Cromatografia

A cromatografia é uma técnica de separação em que as substâncias são separadas de acordo com sua afinidade com duas fases presentes no método: uma fase fixa, chamada de estacionária, e outra fase móvel, a qual flui para um ponto específico do sistema. Tal técnica, de grande utilização, permite também a identificação e o isolamento das substâncias presentes na mistura.

Essa técnica apresenta, basicamente, dois tipos: em camada delgada e em coluna. Dentro da cromatografia em coluna estão técnicas mais modernas, como a cromatografia líquida de alta perfomance (Clae) e a cromatografia gasosa. Ambas têm sido muito empregadas em métodos de separação e identificação de componentes na indústria química.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre cromatografia
• 2 - Para que serve a cromatografia?
• 3 - Como ocorre a cromatografia?
• 4 - Tipos de cromatografia
  • Cromatografia em camada delgada
  • Cromatografia em coluna
• 5 - Exercícios resolvidos sobre cromatografia

Resumo sobre cromatografia

• A cromatografia é um método físico de separação de misturas em que os componentes são dispostos em uma fase fixa e outra fase móvel, a qual é direcionada para um ponto específico.

• A fase fixa da cromatografia é chamada de fase estacionária.

• A cromatografia permite, além da separação dos componentes, isolar e identificar componentes da mistura.

• Para ocorrer a separação, a fase móvel deve ter contato com a fase estacionária. Dessa forma, os componentes se separam de acordo com suas afinidades com cada fase.

• Basicamente, existem dois tipos de cromatografia: em camada delgada e em coluna.

• A cromatografia em coluna pode ter uma fase móvel líquida ou gasosa.

Para que serve a cromatografia?

A cromatografia é um método físico de separação de misturas em que os componentes a serem separados são distribuídos em duas fases distintas, sendo uma destas chamada de estacionária (fixa) e a outra chamada de móvel, a qual se moverá em uma direção definida. As substâncias, antes misturadas, se distribuirão por essas fases, demonstrando a separação.

Essa técnica não só permite separar os componentes da mistura, mas também isolar e, muitas das vezes, identificar componentes pertencentes à mistura. Por vezes, a separação feita pela cromatografia não é passível de ser realizada com outro método e, por isso, mostra-se como uma técnica de ampla utilização em diversos ramos da ciência.

Como ocorre a cromatografia?

Embora existam muitos tipos de cromatografia, toda técnica cromatográfica está baseada no princípio de retenção seletiva. No caso, a mistura é aplicada na fase estacionária e, posteriormente, a fase móvel é colocada. Ao entrar em contato, a fase móvel arrasta os componentes e, devido às diferentes afinidades que as substâncias da mistura possuem com a fase estacionária, obtém-se uma separação. Ou seja, os componentes da mistura que possuírem maior afinidade com a fase móvel serão carregados por esta com maior mobilidade, enquanto os que tiverem menor afinidade com a fase móvel apresentarão baixa mobilidade.

Na imagem acima, a fase móvel é composta por um solvente líquido, o qual ascende por capilaridade em um papel, que desempenha o papel de fase estacionária. A amostra, após interação com o solvente, separa-se. Quanto mais percorrer o componente, maior será sua interação com a fase móvel.

A fase estacionária pode consistir em um sólido ou um líquido fixado em um sólido ou em um gel, permitindo o empacotamento em coluna ou por meio da distribuição em uma película, um vidro ou uma lâmina. Já a fase móvel consiste em um fluido, o qual pode ser líquido ou gasoso.

Leia também: Separação magnética, destilação simples e evaporação — técnicas para isolar componentes

Tipos de cromatografia

Basicamente, existem dois tipos de cromatografia: a cromatografia em camada delgada (CCD) e a cromatografia em coluna. Mais detalhes de ambas serão elencados a seguir.

• Cromatografia em camada delgada

Também chamada de cromatografia planar, nessa modalidade a fase estacionária está adsorvida sobre uma superfície plana. Entre suas vantagens estão o baixo custo, a velocidade na separação, além da facilidade de repetição, execução e compreensão.

Em geral, a fase estacionária consiste em um adsorvente polar (como sílica, alumina, celulose e poliamida), o qual adere à superfície de uma placa (na maioria das vezes, de vidro). Contudo, já há a comercialização de placas prontas, em que o material adsorvente é fixado em outros materiais, como alumínio, o que resulta em um material mais uniforme e com espessuras diferentes, garantindo uma separação mais satisfatória.

Sendo a fase estacionária de natureza polar, é interessante que a fase móvel tenha caráter antagônico, ou seja, apolar ou muito pouco polar. Contudo, a seleção da fase móvel não é muito simples, necessitando de análises prévias para haver uma boa separação dos componentes.

Abaixo, temos o resultado de uma cromatografia em camada delgada. Perceba os componentes separados ao longo da placa. O que percorreu um menor caminho possui uma maior afinidade com a fase estacionária.

• Cromatografia em coluna

Nesse caso, a fase estacionária é colocada em um tubo cilíndrico. O diâmetro do tubo dependerá do rigor técnico a ser adotado na separação. A fase móvel, também chamada de eluente, passa pela fase estacionária e pode estar no estado líquido ou gasoso. Ao sair da coluna, o eluente é chamado de eluato.

Nessa técnica, a amostra é aplicada no topo da coluna. Já a fase móvel pode ser colocada de duas formas: formando uma pasta com a fase estacionária, o que é conhecido como enchimento da coluna por via úmida, ou aplicação direta sobre a amostra, o que é conhecido como enchimento de coluna por via seca. O primeiro componente a chegar à base da coluna (que elui primeiro) é aquele que possui maior afinidade com a fase móvel.

Dentro da cromatografia em coluna com eluente líquido, há a chamada cromatografia líquida de alta eficiência (Clae, ou HPLC, que vem do inglês high performance liquid chromatography). Na Clae são utilizadas colunas metálicas, além de altas pressões sobre a fase móvel e temperaturas um pouco acima da temperatura ambiente. Ultimamente, tem-se acoplado os aparelhos de Clae aos espectrômetros de massa. Tais espectrômetros possuem a função de aumentar a confiabilidade da separação cromatográfica, pois eles permitem confirmar a identidade das substâncias separadas, além de quantificá-las.

A identificação de substâncias pela cromatografia era mais difícil sem a utilização do espectrômetro de massa, pois era feita considerando-se basicamente o tempo de retenção, algo que não é particular de um composto (outros compostos podem apresentar o mesmo tempo de retenção).

Veja um aparelho de Clae a seguir. As garrafas, acima, consistem na fase móvel. Nos níveis abaixo estão a bomba de alta pressão e a coluna com fase estacionária. No fim, há um detector.

Na cromatografia gasosa (CG), é utilizado um gás de arraste inerte, como um gás nobre ou nitrogênio, como fase móvel. A fase estacionária pode ser um sólido ou um líquido não volátil. Já os componentes a serem separados consistem em gases ou líquidos voláteis.

A coluna é um capilar, de diâmetro menor que 1 milímetro, mas com comprimento longo, na faixa de 25 a 30 metros. A técnica permite a separação de dezenas substâncias de uma mesma amostra. Assim como a Clae, também é comum um espectrômetro de massa ser acoplado a um aparelho de CG.

Veja a seguir a representação tridimensional de um aparelho de cromatografia gasosa. O gás de arraste se encontra no cilindro, enquanto a amostra é injetada pela seringa. O tubo verde enrolado consiste na coluna, a qual está ligada a um detector.

Exercícios resolvidos sobre cromatografia

Questão 1

(Uerj 2018) A cromatografia é uma técnica de separação de substâncias orgânicas por meio da polaridade das suas moléculas. Admita que um corante natural foi analisado por essa técnica e que sua composição apresenta as seguintes substâncias:

Após a separação cromatográfica, as moléculas do corante se distribuíram em duas fases: na primeira, identificaram-se as moléculas com grupamentos polares; na segunda, a molécula apolar.

A substância presente na segunda fase é indicada por:

(A) I

(B) II

(C) III

(D) IV

Resposta: Letra A.

A molécula apolar é aquela que possui o menor número de átomos ou grupos com átomos muito eletronegativos. Nesse caso, a molécula que atende melhor a esse critério é a molécula I.

Questão 2

(Enem 2017) A cromatografia em papel é um método de separação que se baseia na migração diferencial dos componentes de uma mistura entre duas fases imiscíveis. Os componentes da amostra são separados entre a fase estacionária e a fase móvel em movimento no papel. A fase estacionária consiste em celulose praticamente pura, que pode absorver até 22% de água. É a água absorvida que funciona como fase estacionária líquida e que interage com a fase móvel, também líquida (partição líquido-líquido). Os componentes capazes de formar interações intermoleculares mais fortes com a fase estacionária migram mais lentamente.

Uma mistura de hexano com 5% (V/V) de acetona foi utilizada como fase móvel na separação dos componentes de um extrato vegetal obtido de pimentões. Considere que esse extrato contém as substâncias representadas.

RIBEIRO, N. M.; NUNES, C. R. Análise de pigmentos de pimentões por cromatografia em papel. Química Nova na Escola, n. 29, ago. 2008 (adaptado).

A substância presente na mistura que migra mais lentamente é o(a)

A) licopeno.

B) α-caroteno.

C) γ-caroteno.

D) capsorubina.

E) α-criptoxantina.

Resposta: Letra D.

Migrará mais lentamente a molécula que tiver maior interação com a celulose (fase estacionária e de caráter polar, já que possui 22% de água). Assim, dentre as moléculas, a de maior caráter polar é a capsorubina, visto que apresenta um maior número de átomos ou grupo de átomos com alta eletronegatividade.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química