 1981.
• http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/redox/redox.htm

Precisão e Exatidão

Refere-se a todo procedimento em que se mede o volume de um reagente, que é usado para reagir com um analito. Em alguns casos estes termos possuem o mesmo significado, mas no trabalho de análise química são diferentes e precisam estar acompanhados um do outro. Um método, ou uma análise que não contenha erros sistemáticos é dita exata, isto é, seus resultados refletem perfeitamente o valor real do componente em estudo. Mas para que esta análise seja considerada precisa, é necessário que haja uma repetibilidade de seus resultados. Então, uma análise ou um método será exato e preciso quando seus resultados forem corretos e se repetirem, confirmando a realidade de seus dados.

Precisão: 

É uma medida da reprodutibilidade de um resultado. É o grau de variação das medidas que você faz. Ou seja, se você tirar 10 medidas com cada um de dois equipamentos diferentes, o que apresentar menos medidas diferentes é o que terá maior precisão. Ex. se uma grandeza for medida várias vezes e os valores forem muito próximos uns dos outros, a medida é precisa. 

Exatidão: 

Se refere a quão próximo um valor de uma medida está do “valor real”. 

É quando a medida se aproxima da realidade, ou seja, a parte que é constante no erro. Por exemplo, se você tem uma diferença de 2 milímetros em uma régua, com relação ao valor exato, você terá um erro sistemático de 2 milímetros em todas as medidas (desvio máximo do valor exato). Esse valor fornece a exatidão da régua.

Um dado constituinte em um mesmo material é determinado por três métodos diferentes, (a), (b), e (c), onde foram feitas 5 medidas em cada método.

Exemplo: 

• Você tem que pesar 1g de uma substância, mas ao colocar na balança o produto, você pesou 0,999g. Esse valor foi preciso mas não exato.

• Ao pesar uma massa de 1 kg, toda vez que for pesada poderá dar um resultado igual a 985g até 1005g, ou seja, ela terá uma precisão 99,5 %.

Resumindo: precisão é a capacidade da balança em fornecer resultados reprodutíveis, mesmo que não sejam corretos e; exatidão é a capacidade que a balança tem de fornecer resultados corretos. Uma boa balança, ou qualquer outro instrumento de medição,  deve ser precisa e exata.

Fonte

• Análise Química Quantitativa. Harris, Daniel C. 7ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011. 
• http://www.infoescola.com/quimica/precisao-e-exatidao-na-quimica-analitica/ 
• https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:zmuzUQIsg-oJ:www.cpact.embrapa.br/eventos/2010/met/palestras/26/261010_PALESTRA3_ADRIANE_NUNES.pdf+&hl=pt&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEESjiIcJIFi2b_eDVcqPjOxCh4cyRNZzeBDiU-Jc8KWTYkZ3xKgtaeK6md3eVZWBH8OQMWFLT9VKKjm_kj1N5IJOK2JJz5MeQsMU2zxfAp4LGetJK9jbxyADVqgMF24Zp5qOdKnvn&sig=AHIEtbTySIVoMfKsdYqIC1d_-Nc6U754Qg

Espectrofotômetro

Alguns componentes são comuns a todos os espectrofotômetros, como é verificado a seguir. A luz, habitualmente fornecida por uma lâmpada, é fracionada pelo prisma ou rede de difração (monocromador) nos comprimentos de onda que a compõem (luzes monocromáticas). O comprimento de onda selecionado é dirigido para a solução contida em um recipiente transparente (cubeta). Parte da luz é absorvida e parte é transmitida. A redução da intensidade luminosa é medida pelo detector (célula fotelétrica) porque o sinal elétrico de saída do detector depende da intensidade da luz que incidiu sobre ele. O sinal elétrico amplificado e visualizado no galvanômetro em números, é lido como uma absorbância e é proporcional à concentração da substância absorvene existente na cubeta. A precisão dos comprimentos de onda para análise são chamados de bandas de passagem, mais comum na ordem de 10nm. O espectro da análise mais comum é de 330nm a 1100nm para a faixa visível.

Antes de utilizar um espectrofotômetro sempre é feita uma calibração, que é fundamental para garantir que as medições obtidas no aparelho sejam precisas. Esta calibração pode variar em vários espectrofotômetros. A maioria dos fabricantes fornece um guia sobre como calibrar o aparelho.
É muito importante ao colocar a amostra a ser analisada, não tocar no tubo de ensaio na parte do meio, para evitar manchas de dedo que alteram a leitura do aparelho. Assim, o ideal é pegar na parte superior do tubo e colocá-lo no aparelho para que ele faça a leitura e dê o resultado almejado. Além disto, para que um espectrofotômetro funcione corretamente, deve ser aquecido antes de usar. Muitos dispositivos demoram cerca de 10 minutos para aquecer.

Esquema óptico dos principais componentes do espectrofotômetro. As letras representam: (a) fonte de luz, (b) colimador, (c) prisma ou rede de difração, (d) fenda seletora de X, (e) compartimento de amostras com cubeta contendo solução, (f) célula fotelétrica, (g) amplificador.

Os espectrofotômetros são instrumentos de análise que permitem:

• Selecionar o comprimento de onda (lâmbda) da radiação adequado à análise de um determinado componente
• Medir a intensidade I do feixe emergente que corresponde a um determinado feixe incidente Io, convertendo o sinal recebido no detector em medida de Absorvância para o comprimento de onda da análise. Em outras palavras, criar o "Branco" e em seguida fazer as medidas com a amostra.
• Determinar a concentração de uma espécie em solução a partir do gráfico da variação de absorvância (ou transmitância) em função da concentração de várias soluções-padrão.

Natureza da Cor e Absorção de Luz

O conhecimento da absorção de luz pela matéria é a forma mais usual de determinar a concentração de compostos presentes em solução. A maioria dos métodos utilizados em bioquímica clínica envolve a determinação espectrofotométrica de compostos corados (cromóforo) obtidos pela reação entre o composto a ser analisado e o reagente (reagente cromogênico), originando um produto colorido. Os métodos que se baseiam nesse princípio são denominados métodos colorimétricos, os quais geralmente são específicos e muito sensíveis. A grande vantagem em utilizar compostos coloridos deve-se ao fato de eles absorverem luz visível (região visível do espectro eletromagnético).

A espectrofotometria — medida de absorção ou transmissão de luz — é uma das mais valiosas técnicas analíticas amplamente utilizadas em laboratórios de área básica, bem como em análises clínicas. Por meio da espectrofotometria, componentes desconhecidos de uma solução podem ser identificados por seus espectros característicos ao ultravioleta, visível, ou infravermelho.

Quando um feixe de luz monocromática atravessa uma solução com moléculas absorventes, parte da luz é absorvida pela solução e o restante é transmitido. A absorção de luz depende basicamente da concentração das moléculas absorventes e da espessura da solução – caminho óptico (veja Figura 1.1).

A intensidade da cor de uma solução é proporcional à concentração das moléculas absorventes de luz. Quanto mais concentrada for a solução, maior será a absorção de luz. Por outro lado, a cor da solução é determinada pela cor da luz transmitida (Veja a Figura 1.2).

Concluindo, uma solução aparece como branca porque transmite luzes de todas as cores; quando absorve luzes de todas as cores, a solução é preta. Finalmente, a solução é verde quando absorve luz vermelha e transmite luz verde (amarelo + azul), a qual é denominada luz complementar. A Tabela 1.1 relaciona a cor da luz com a cor da luz complementar. 

Tabela 1.1 Comprimento de ondas de diversas cores.

 Quando recebemos raios de luz de diferentes frequências podemos perceber cores diferentes destas, como combinações. A luz branca que percebemos vinda do Sol, por exemplo, é a combinação de todas as sete cores do espectro visível.

Absorção de Luz

A luz é urna forma de radiação eletromagnética que possui características de onda e de partícula (fóton). O movimento ondulatório é caracterizado pelo comprimento de onda (), o qual corresponde à distância linear entre duas cristas, medido em nanômetros (nm), que corresponde a 10^-9 m .

O conteúdo energético da luz é inversamente proporcional ao comprimento de onda, de tal forma que a luz violeta de = 380 nm é bem mais energética do que a luz vermelha de = 700 nm. Dentro do exposto podemos dizer que a luz é constituída de partículas de energia denominadas fótons, em que o conteúdo energético está intimamente relacionado com o comprimento de onda. A absorção de luz pela matéria envolve a incorporação da energia contida no fóton à estrutura das moléculas absorventes.

Quando isso acontece, as moléculas absorventes passam do estado fundamental (estado energético mais baixo) para o estado excitado (estado energético mais alto).

Contudo, a duração do estado excitado normalmente é breve, e a molécula retorna ao estado fundamental após aproximadamente 10^-8 segundos. Geralmente, o retorno ao estado fundamental libera energia na forma de calor. Portanto, quando um feixe de luz monocromática (1 comprimento de onda) atravessa uma solução que contém moléculas absorventes, parte das ondas eletromagnéticas seriam absorvidas pelas moléculas presentes na solução, assumindo o estado excitado, as quais retornariam a seguir ao estado fundamental, liberando a energia na forma de calor (veja Figura 1.3).

Figura 1.3 Onda eletromagnética. 

O fenômeno de absorção implica que o conteúdo energético do fóton seja igual à quantidade de energia necessária para que a molécula ou átomo passe do estado fundamental para o excitado. Quando o conteúdo energético do fóton for maior ou menor do que a quantidade de energia necessária para o composto passar do estado fundamental para o excitado, o fenômeno de absorção não ocorre.

Assim, deve-se utilizar um feixe de luz monocromática de comprimento de onda adequado, capaz de excitar o composto estudado, nos métodos de dosagem colorimétrica. O procedimento para escolha do melhor comprimento de onda é simples e consiste em submeter uma solução a feixes de luzes monocromáticas de diferentes comprimentos de onda e verificar qual deles é mais absorvido pela solução.

Fonte:

http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/naturezadacor.html
http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/index.html
http://www.ufrgs.br/leo/site_espec/absorcaodacor.html