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Copy of Métodos de separação

Trabalho apresentado referente a terceira nota da disciplina Métodos de Separação.
by

on 14 January 2014

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Transcript of Copy of Métodos de separação

Eluição e Localização dos compostos Eluídos
Cromatografia em Coluna seca
Instalações Elétricas
Prof. Nestor Dantas
Principais Adsorventes
A Coluna
Ampliando
Aplicações
Cromatografia de Adsorção
Escolha de Eluentes
Enchimento da coluna e aplicação da amostra

Alunos:

Andrey Costa Felipe Barbosa
André Farias Kássia Pinheiro
André Almeida Ruana Galvão
José Jacinto Jr.
Def.: A cromatografia  envolve uma série de processos de separação de misturas. A cromatografia acontece pela passagem de uma mistura através de duas fases: uma estacionária (fixa) e outra móvel. A grande variabilidade de combinações entre a fase móvel e estacionária faz com que a cromatografia tenha uma série de técnicas diferenciadas.
Adsorção é a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente); o grau de adsorção depende da temperatura, da pressão e da área da superfície.
Cromatografia – algumas definições
A adsorção química, também chamada quimissorção, é específica e é empregada na separação de misturas. Nela as moléculas (ou átomos) unem-se à superfície do adsorvente através da formação de  ligações químicas(geralmente covalentes) e tendem a se acomodarem em sítios que propiciem o maior número de coordenação possível com o substrato.
Uma molécula quimicamente adsorvida pode ser decomposta em virtude de forças de valência dos átomos da superfície e é a existência de fragmentos moleculares adsorvidos que responde, em parte, pelo efeito catalítico das superfícies sólidas.
Neste processo, o de mais ampla utilização, duas substâncias são ligadas por uma interface onde não ocorre solubilização. A fase estacionária é sólida e a fase móvel pode ser líquida ou gasosa. Baseia-se nas atrações eletrostáticas ou dipolares da superfície da fase estacionária pelas moléculas da substância a separar.
 
Na cromatografia de adsorção as separações ocorrem através de interações eletrostáticas e forças de Van Der Waals entre a fase estacionária (sólido) e os componentes a separar da fase móvel (líquido ou gás). A natureza da fase estacionária pode ser muito diversa, nomeadamente sílica gel, alumina ou celulose.


TESTE: coloque 1cm da solução(Solução etanólica 70%) em um béquer, coloque o giz na posição vertical. Giz com três listras de cores diferentes marcado com caneta hidracor. Retire o giz quando o solvente estiver cerca de 0,5cm da extremidade.
 
Cromatografia de adsorção
Existem dois tipos de cromatografia de adsorção: em camada fina, onde se faz passar lentamente através de uma coluna de material adsorvente uma mistura líquida, cujos componentes se vão depositando em zonas distintas da coluna, devido à diferença de velocidade de arrastamento de cada um; e em coluna, que se aplica sobretudo em separação de espécies não-iónicas solúveis em solventes orgânicos segundo a polaridade, o número relativo e a posição do grupo funcional.
A adsorção pode ser feita quer por substâncias apolares (carvão ativado), quer por substâncias polares (óxidos e sais).
CROMATOGRAFIA DE ADSORÇÃO
Na cromatografia gás-sólido o mecanismo de interação entre o soluto e a fase estacionária é de adsorção na superfície do sólido poroso que constitui o adsorvente.
Cromatografia de Adsorção ou Gás-Sólido:
Suportes:
alumina ou sacarose para a cromatografia de coluna e vidro.
alumínio para a cromatografia em camada fina.

A separação baseia-se nas interações entre moléculas dos solutos da fase móvel liquida e a superfície da fase estacionária sólida.
Cromatografia de adsorção
Materiais em laboratório
Cromatografo
Posição vertical;
Extremidade superior aberta e a inferior é afilada;
Torneira no final para controlar a vazão da fase móvel.
Constituição:
- Tubo de vidro;
Ex:
Dimensões:

À depender da quantidade de material a ser cromatografado;
Recheio
Amostra
Frasco coletor
Chumaço de lã de vidro
Adsorvente
Coluna de vidro
Fase móvel
Reservatório
Esquema de uma coluna de adsorção
Adsorventes
O mercado dispõe de uma grande variedade de adsorventes para fins cromatográficos, os quais podem ser adquiridos para a confecção de placas no próprio laboratório ou como placas pré-fabricadas, nas quais esses adsorventes são espalhados em camadas de diferentes espessuras. Entre os adsorventes mais utilizados em CCD estão a sílica, a alumina, a celulosa.
Na cromatografia gás-sólido o mecanismo de interação entre o soluto e a fase estacionária é de adsorção na superfície do sólido poroso que constitui o adsorvente.
É bastante usada para separar gases de baixo peso molecular e exige o uso de adsorventes com alta área superficial.
Sílica
Alumínia
Celulose
Poliamida
Principais adsorventes utilizados
Altamente poroso, é um dos adsorventes mais utilizado na cromatografia por adsorção
Apresenta caráter fracamente ácido
Existem vários tipos de sílica disponíveis no comércio
Em geral a sílica é empregada na separação de compostos lipofílicos como : Aldeídos, cetonas, fenóis, ácidos graxos, aminoácidos e alcalóides.
Sílica (SiO2)
Depois da sílica é o adsorvente mais utilizado
Tem características alcalinas
Pode ser preparada como características ácidas, neutras ou alcalinas.
Alumina (Al2O3)
Tem sido empregada como suporte da fase estacionária líquida em cromatografia por partição iônica
As diferentes celuloses tem sido empregadas na separação de ácidos carboxílicos, aminoácidos, carboidratos, fosfato, entre outros.
Celulose
Tem sido empregada com maior frequência na separação de fenóis e ácidos carboxílicos
Sua utilização é comprometida pela dificuldade de separação das cromato placas no laboratório
Poliamida
O que é:

A adsorção é um processo de separação baseado na velocidade de transferência de massa, na presença ou não de reação química, implicando o contato íntimo entre duas fases, onde tem-se adesão das moléculas de um material sobre a superfície de um sólido ou líquido em que estas estão em contato. Uma vez que a adsorção é um fenómeno de superfície, é importante que os adsorventes proporcionem uma grande área superficial externa e interna associada à sua estrutura porosa. Quanto maior for à superfície do adsorvente mais forte é a adsorção.
Os processos de adsorção em colunas
O que pode alterar a adsorção?

Temos que grupos funcionais aumentam a afinidade de adsorção.

-CO2H > -OH > -NH2 > -SH > -CHO > C=O > -CO2R > -OCH3 > -CH=CH-
 
Ligações duplas, particularmente conjugadas.

Compostos com pontes de H intramoleculares são menos adsorvidos que seus isômeros.
 
Tipo e tamanho dos poros, bem como da sua distribuição.
 
Natureza da superfície do adsorvente
Para se conhecer a natureza do processo de adsorção, deve-se considerar a natureza do adsorvente que, de uma maneira geral, se traduz em força de adsorção. A absorção ocorre na área de superfície ativa do sólido, onde as substâncias eluirão da coluna segundo a polaridade, ou seja, no caso, adsorvente polares como alumínio e sílica irão reter mais substâncias polares.
Deve-se evitar que o movimento de substância adsorvida na coluna seja lento e que a banda se torne larga e com tendências de se envolver com outras bandas.

Por que?

O objetivo é impedir a ação de partes mais ativas ou obstruir os poros finos do adsorvente, o que provoca uma tendência no endireitamento da isoterma pela redução da superfície específica.
A Alumina de grau I é a mais usada e mais ativa
Os Adsorventes são aquecidos para dessorção de água;
Temperatura de ativação;
A atividade está relacionada com a quantidade de agua adsorvida e é determinada pela sua capacidade de adsorver certos corantes: Azobenzeno, p-metoxianzobenzeno, amarelosudan, vermelho sudan,p-aminoazobenzeno e p-hidroxibenzeno.
Preparação de adsorventes
Desvantagens

Produzir caudas
Não apresenta separações totalmente reprodutíveis;

A resolução pode ser aumentada usando-se um tamanho de partícula menor.

A quantidade de adsorvente usada está na proporção mínima de adsorvente/substancia é de 25:1.
A acetona não é usada como fase móvel quando se utiliza a alumina;
Sólidos usados nas colunas cromatográficas, às vezes, tornam-se catalisadores de reações.


Alumina mais comumente que com a Sílica;
Reações na coluna

O carvão ativado pode levar à decomposição química;
Outras ocorrências
A Sílica pode causar a isomerização de terpenos e esteroides.
Fase móvel tem a função de solvente;

Solubilidade dos componentes da mistura;

Fases móveis devem ter baixo PE (35-38°C);

Promover o desenvolvimento dos componentes da mistura na coluna;

Remover/Dessorver esses componentes do adsorvente seletivamente;
FE polar Dessorção é facilitada Eluente polar
Escolhido o adsorvente, os eluentes são selecionados de acordo com seu poder;

A seleção de eluentes pode ser feita empregando-se a CCD, usando o mesmo adsorvente;
Mais Polar
Menos Polar
Série Eluotrópica (Ordem crescente de polaridade):
Uniformidade no enchimento da coluna;

Durante o enchimento, o ar pode ficar retido entre as partículas;

Vibração da coluna e deixando-se o material assentar gradualmente;

A uniformidade no tamanho das partículas tornará maior a homogeneidade do recheio;

Deve-se evitar deixar a coluna secar durante o enchimento;
Coloca-se amostra sólida solubilizada num volume mínimo de solvente ou extrato por meio de uma pipeta, na superfície do adsorvente.

As amostras, tanto solida como liquida, podem ser misturadas com o adsorventes, após evaporar o solvente.

Após toda a amostra ter sido colocada, adiciona-se a fase móvel, cuidadosamente, até que se forme uma coluna liquida incolor e límpida acima do nível superior da amostra.
Coluna deve ser fixada na vertical;

A favor da gravidade;

Evita formação de canais;

Maior a distância percorrida pelo material eluído, maior a distribuição dentro da coluna;
A FM passa pelo adsorvente arrastando o analito;

Mais fortemente o analito for adsorvido, menor a velocidade de movimento descendente, melhor a separação;

A separação ocorre pela interação, nas forças de adsorção (LH, d-d, d-di, FD);
Para ocorrer separação completa a FM deve:
Fracamente ser adsorvida pela FE;
Não ser afetada quimicamente;
Ocorrer corrida cromatográfica;
Substâncias coloridas são facilmente separadas;
Substâncias incolores aplica-se outras técnicas (espectrofotometria no UV-visível, CCD);
Nesse tipo de cromatografia o processo de eluição não é totalmente concluído, de tal forma que os componentes da amostra ainda permanecem no interior da coluna após o término da separação. É um tipo de separação que pode ser feito por material maleável.
Para se obter uma separação ideal, é conveniente usar apenas um único solvente como eluidor, assim como na cromatografia de camada delgada.
Com essa técnica, é possível separar até enantiômeros, desde que seja empregada uma fase estacionária quiral.
Como é feito a montagem?


Na montagem da coluna em tubos de materiais maleáveis, deve-se fechar a extremidade inferior desse tubo a quente ou por grampeamento, fazendo-se dois ou três furos para evitar a formação de bolhas de ar.
Fenômeno conhecido desde o século XVIII, quando se observou que certa quantidade de carvão retinha em seus poros grande quantidade de vapor d’água o qual era liberado ao aquecimento.
Depende principalmente do tipo de adsorvente.

Ex:Silicato de magnésio – separa esteroides, lipídios, glicosídeos e derivados do açúcar.
Química:
Determinação de antioxidantes, nutrientes ou contaminantes em alimentos.
Indústria:
Monotorização de processos industriais.
Saúde:
Análises dos constituintes do sangue. Análise forense.
Ambiente:
Determinação de resíduos de pesticidas em produtos alimentares, águas ou esgotos.Determinação de gases e solventes orgânicos na atmosfera, solos ou rios.
Laboratório de química orgânica para separar e purificar reagentes e materiais obtidos por sínteses;
Laboratórios de produtos naturias, os quais são normalmente submetidos a esse método cromatográfico em escala preparativa e análitica;
Laboratórios de análises clínicas ,para se separar esteroides de urina ou sangue, etc. )
Áreas de pesquisa que utilizam essa técnica:


(a) peneira molecular;
(b) sílica-gel;
 (C)Caobosieve;
(d) carbopac;
(e) porapak Q k
Principais adsorventes:

Na cromatografia gás-sólido o mecanismo de interação entre o soluto e a fase estacionária é de adsorção na superfície do sólido poroso que constitui o adsorvente. é bastante usada para separar gases de baixo peso molecular e exige o uso de adsorventes com alta área superficial. Os adsorventes mais usados e suas principais aplicações, estão ilustrados a seguir:
(a) peneira molecular: separa O2 de N2
fator limitante: adsorção irreversível do CO2
exemplo: separação de H2, O2, CH4, N2 e CO
coluna: 45/60 mesh, 3 pés X 1/8 polegada
gás: Hélio, 20 mL/min
(a) peneira molecular;
: separa H2, Ar, CO, CH4,
hidrocarbonetos leves em geral
fator limitante: não separa O2 de N2
exemplo: separação de Ar, H2, CO, CH4 e
outros hidrocarbonetos
(b) sílica-gel;
Tipos: G(forma irregular, área superficial = 100 m2/g. Sll esférica, área superficial = 500m2/g). Atua como peneira molecular separando hidrocarbonetos, gases e substâncias de baixo peso molecular. Ex.: Coluna de carbosieve Sll com separação de H2,O2,N2,CO, CH4,CO2;
C)Caobosieve
: carbono grafitizado,
tipos:
B (área superficial = 100 m2/g, diâmetro = 300 Å ) e C (área superficial = 9 m2/g,
diâmetro = 2.000 Å)
Tem superfície apolar, separa por diferença de geometria molecular e polaridade.
(d) carbopac;
poliestireno-divinilbenzeno, constitui-se na melhor fase para
separar água.
exemplo 1: Porapak Q exemplo 2: Porapak Q
(6 pésX1/4 polegada) (10 pésX1/4 polegada)
(e) porapak Q k
O processo de separação está fundamentado, principalmente no fenômeno de ADSORÇÃO.

 (CCD) é uma técnica de cromatografia usada para separar misturas. A cromatografia em camada delgada é realizada sobre uma placa de vidro, plástico ou folha de alumínio, revestida com uma fina camada de material adsorvente, geralmente sílica-gel, óxido de alumínio ou celulose. Esta camada de adsorvente é chamada de fase estacionária.
Referências
<http://ppgca.vet.ufg.br/uploads/67/original_Daniel_Goulart_1c.pdf?1349116580>;

http://froque.no.sapo.pt/CROMATOGRAFIA-TLQ2.pdf

http://pt.wikipedia.org/wiki/Adsor%C3%A7%C3%A3o

http://www.infoescola.com/quimica/cromatografia/

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromatografia

<Coulson, J.M. and Richardson, J.F., “Chemical Engineering”, Vol. III, Pergamon Press, 1985>

<Ladisch, M. R., “Bioseparations Engineering: Principles, Practice, and Economics”, John Wiley & Sons (2001)>

<Sofer, G.K. and Nystrom, L.E., “Process Chromatography – A Pratical Guide”, Academic Press, London (1989)>.

<Wankat, P.C., “Rate-Controlled Separations”, Blackie Academic & Professional, London, 1994>
Depois de preparada a amostra, ela é colocada no topo da coluna de adsorvente. Em seguida acrescenta-se a fase móvel até que sua linha de frente atinja a base da coluna. A coluna, após desenvolvimento é exposta a luz ultravioleta, que ao final separam-se as faixas que foram delimitadas.
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