4. Main results and discussion
4.3. Seawater induced wettability modification of reservoir
A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) possui imensa aplicabilidade em diversos ramos da indústria e da ciência, com vantagens analíticas, tais como: alto poder de resolução, separações rápidas, monitoramento contínuo do eluente, excelente precisão e exatidão com a mesma coluna e automação analítica e no tratamento de dados. Além disto, em comparação com a cromatografia a gás (CG), a CLAE tem a vantagem de não se limitar a amostras voláteis e/ou termicamente estáveis e dispor de grande variedade de fases móveis e estacionárias. Esta técnica tem se mostrado adequada a trabalhos envolvendo compostos de elevada viscosidade como os óleos vegetais, comparativamente a outros tipos de cromatografia como a gasosa.
Exemplo prático é a análise de triacilgliceróis por CG, sendo que problemas relacionados à contaminação do injetor e detector têm sido relatados em razão da alta viscosidade destes compostos. Já a análise de monoacilgliceróis e diacilgliceróis por CG é pouco conveniente uma vez que necessita de prévia derivatização dos grupos hidroxilas livres por silanização (GOH, 1985; PLANK; LORBEER, 1995) ou acetilação (LECHNER et al., 1997), o que não é necessário na análise por CLAE.
próximo (em inglês, k nearest neighbor classification, KNN) e regressão univariada, aplicável a um único tipo de adulterante no diesel, e outro baseado em regressão por mínimos quadrados parciais (em inglês, partial least square, PLS), para casos dos adulterantes serem misturas de até três tipos de óleos e gorduras.
Holcapek et al. (1999) estudaram a utilização de CLAE em fase reversa para a determinação de compostos que ocorrem durante a produção de biodiesel de óleo de canola. Monoacilgliceróis, diacilgliceróis e triacilgliceróis, ésteres metílicos de ácidos oléico, linoléico e linolênico e ácidos graxos livres foram separados por CLAE usando um gradiente linear combinado de solução aquosa-orgânica e não-aquosa como fases móveis, com tempo de análise de 25 minutos. Outro método com uma fase aquosa não-linear móvel foi utilizado para o monitoramento rápido da conversão de triacilgliceróis de óleo de colza para biodiesel e quantificação dos triacilgliceróis residuais. A sensibilidade e a linearidade dos vários modos de detecção foram comparadas. Os compostos de amostras individuais foram identificados por CLAE acoplado a espectrômetro de massas (EM) com ionização no modo positivo.
A cromatografia líquida acoplada a espectrômetro de massas (CLAE-EM) é, sem dúvida, uma das ferramentas analíticas mais poderosas da atualidade para determinação de compostos orgânicos. Esta permite que composto pré-separados sejam identificados e quantificados com alto grau de seletividade e sensibilidade.
Os compostos eletricamente carregados, ou íons, são selecionados e medidos de acordo com a razão massa carga-1 (m z-1), resultados da ação de campos elétricos ou magnéticos gerados na região do analisador do equipamento que, comumente, pode estar disposto em diferentes configurações. Neste trabalho foi utilizado um sistema conforme apresentado na Figura 3.19, constituído de uma fonte de ionização, na qual são gerados os íons na fase gasosa, um analisador e um detector.
Figura 3.19-Desenho das unidades fundamentais de um espectrômetro de massas da marca Shimadzu, modelo MS-IT-TOF.
A sensibilidade do método analítico utilizado está diretamente ligada à ionização do analito na interface entre o CLAE e o espectrômetro de massas. Neste caso, a fonte de ionização é por electrospray.
O processo de ionização por electrospray (em inglês, electrospray ionization, ESI) se dá pela passagem de um líquido através de um capilar de metal extremamente fino, onde é empregada uma alta tensão (tipicamente 3 a 4 kV para a produção de íons positivos, e ligeiramente menores - 2,5 a -3,5 kV e de carga oposta para a produção de íons negativos), com formação de microgotas altamente carregadas. A nebulização ou secagem da solução é facilitada pela ajuda de um gás nebulizador, normalmente o nitrogênio. Na medida em que o solvente se evapora, a densidade de carga da superfície da molécula aumenta até que as forças repulsivas de Coulomb entre as cargas superficiais exceder as tensões superficiais, levando assim a divisões consecutivas da microgota inicial (ARDREY, 2003), como descrito na Figura 3.20. Lentes Focalizadoras Fonte de Ionização (Electrospray) Interface (CDL - Curved Desolvation Line) Octapolo
Ion Trap (IT) Time- of ±Flight (TOF)
Figura 3.20-Esquema de nebulização de fonte por electrospray.
Este processo se torna contínuo, onde ocorrerá uma nova divisão e assim sucessivamente, até que cada gota conterá apenas moléculas que reterão parte da
carga inicial, ou seja, irão formar íons protonados (M + H)+ ou íons desprotonados
(M - H)- (ARDREY, 2003).
O electrospray se tornou a técnica de ionização mais importante em sistemas de CLAE-EM, pois permitiu a formação de moléculas carregadas (íons) em pressão atmosférica e em altos fluxos a partir de compostos polares e pouco voláteis presentes na fase líquida. Sua importância para a análise de moléculas biológicas, em especial os peptídeos, foi reconhecida e seu inventor John Fen (2002) foi agraciado pelo seu trabalho em CLAE-EM e em outras técnicas com o prêmio Nobel de Química em 2002.
Os fatores que podem influenciar a etapa de ionização em experimentos de CLAE-EM são o tamanho das gotas inicialmente produzidas e a taxa de fluxo de líquido. Quanto menor a gota produzida maior será a dessolvatação possibilitando assim maior eficiência na produção de moléculas com carga, por isso a necessidade de uma fase móvel com baixa tensão superficial e baixa viscosidade.
Por sua vez, a taxa de fluxo de líquido no sistema de CLAE é fundamental para o desempenho tanto da cromatografia como da espectrometria de massas, onde a vazão afeta a distribuição do tamanho das gotículas formadas durante o processo de ionização (nem todas as gotículas são do mesmo tamanho) e, conseqüentemente, o número de cargas em cada gota (ARDREY, 2003). Além disto, a composição da fase móvel em experimentos onde se usam gradientes de solventes é determinante na eficiência da ionização.
Existem duas teorias principais que podem explicar a produção de íons na fase gasosa durante a ionização por electrospray. O modelo de carga residual (em inglês, charge residue model, CRM) sugere que as gotículas geradas pelo electrospray passam por ciclos de evaporação e fissão que levam a gotículas ainda menores que contém em média um íon do analito. Os íons são formados na fase gasosa posteriormente à evaporação das moléculas de solvente, deixando o analito com as cargas que a gotícula carregava. Já o modelo de evaporação do íon (em inglês, ion evaporation model, IEM) sugere que a diminuição da gotícula leva ao aumento do campo elétrico na superfície, tornando-se grande o suficiente para assistir a dessorção de íons solvatados. Com isto o íon do analito sai da superfície da gota e é ejetado na fase gasosa. Embora não haja nenhuma prova científica definitiva, existem várias evidências indiretas de que íons menores são formados pelo modelo de evaporação de íons (IEM), enquanto que os íons maiores são formados pelo modelo de carga residual (CRM).
Entre as maneiras utilizadas para compensar o efeito matriz em CLAE-EM, pode-se citar (i) técnicas de clean up da amostra, (ii) uso de padrão interno deuterado, (iii) preparo das soluções analíticas no extrato da matriz, (iv) uso de analitos protetores (ARDREY, 2003).
A alta resolução e exatidão de massas apresentada pelo espectrômetro da marca Shimadzu, modelo MS-IT-TOF (Figura 3.19) é devido justamente à união dessas duas tecnologias, ion trap (IT) e time of flight (TOF), e pelo controle interno de temperatura do equipamento, o que garante uma distância de vôo (TOF em inglês) e uma voltagem aceleradora de íons altamente estáveis, podendo assim
O CLAE-EM-IT-TOF (em inglês, LC-MS-IT-TOF) permite a identificação dos
íons moleculares sem haver a necessidade de análise de fragmentação (MS1, MS2,
etc) para se obter a confirmação das estruturas moleculares. Além do que, a massa de um determinado íon molecular é a soma das massas unitárias dos seus isótopos mais abundantes, e também das espécies moleculares que contém isótopos menos abundantes que dão origem aos isotopólogos, dependendo do número de cargas (M+1, M+2, etc). As Tabelas 3.3 e 3.4 mostram, respectivamente, a abundância relativa dos isótopos de elementos mais comuns e as massas exatas dos isótopos.
Tabela 3.3-Abundância relativa dos isótopos de elementos.
Elementos Isótopo Abundância
Relativa Isótopo Abundância Relativa Isótopo Abundância Relativa Carbono 12C 100 13C 1,11 - - Hidrogênio 1H 100 2H 0,016 - - Nitrogênio 14N 100 15N 0,38 - - Oxigênio 16O 100 17O 0,04 18O 0,2 Flúor 19F 100 - - - - Silício 28Si 100 29Si 5,1 30Si 3,35 Fósforo 31P 100 - - - - Enxofre 32S 100 33S 0,78 34S 4,4 Cloro 35Cl 100 - - 37Cl 32,5 Bromo 79Br 100 - - 81Br 98 Iodo 127I 100 - - - -
Tabela 3.4-Massa atômica dos isótopos de elementos comuns.
Elemento Massa Média
(g mol-1) Nuclídeo Massa Atômica (g mol-1) Hidrogênio 1,00794 1H 1,00783 - - D(2H) 2,01410 Carbono 12,01115 12C 12,00000 - - 13C 13,00336 Nitrogênio 14,0067 14N 14,0031 - - 15N 15,0001 Oxigênio 15,9994 16O 15,9949 - - 17O 16,9991 - - 18O 17,9992 Flúor 18,9984 19F 18,9984 Silício 28,0855 28Si 27,9769 - - 29Si 28,9765 - - 30Si 29,9738 Fósforo 30,9738 31P 30,9738 Enxofre 32,0660 32S 31,9721 - - 33S 32,9715 - - 34S 33,9679 Cloro 35,4527 35Cl 34,9689 - - 37Cl 36,9659 Bromo 79,9094 79Br 78,9183 - - 81Br 80,9163 Iodo 126,9045 127I 126,9045
Fonte: LCMS Solutions, Banco de Dados do NIST.
O CLAE-EM-IT-TOF foi utilizado neste estudo como técnica para confirmar os componentes preponderantes da composição do resíduo sólido de biodiesel de sebo bovino.