Preparação de novas fases estacionárias monolíticas para uso em eletrocromatografia capilar

Nesta tese é descrita a preparação de novas fases estacionárias monolíticas (FEM) polimerizadas por fotoiniciação, através do método sol-gel, em capilares de sílica fundida revestidos com poliacrilato, para aplicação em eletrocromatografia capilar (ECC). Dentre as principais técnicas de separação em...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2011
Main Author: Vaz, Fernando Antonio Simas lattes
Orientador/a: Oliveira, Marcone Augusto Leal de lattes
Banca: Micke, Gustavo Amadeu lattes, Tonin, Fernando Gustavo lattes, Ribeiro, Sidney Jose Lima lattes, Costa, Ana Carolina de Oliveira lattes
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/4295
Resumo Português:Nesta tese é descrita a preparação de novas fases estacionárias monolíticas (FEM) polimerizadas por fotoiniciação, através do método sol-gel, em capilares de sílica fundida revestidos com poliacrilato, para aplicação em eletrocromatografia capilar (ECC). Dentre as principais técnicas de separação em Química Analítica, a ECC tem despertado grande interesse no meio acadêmico, pelo fato desta combinar as vantagens tanto da cromatografia a líquido de alta eficiência quanto da eletroforese capilar. Grande parte do desenvolvimento da ECC se deve ao uso das FEM, as quais são semelhantemente aplicadas em outras técnicas cromatográficas. Ao contrário do revestimento de poliimida, amplamente empregado, o revestimento de poliacrilato, transparente acima de 370 nm e à luz visível, facilita a visualização da solução de sol no interior do capilar, o que permite controlar a injeção desta e de outras soluções, bem como observar a formação in situ da FEM. Além disso, é possível que seja feita a polimerização fotoiniciada sem a necessidade de remoção do revestimento polimérico que protege a coluna. O objetivo central deste trabalho foi entender e aprimorar o processo de fabricação das FEM para aplicações em ECC. Para isso, foram feitas modificações da câmara fotorreatora homemade utilizada para a polimerização das FEM, como uma correção na faixa espectral de trabalho de 350 a 700 nm para 350 a 400 nm; e instalação de dispositivos de segurança tanto para o operador quanto para o sistema elétrico. Para que fosse alcançado um melhor controle de injeção de fases líquidas no interior de tubos com dimensões capilares, a construção de um dispositivo de alta pressurização (DAP) que forneceu, além da pressão, grande precisão foi indispensável. O DAP, além de simples, teve ótima relação custo-benefício, comparado a modelos comerciais. O preparo das FEM foi otimizado mediante auxílio de planejamento fatorial fracionário 24-1, onde se buscou analisar propriedades eletrocromatográficas frente diferentes proporções dos reagentes empregados e tempo de incidência de luz ultravioleta (UV). Este último fator não apresentou significância e foi desconsiderado, de forma que o planejamento fosse devidamente reduzido para um planejamento fatorial completo 23, o que possibilitou uma análise mais apurada dos efeitos significativos. O fator mais influente foi a proporção de porogênio (tolueno), sendo que a melhor condição obtida foi utilizando 80,0 % (v/v) de solução porogênica; 3,5 % (m/m) de fotoiniciador óxido de bis(2,4,6-trimetilbenzoil)-fenilfosfino (Irgacure 819); razão molar água/ metacriloxipropiltrimetoxisilano (MPTMS) igual a 4 e tempo de incidência de luz UV de 10 minutos. As características morfológicas, espectroscópicas e porosidade foram avaliadas através de microscopia eletrônica de varredura, infravermelho e porosimetria por adsorção de nitrogênio, respectivamente. As FEM foram testadas em ECC pela separação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (naftaleno, acenafteno, fluoreno, fenantreno e antraceno) e alquilbenzenos (etilbenzeno, propilbenzeno, butilbenzeno e hexilbenzeno), todos compostos eletricamente neutros, diluídos em metanol (1 mmol L-1 cada), utilizando tiouréia como marcador de fluxo. Como fase móvel foi utilizada a mistura de acetato de amônio 16,7 mmol L-1 pH 7,0 (60 %) e acetonitrila (40 %). A voltagem aplicada foi -20 kV; a temperatura de análise foi 20 ºC; a injeção dos analitos foi -25 mbar por 5 s; e a detecção no UV foram nos comprimentos de onda de 220 nm e 250 nm. Foi utilizado o modo ECC-rápida, que consiste na inversão do sentido de análise e injeção de padrões pela extremidade curta do capilar. Este modo se mostrou muito mais rápido, repetitivo e eficiente do que o modo normal, fornecendo em pouco mais de 12 minutos de análise, mais de 51400 pratos/m de coluna e desvios padrão relativos em tempo de migração/retenção entre 0,09 e 3,3 % e em área de pico relativa entre 0,14 e 1,6 %. Os perfis de separação em ECC corroboraram com os resultados de porosidade e morfologia obtidos.
This thesis describes the preparation of new monolithic stationary phases (MSP) polymerized by photoinitiation through sol-gel approach in polyacrylate-coated fused silica capillary, for application in capillary electrochromatography (CEC). CEC has been concentrated much attention among the major separation techniques in analytical chemistry because it combines the advantages of both high performance liquid chromatography and capillary electrophoresis. Much of the CEC development is due to the use of MSP, which are similarly applied to other chromatographic techniques. Unlike polyimide-coating, widely used, the polyacrylate-coating, which is transparent above 370 nm and visible, enables the visualization of the sol solution within the capillary, allowing one to control the injection of sol and other solutions, in addition to observe the in situ formation of the MSP. Furthermore, it is possible to perform the photoinitiated polymerization without removing this polymeric coating that protects the capillary. The main purpose of this work was to comprehend and improve the fabrication process of MSP, for CEC applications. For this, some changes were set in the homemade photo reactor chamber, used for the MSP polymerization, like correction in the work range from 350 – 700 nm to 350 – 400 nm; and installation of security devices for both operator and electric system safeties. For better control of liquid phases injection within tubes with capillary dimensions, the build of a high-pressure device (HPD) that provides a great precision, in addition to the high-pressure, was essential. HPD is simpler and relatively cheaper when compared to commercial models. The preparation of the MSP has been optimized through assistance of a 24-1 fractional factorial design, with the intention to investigate electrochromatographic properties with different amounts of employed reagents and ultraviolet (UV) light incidence time. The later factor did not show significance and was unconsidered, making the design possible to be reduced to a 23 complete factorial design, which allowed analyzing the significant effects accurately. The most influent factor was the porogen (toluene) proportion, and the best condition was obtained using 80.0 % (v/v) of porogenic solution; 3.5 % of photoinitiator bis(2,4,6 trimetylbenzoyl)-phenylphosphine oxide (Irgacure 819); water to metacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTMS) molar ratio equal to 4 and 10 minutes of UV light incidence time. The MSP morphological, spectroscopic characteristics and porosity were evaluated through scanning electron microscopy, infrared spectroscopy and nitrogen adsorption porosimetry, respectively. The MSP has been tested in CEC through the separation of polycyclic aromatic hydrocarbons (naphthalene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene and anthracene) and alkylbenzenes (ethylbenzene, propylbenzene, butylbenzene and hexylbenzene), which are electrically neutral compounds, after dilution in methanol (1 mmol L-1 each), using thiourea as the flow marker. As mobile phase a mixture of ammonium acetate 16.7 mmol L-1 at pH 7.0 (60.0 %) and acetonitrile (40.0 %) was used. The applied voltage was -20 kV, the temperature of analysis was 20 °C, the analyte injection was -25 mbar for 5 s, and UV detection was done at 220 and 250 nm. A fast-CEC mode, which consists to reverse the analysis direction and to introduce the analyte by capillary short-end injection, was performed. This mode was much more fast, repetitive and efficient than the normal one, providing in a little more than 12 minutes over than 51400 plates per meter of column and relative standard deviations ranging from 0.09 to 3.3 % for migration/retention time and from 0.14 to 1.6 % for relative peak area. The separation profiles in CEC corroborate with the porosity and morphology results.