Enviromail Brasil 34 - Cromatografia

Aspectos e relevância ambiental

26 FEB 2024 João Paulo Ferreira Print

SEPARAR PARA COMPREENDER

Etimologicamente cromatografia consiste na união de duas palavras, cor e escrita. Curiosamente em química esse termo não indica uma escrita de cores de forma literal, mas a origem do nome indica o conceito e a percepção da técnica. A técnica consiste em promover a separação dos diversos compostos presentes em uma amostra para posterior análise, seja qualitativa ou quantitativa.A primeira observação da técnica foi obtida pela visualização de cores durante a separação de Aspectos e Relevância Ambiental. Pigmentos vegetais por Mikhail Tswett. Conceitualmente, necessitamos de condições para empregarmos a técnica, sendo o ponto de partida a fase estacionária e a fase móvel.

A fase estacionária é o suporte sólido onde ocorrerá a separação de uma mistura e teremos assim a separação dos compostos presentes, enquanto a fase móvel funciona como material de arraste. Uma analogia seria um cano com areia, onde podemos forçar a passagem de água. A areia é a fase estacionaria e a água a fase móvel. Se misturarmos algo na água, é possível que com o tempo esse composto passe pelo cano e seja levado pela água, ou quem sabe, ele seja completamente retido pela areia. Em um laboratório, podemos substituir a areia por sílica, o cano por um tubo de vidro com torneira (bureta), e a água por uma mistura de solventes com ou sem água.

Ao longo do tempo, podemos ver em tempo real a separação de compostos caso sejam coloridos (Imagem 1).

Imagem 1: Exemplo de separação por Cromatografia

Pode parecer curioso, mas gases são fluidos assim como a água e, portanto, a mesma analogia e técnica como ser empregada.

Aqui utilizamos o termo cromatografia gasosa.

Faz sentido utilizarmos um gás como fase móvel e que seja inerte. Apesar de ser possível utilizarmos um tubo de vidro com areia para o emprego da técnica, existem caminhos mais práticos. A modernidade e o desenvolvimento científico trouxeram avanços cromatográficos.

A CLAE (cromatografia líquida de alta eficiência) é um exemplo desse avanço, juntamente com equipamentos cromatográficos de UHPLC (cromatografia líquida de ultra eficiência - Ultra-High Performance Liquid Chromatography).

COMPREENDER PARA OTIMIZAR

Ao compreendermos o conceito da técnica, conseguimos pensar em formas de facilitar um processo. Para um cano, areia e água, podemos pensar: E se escolhemos uma ótima areia? Um cano pequeno ou grande, grosso ou fino?

Quem sabe uma água muito pura? Essas considerações são variáveis pertinentes para facilitar a separação de misturas. A mesma alusão pode ser feita em um equipamento. Colunas cromatográficas, solventes puros, tipos de fase estacionárias diferentes, pressão, fluxo, temperatura, são alguns exemplos de variáveis que podemos alterar para chegar a melhor condição para separar algo.

Agora imagine utilizar 2 ou mais solventes, quem sabe água e álcool no exemplo do cano com areia?

Para falarmos de solventes, necessitamos introduzir dois termos: fase orgânica e fase aquosa.

A fase orgânica consiste de solventes orgânicos: como acetona, metanol, hexano, entre outros, agora a fase aquosa dispensa apresentações consiste em água ou água com sais a fim de aumentar a polaridade da solução.

Quando falamos em uma fase aquosa e uma orgânica, devemos pensar que essas substâncias possuem interações físico-químicas diferentes com nosso composto de interesse para detecção. A água (fase aquosa) terá mais interação com substâncias quimicamente semelhantes a ela (interações mais polares).

Imagem 2: Exemplo de um equipamento de cromatografia

O mesmo ocorre com a fase orgânica para outras substâncias quimicamente semelhantes (interações mais apolares). Temos aqui uma relação de interações, um “cabo de guerra”, que força as separações de moléculas a partir de suas afinidades. Imagine só tentarmos tirar óleo da água e obtê-los separados.

Dificilmente a água vai conseguir arrastar o óleo por um cano com areia, afinal água e óleo têm pouca interação.

Agora, se adicionarmos algum solvente orgânico (fase orgânica), este vai conseguir interagir com o óleo e arrastá-lo pelo cano.

OTIMIZAR PARA AUTENTICAR

Como comentado, o processo atual de separação de compostos ocorre em um cromatógrafo, sendo resumidamente um cromatógrafo líquido ou (LC – Liquid Chromatography) ou cromatógrafo gasoso.

Não necessitamos de um cano com areia, ainda bem. Para um GC, nosso “cano” agora será agora será fino e extenso, quase como um carretel de linha.

Já para o LC, estes “canos” lembram pequenos tubos (Imagem 4). Chamamos todos eles de coluna cromatográfica. Durante o processo de separação dos compostos (corrida cromatográfica), a proporção destas duas fases pode variar com o tempo (gradiente - Imagem 5).

Imagem 3 - Exemplo de coluna para cromatografia de gases

Imagem 5. Representação gráfica de uma eluição gradiente no LC.
Superior: Eluição constante. Inferior: Eluição isocrática.

CONDICIONAR PARA ANALISAR

Caso as fases se mantenham na proporção até o fim, temos uma eluição isocrática. A escolha depende das características intrínsecas de cada compostos que deseja-se quantificar e para nossa tranquilidade, um cromatógrafo consegue automatizar as proporções de solventes utilizadas.

1. Algumas condições devem ser empregadas para uma separação de compostos e análise eficiente:
2. Pureza da fase móvel: Estabilidade da linha base de análise para supressão de ruídos a fim de se evitar falsos-positivos ou negativos, além de reduzir possíveis danos ao equipamento por entupimentos;
3. Emprego de compostos sanitizantes na água para desinfeção das linhas de fluxo do equipamento;
   Desgaseificação de solventes, para homogeneidade de soluções e remoção de bolhas e uso de desgaseificadores no equipamento para preservação do equipamento e maior reprodutibilidade de resultados;
4. Avaliação da viscosidade da fase móvel: Maior viscosidade implica em maior necessidade de fluxo e pressão. Fases móveis viscosas interagem mais com a fase estacionário por atrito e com isso dificultam o deslocamento de analitos no interior da coluna cromatográfica, prejudicando o tempo de análise e peças do equipamento.

ANALISAR PARA COMPREENDER

Após uma análise, chegamos ao resultado para compreensão da matriz da amostra que analisamos. Pegue uma água de um rio, por exemplo, e pense na infinidade de compostos que podemos encontrar! A mesma coisa para um solo ou o ar.

Definitivamente não conseguimos analisar tudo, mas podemos compreender a partir de pistas da investigação.

A gasolina está inegavelmente presente em nosso cotidiano. Podemos imaginar que a gasolina é apenas uma substância.

Posso te dizer que não é! Mas, melhor do que dizer é mostrar. Se ela não é uma única substância, então ela é uma mistura de substâncias. Que a cromatografia nos ajude nessa investigação.
Ao injetarmos a gasolina em um cromatógrafo, podemos esperar obter um resultado (espectro) parecido com a (Imagem 6).

Imagem 6: Cromatografia da Gasolina

Na imagem podemos identificar 16 compostos presentes na gasolina. Estes aparecem como picos.

Um composto que comumente é fornecido como sinônimo de gasolina é o n-octano (em vermelho). Octano remete a octanagem e para quem é um entusiasta de carros, deve conhecer esse termo empregado como sinônimo de eficiência da gasolina na combustão da gasolina.

Outra mistura famosa é o BTEX, sigla para Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos. Estes são compostos com alta toxidade e cancerígenos que também estão presentes na gasolina.

Neste cromatograma podemos ver a presença de Tolueno, xileno e benzenos (como proprilbenzeno e butilbenzeno) por exemplo (em azul).

Voltemos a matriz da amostra. Pegue uma amostra de solo ou água e foque nas buscas desses picos apresentados. Se os encontrar, você concluiu que há derivados de petróleo nessa amostra e te garanto que não é uma boa notícia. Em virtude dos danos que estes podem causar, monitoramentos ambientais são necessários para a identificação e controle desses compostos na natureza e de muitos outros. Cada composto relevante possui seus valores orientadores por parte de agências regulatórias, como a CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo).

A depender dos tipos de compostos esperados, diferentes métodos referenciados podem ser empregados.

Pode ser necessário uso de aditivos e misturas complexas de fases móveis, para garantir uma melhor eficiência de separações de picos e evitar a todo custo a co-eluição, ou seja, um pico colado em outro, Se isso ocorrer, será necessário injetar a amostra novamente, diluí-la ou quem sabe desenvolver um novo método com alterações das variáveis de injeção. Em resumo, um processo bem oneroso. A depender da matriz, pode ser que não seja possível a separação nas faixas esperadas, sendo inviável o uso pontual dessa técnica (Imagem 7).

Imagem 7. Sobreposição de picos (três compostos aparecem como um único composto e picos muito próximos (difícil diferenciação de compostos).
Exemplos de cromatogramas de maior dificuldade de análise

Tabela 1: Exemplos de valores orientadores para compostos – BTEX.
Lista completa em: https://cetesb.sp.gov.br/solo/wp-content/uploads/sites/18/2014/12/valores-orientadores-nov-2014.pdf

ALS AMBIENTAL

Depois de entender o conceito de cromatografia e sua aplicação, é possível ter uma dimensão precisa de como isso afeta a qualidade analítica. Cada composto é influenciado de forma diferente pela relação das fases utilizadas. Apesar de um mesmo equipamento cromatográfico poder identificar diversos compostos, cabe ao analista o desenvolvimento do método.

No cotidiano, a depender da matriz da amostra ou mesmo de interferentes, alterações podem ser necessárias e esse julgamento muitas vezes depende de uma análise crítica no momento do tratamento de dados.

Toda essa avaliação faz parte da rotina das análises na ALS, onde pessoas colaboradoras têm papel fundamental na implementação de processos e métodos, além da colaboração do desenvolvimento de conteúdos como este Enviromail. A ALS está comprometida com a busca de soluções inovadoras para eficiência de um método proposto, garantindo resultados em menor tempo, validando novos métodos e variações de metodologias com foco na otimização de processos. Sempre cumprindo os valores orientadores das agências regulatórias. 

Faça o download do Enviromail #35 do Brasil sobre Cromatografia

Caso ainda tenha dúvidas ou deseja mais informações a respeito, escreva para ambiental.br@alsglobal.com

Sobre a ALS Limited
Líder global em testes, a ALS fornece soluções de testes abrangentes com uma ampla variedade de setores em todo o mundo. Utilizando tecnologias de ponta e metodologias inovadoras, as nossas equipes internacionais dedicadas oferecem serviços de testes da mais alta qualidade e soluções personalizadas apoiadas pela experiência local. Ajudamos nossos clientes a aproveitar o poder dos insights baseados em dados para um mundo mais seguro e saudável.