Passos para Análises Velozes e Furiosas na Cromatografia Gasosa
Em um cenário no qual a rapidez e a capacidade de analisar volumes cada vez maiores de amostras são exigências constantes, os laboratórios que utilizam cromatografia gasosa (GC), seja em áreas forenses, diagnósticos clínicos, segurança alimentar, meio ambiente ou controle de qualidade farmacêutico, precisam repensar seus métodos.
Imagine um laboratório com 10 sistemas GC sendo pressionado a aumentar sua produtividade em 30%, o que normalmente exigiria a aquisição de três novos GC-FID. Mas e se fosse possível alcançar esse ganho sem comprar novos equipamentos? A seguir, apresentamos estratégias práticas para acelerar sua análise por GC, otimizando métodos existentes, sem deixar seu sistema “furioso demais”.
1. Análises Velozes por Cromatografia Gasosa
O primeiro ponto a ser considerado é o diâmetro interno da coluna. Quanto menor esse diâmetro, maior é a eficiência da separação. Por exemplo, trocar uma coluna de 0,25 mm por uma de 0,18 mm pode oferecer um ganho de eficiência de aproximadamente 39% (veja Tabela abaixo).
Diâmetro Interno | Pratos / Metro | Pratos / Metro | % Aumento N | % Aumento R |
0,1 | 12500 | 7500 | 83% | 35% |
0,18 | 6600 | 5700 | 39% | 18% |
0,2 | 5940 | 5000 | 22% | 10% |
0,25 | 4750 | 4100 | 0% | 0% |
0,32 | 3710 | 3350 | -18% | -10% |
0,53 | 2240 | 1500 | -63% | -40% |
Tabela 1: pratos/metro, eficiência relativa (N) e resolução (R) para diferentes diâmetros internos de colunas
Mas a eficiência não depende apenas do diâmetro interno; o comprimento da coluna também exerce papel fundamental. Em uma coluna de 0,18 mm, é possível reduzir o comprimento em cerca de 39% e, ainda assim, manter o mesmo desempenho e resolução de uma coluna de 0,25 mm. Isso se traduz em tempos de análise mais curtos: um laboratório que executa 100 análises diárias com um tempo de 20 minutos por corrida pode aumentar sua produtividade para 130 análises diárias (aproximadamente 14 minutos por análise).
Para manter a ordem de eluição e a estrutura do cromatograma consistentes, é crucial preservar a razão beta:
Assim, uma coluna tradicional de 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm pode ser substituída por uma coluna de 20 m x 0,18 mm x 0,18 µm – mantendo a seletividade do método. As Figura 1 e 2 ilustram essa transferência aplicada à análise dos Ésteres Metílicos de Ácidos Graxos (FAMEs).
Figura 1: Mistura de 37 Ésteres Metílicos de Ácidos Graxos (FAME) utilizando uma coluna ZB-FAME de 30 metros.
Figura 2: Mistura de 37 Ésteres Metílicos de Ácidos Graxos (FAME) utilizando uma coluna ZB-FAME de 20 metros.
Outra vantagem importante é a redução do sangramento: com um diâmetro interno menor e uma película mais fina, há menos fase estacionária na coluna, o que diminui a perda dessa fase por unidade de tempo (ver Figura 3).
Figura 3: Nível de sangramento de uma ZB-1ms 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm comparado a uma ZB-1ms 20 m x 0,18 mm x 0,18 µm.
2. Lidando com a “Fúria” na Análise de Cromatografia Gasosa
Apesar das vantagens proporcionadas pela análise rápida, alguns aspectos devem ser monitorados para evitar que o sistema GC opere fora dos parâmetros ideais. Embora o diâmetro externo da coluna se mantenha inalterado, garantindo a compatibilidade mecânica(ver figura 4), a redução do tempo dos picos pode impactar a taxa de varredura do detector, especialmente em sistemas de espectrometria de massas (MS).
Figura 4: Diâmetro interno (inferior) versus diâmetro externo (superior) de colunas de GC rápidas e clássicas diferenciada de compostos polares.
Sistemas MS mais antigos têm taxa de varredura inferior a 1 Hz, em comparação com sistemas TOF-MS modernos, que atingem 100 Hz. Se a largura dos picos for reduzida em um fator de 3, a frequência do detector precisa aumentar da mesma forma para manter o número de pontos por pico (ver Figura 5).
Se isso não for possível, será necessário ajustar a faixa de varredura — por exemplo, de 25–450 m/z para 350–450 m/z — ou usar o modo SIM (monitoramento de íons específicos).
Figura 5: Aquisição de dados de um pico estreito em GC rápida (à direita) comparada a um pico convencional em GC Clássica.
Outro ponto crítico é a capacidade de carga da coluna. À medida que o diâmetro interno e a espessura do filme diminui, também reduz-se a quantidade de amostras que a coluna pode suportar – um aspecto determinante na análise de compostos em níveis traço. A Tabela 2 ilustra as concentrações típicas permitidas para diferentes diâmetros internos. Em separações ultra-rápidas com colunas de 0,10 mm, essa limitação pode ser especialmente relevante.
Diâmetro Interno da Coluna | Concentração Típica na Coluna |
0,10 mm | <10 ng |
0,18 mm | ~25-50 ng |
0,20 mm | ~50-100 ng |
0,25 mm | ~50-100 ng |
Tabela 2: concentrações típicas na coluna em função do diâmetro interno da coluna
Com as novas tecnologias, é possível utilizar colunas de diâmetros reduzidos que garantem o mesmo desempenho cromatográfico, mas com análises significativamente mais rápidas. Assim, revalidar um método GC em colunas otimizadas pode resultar num ganho de produtividade de até 33%.
A transferência de métodos para GC rápido geralmente é feita de colunas 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm para 20 m x 0,18 mm x 0,18 µm, mas é possível ir ainda mais rápido com colunas de 10 m x 0,10 mm x 0,10 µm. Entretanto, nesse caso, a capacidade de carga é ainda menor e o sistema precisa operar em altas pressões.