Os detectores são os responsáveis pela detecção dos componentes de uma amostra durante a sua eluição. Eles medem e indicam a variação da composição da fase móvel ao sair da coluna cromatográfica, através de um sinal elétrico.

Principais detectores usados em Cromatografia líquida de alta eficiência

Um detector é classificado como seletivo se responde diferentemente à estruturas moleculares diferenciadas da amostra, e é universal se responde de modo similar a muitos compostos. Absorbância e Fluorescência são os detectores seletivos mais usados. Índice de refração é o único detector universal utilizado. Enquanto que o detector de índice de refração é capaz de detectar 100ppm em amostras de 10mL, detectores de ultravioleta/visível (UV-Vis) podem detectar 100ppb em amostras de 10mL e detectores de fluorescência de 100ppt por 10mL. Os detectores de cromatografia líquida não são destrutivos, isto é, as amostras podem ser coletadas para testes qualitativos posteriores de caracterização. Há também outros tipos de detectores que serão mostrados mais adiante neste trabalho.

1-) Detector de índice de refração

O detector de IR mede mudanças no índice de reflexão. Uma célula de vidro é dividida em duas câmaras (células). O fluxo que sai da coluna de HPLC passa através da “célula de amostra” enquanto a outra célula, chamada “célula de referência”, é cheia apenas com a fase móvel. Quando o efluente que passa pela célula de amostra não contém analito, o conteúdo das duas células é o mesmo (Figura 1A). Nesse caso, quando um feixe de luz incide sobre as células, o feixe observado não sofre desvio. Mas se o efluente contiver quaisquer componentes diferentes dos da fase móvel, ocorrerá um desvio do feixe devido à diferença nos índices de reflexão nos dois líquidos (Figura 1B). Medindo-se essa diferença, a presença dos componentes pode ser observada.

     Figura 1 O detector de IR é menos sensível do que o UV, sendo esta a principal razão pela qual ele é menos usado do que este. Mas ele possui algumas vantagens sobre o detector de UV.

Ele é adequado à detecção de todos os componentes. Por exemplo, amostras que não absorvem luz UV, como açúcares, alcoóis ou íons inorgânicos não podem, obviamente, ser analisadas com um detector UV. Em contraste, mudança no índice de reflexão ocorre para qualquer analito e, portanto, o detector de IR serve para todos.

Ele é aplicável para os casos em que o solvente absorve no UV, quando um detector UV não pode ser usado. Algumas vezes, o solvente orgânico usado para análise por GPC absorve no UV e, portanto, esse detector não pode ser usado.

Ele fornece uma relação direta entre intensidade e concentração do analito.

A quantidade de luz UV absorvida depende de cada analito; portanto, a intensidade do pico obtido com um detector UV não dá informações sobre a concentração. Já a intensidade observada comum detector de IR é proporcional à concentração do analito.Por essas vantagens, o IR é usado com frequência para detecção de açúcares e para análise de GPC.

2-) Detector de Absorbância no Ultravioleta e Visível

Nos detectores espectrofotométricos o seu funcionamento baseia-se na absorbância de luz por parte da amostra ao passar através dela qualquer radiação eletromagnética; normalmente isto ocorre no ultravioleta até o infravermelho, em um dado comprimento de onda. Existem dois tipos de detectores de luz ultravioleta: o de comprimento de onda variável (espectrofotômetros), que não só é de aplicação mais variada e sensível, mas também é mais caro, e o chamado fotométrico que funciona com um ou dois comprimentos de onda fixos. Este último é sensível, econômico e mais que suficiente para se conseguir bons resultados com todos os compostos que absorvem luz no comprimento de onda em que ele funciona. Este tipo de detector é normalmente insensível a variações de vazão e temperatura. A maioria dos detectores de comprimento de onda fixo, oferecidos no mercado, operam em um comprimento de onda de 254 nm e um de 280 nm, resultado da absorbância de luz em 254 nm e da emissão de luz em 280 nm por uma substância fosforescente. Em ótimas condições, pode-se atingir sensibilidades de até 0,001 unidades de absorbância e, se o composto absorve intensamente na faixa de UV, é possível detectar quantidades de amostras da ordem de nanogramas (10-9 g). Quando se aplica gradiente na fase móvel e ela apresenta variação significativa de absorbância para o UV, é necessário utilizar a cela de referência para compensar esta variação. Se a fase móvel não absorve ou se a absorbância é constante, pode-se deixar a cela de referência vazia ou cheia com um dos componentes da fase móvel. A Figura abaixo mostra o desenho de uma célula para CLAE.

Figura - Célula do detector de ultravioleta para CLAE.

Espectrofotômetros de comprimentos de onda variável UV-VIS, cobrindo a faixa de 190-800 nm, através de monocromador que seleciona o comprimento de onda desejado do feixe de luz emitido pelas lâmpadas de deutério (UV) ou tungstênio (VIS), oferecem várias vantagens sobre os instrumentos de comprimento de onda fixo:

a) Apresenta alta absorbância para vários componentes devido à escolha de comprimento de onda e, conseqüentemente, tem maior sensibilidade.

b) Permite maior seletividade, desde que um determinado comprimento de onda pode ser escolhido, onde o soluto de interesse absorve bastante e outros não.

c) Promove eficiência em eluição por gradiente através da habilidade de selecionar um comprimento de onda onde os componentes da fase móvel não apresentam uma variação de absorbância para diferentes concentrações.

d) Permitir obter o espectro de absorbância de cada componente em separado após parar a vazão da fase móvel.

3-) Detector por fluorescência

O princípio desse tipo de detector é a emissão de energia fluorescente de um soluto que foi excitado por radiação UV. Este tipo de detector pode detectar quantidades de ordem picograma

CARACTERÍSTICAS:

- Seletivo (moléculas que fluorescem – p. ex.: Aromáticos policíclicos e duplas ligações conjugadas);

- Mais sensível que UV – devido a detecção por emissão;

- Podem ser feitas reações de derivação pré ou pós-coluna para que o analito se torne fluorescente.

4-) Detector de espectrometria de massas

A espectrometria de massas (MS) utiliza o movimento de íons em campos elétricos e magnéticos para classificá-los de acordo com sua relação massa -carga. Desta maneira, a espectrometria de massas é uma técnica analítica por meio da qual as substâncias químicas se identificam, separando os íons gasosos em campos elétricos e magnéticos. Os instrumentos usados nestes estudos chamam-se espectrômetros de massas, sob o princípio que os íons podem ser desviados a campos elétricos e magnéticos. O dispositivo que realiza esta operação e utiliza meios elétricos para detectar os íons classificados é conhecido como espectrômetro de massas.

A MS oferece informação qualitativa e quantitativa sobre a composição atômica e molecular de materiais inorgânicos e orgânicos.

Os espectrômetros de massas constam de quatro partes básicas: um sistema de manipulação para introduzir a amostra desconhecida no equipamento; uma fonte de íon, na qual é produzido um feixe de partículas proveniente da amostra; um analisador que separa partículas de acordo com a massa; um detector, no qual os íons separados são recolhidos e caracterizados. O espectrômetro requer um percurso de colisão livre para os íons e, por tanto, funciona a vácuo ou em condições quase a vácuo.

Principais detectores usados em cromatografia gasosa

1-) Detector de Condutividade Térmica

     O funcionamento está baseado no princípio de que o corpo quente perde calor a uma

velocidade que depende da composição dos gases que o rodeiam. A perda de calor pode

então ser usada como uma medida da composição do gás. Nesses detectores, o corpo

quente é um filamento de um metal (Pt, W, Ni, etc), encerrado dentro de um bloco

metálico. O gás a ser analisado passa através do filamento, o qual é aquecido por uma

corrente elétrica constante. A velocidade das moléculas que batem no filamento é

função do peso molecular e, como resultado, quanto menor a molécula, maior a sua

velocidade e mais alta será sua condutividade térmica. Hidrogênio molecular e hélio são

as moléculas que tem a maior condutividade térmica. Com o gás de arraste puro, fluindo

no detector, a perda térmica é constante e também a temperatura do filamento. Se a

composição do gás muda, a temperatura do filamento se altera causando uma

correspondente mudança em sua resistência elétrica. O circuito empregado nesses

detectores corresponde a um circuito normal de uma ponte de Wheatstone.

2-) Detector de Ionização em Chama

O Detector de Ionização em Chama (DIC) foi introduzido em 1958 por McWillian e Dewar na Austrália e por Harley et al. na África do Sul. Esse detector se tornou o de uso mais comum em Cromatografia Gasosa por diversas razões:

1 – Responde com alta sensibilidade para praticamente todos os compostos orgânicos.

2 – Mudanças moderadas no fluxo, pressão, ou temperatura tem um efeito mínimo na característica da resposta.

3 – Em modo de operação normal ele não responde às impurezas comuns presentes no gás de arraste como água e CO2.

4 – Quando instalado devidamente apresenta uma linha de base estável.

5 – É de fácil ajuste.

O detector consiste em uma pequena chama gerada da mistura de hidrogênio/ar sintético que fica acesa na extremidade do “jet”. O hidrogênio é o gás inflamável e o ar é usado para dar suporte à combustão.

Quando compostos orgânicos são introduzidos na chama através da coluna espécies carregadas eletricamente são formadas. Essas espécies são coletadas em um eletrodo e produzem um aumento na corrente elétrica proporcional à quantidade de carbono que passou pela chama. O resultado dessa corrente é amplificado por um eletrômetro.

Esse detector é específico para compostos orgânicos, ou seja, compostos que não apresentem carbono em sua estrutura não são detectados. Esse detector não detecta CO, CO2, formaldeído e ácido fórmico.

Esses detectores possuem normalmente um sistema de aquecimento independente do sistema cromatográfico. O aquecimento do detector é necessário para prevenir a condensação da água gerada pela ionização na chama e para prevenir que solutos precipitem na passagem da coluna para a chama.

O detector de ionização em chama é destrutivo, com isso o composto não pode ser recuperado e nem analisado por espectrometria de massa após a passagem pelo detector.

3-) Detector termoiônico

O TSD é um detector de ionização onde, pela adição de um sal de metal alcalino (o

rubídio) na chama, observa-se um incremento na resposta do detector para certos

elementos, tais como fósforo, nitrogênio, enxofre, boro, como também para alguns

metais, por exemplo, estanho, antimônio, arsênio e chumbo. A seletividade da resposta

do detector é dependente da chama, da temperatura e da composição do sal. Medidas

precisas dos gases da chama são essenciais para a sensibilidade do detector. Esse

detector é muito utilizado em análises ambientais e biomédicas para detecção de

resíduos de pesticidas e drogas, onde alta sensibilidade e seletividade são parâmetros

necessários. A seletividade do TSD se deve ao fato que somente íons procedentes da

ionização da amostra, com potencial igual ou menor que o potencial de ionização dos

átomos de rubídio, contribuirão para corrente elétrica.

 

4-)Detector por Captura de Elétrons

O detector de captura de elétrons foi o primeiro detector seletivo inventado para a cromatografia gasosa. A sua origem foi a partir do Detector de Ionização de Argônio.

Esse detector responde muito bem a halogenetos orgânicos, aldeídos conjugados, nitrilas, nitratos o organometálicos. É praticamente insensível a hidrocarbonetos, álcoois e cetonas. A sensibilidade seletiva a haletos faz com que este detector seja particularmente útil na analise de pesticidas clorados.

Quando o gás de arraste (N2) passa pelo detector, é ionizado por partículas beta emitidas por fontes de 3H ou 63Ni. Os elétrons produzidos neste processo são coletados em um anodo, gerando uma corrente que é amplificada por um eletrômetro, resultando a linha de base. Moléculas eluindo da coluna, capazes de capturar elétrons, diminuem esta corrente, gerando um sinal proporcional à sua concentração.

Fontes de 3H fornecem maiores faixas lineares, no entanto, a sua temperatura máxima de uso é de cerca de 220ºC, o que em certos casos pode levar à contaminação do detector, quando da analise de compostos de massa molecular elevada, ou mesmo devido à sangria da coluna. As fontes de 63Ni podem ser aquecidas a maiores temperaturas (350ºC), no entanto, apresentam uma menor faixa linear. Esta faixa linear reduzida é a grande desvantagem do detector por captura de elétrons, o que, em certos casos, é bastante inconveniente.

O detector por captura de elétrons, geralmente, emprega nitrogênio com alto grau de pureza como fase móvel. Traços de água ou oxigênio afetam a sua sensibilidade e linearidade.

Os fatores que influenciam o mecanismo de resposta desse detector são: temperatura, a eletronegatividade das espécies, a presença de outras espécies e a energia dos elétrons.

http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/cromatografia_FINAL/tcd.htm

http://hiq.linde-gas.com.br/international/web/lg/br/like35lgspgbr.nsf/docbyalias/appl_mass

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAUVwAC/apostila-hplc?part=5

http://www.portaleducacao.com.br/farmacia/artigos/28664/detectores-presentes-na-cromatografia-liquida-de-alta-eficiencia

http://www.shodex.net/index.php?lang=9&applic=1485

COLLINS C.H.; BRAGA G.L.; BONATO P.S. Introdução a Métodos Cromatográficos. 4. ed. Editora da Unicamp. 1990. 277p.

FOWLIS I. A. Gás Chromatography. 2. ed. Universal Greenwich, UK. 1995. 258p.

GROB R.L. Modern Practice of Gás Chromatography. 3. ed. John Wiley & Sons, Inc. 1995. 867p.