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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.46.2012.tde-26042013-102404
Documento
Autor
Nome completo
Mauro Sergio Ferreira Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2012
Orientador
Banca examinadora
Gutz, Ivano Gebhardt Rolf (Presidente)
Carrilho, Emanuel
Paixão, Thiago Regis Longo Cesar da
Título em português
Derivatização eletroquímica da álcoois num sistema em fluxo para determinação quantitativa por eletroforese capilar com detecção condutométrica sem contato
Palavras-chave em português
Análise de álcoois por eletroforese capilar
Derivatização eletroquímica
Quantificação de etanol em cerveja
Química analítica
Resumo em português
A eletroforese capilar (CE) é uma técnica poderosa de separação que explora as diferenças na mobilidade de espécies iônicas sob efeito do campo elétrico. Não permite, contudo, separação de misturas de moléculas neutras, possível mediante formação de complexos com carga, derivatização química ou cromatografia eletrocinética micelar (MEKC). A derivatização eletroquímica tem sido usada em combinação com HPLC, entre outras técnicas, mas não ainda com CE e para fins quantitativos, como proposto e demonstrado nesta dissertação, em que se enfoca, como sistemas modelo, álcoois primários de cadeia curta e se recorre a sistema em fluxo designado de EC-CE-C4D, que consiste de uma célula eletroquímica acoplada com equipamento de eletroforese capilar provido de detector de condutividade sem contato direto com os eletrodos. O sistema EC-CE-C4D, inicialmente concebido para efetuar pré-concentração e redissolução eletroquímica de metais seguida de separação eletroforética, possibilitou também o monitoramento de produtos com carga, formados em processos eletrocatalíticos, fato que inspirou a investigação da aplicabilidade, também do sistema à derivatização eletroquímica de analitos neutros em iônicos ou ionizáveis. Inicialmente, a oxidação de etanol foi avaliada por voltametria cíclica em eletrodos de ouro, paládio e platina policristalinos, nos meios ácido, neutro e alcalino. Maior formação de ácido acético se deu sobre platina em meio ácido (pH = 2,3). Entre os tampões avaliados por simulação (PeakMaster 5.1) para a separação dos carboxilatos, o TRIS/HCl (pH = 8,6) foi favorável em termos de resolução, rapidez e sensibilidade. Após a eletrooxidação da amostra sobre Pt a 1,6 V vs. Ag/AgCl por 60 s seguida de transferência de nanolitros dos produtos formados para o capilar por injeção hidrodinâmica, o meio ácido é trocado pelo tampão de corrida com auxílio de microbombas controladas por computador. A eficiência da conversão eletroquímica dos álcoois em carboxilatos, de 16% para etanol e propanol nas condições adotadas, apesar de não muito eficiente, proporcionou boa repetibilidade e limites de quantificação ao redor de 5 10-5 mol L-1 para etanol, 1-propanol, 1-butanol e 1-pentanol, ou seja, cerca de 20 vezes melhores que os reportados para MEKC. As curvas analíticas para os 4 álcoois apresentaram boa linearidade (R > 0,996) e a boa separação entre os picos permitindo determinações quantitativas simultâneas. Como exemplo de aplicação a amostras reais, demonstrou-se a determinação quantitativa de etanol em cerveja Pilsen convencional (teor alcoólico 4,5% vol.) e sem álcool (teor alcoólico <0,5% vol.), diluídas de 1000 vezes e 100 vezes, respectivamente. A repetibilidade das análises foi muito boa (~6% DPR, n = 40), indicando a estabilidade do sistema automático e ausência de envenenamento da superfície do eletrodo. Resultados ainda melhores foram obtidos utilizando 1-propanol como padrão interno para a determinação de etanol. Comparação dos resultados da dosagem alcoólica obtida com o sistema EC-CE-C4D e por CG-FID não apresentou diferença significativa utilizando um intervalo de confiança de 95 %, demonstrando a efetividade e concordância da nova combinação de técnicas. Este trabalho pioneiro, aliando derivatização eletroquímica com a eletroforese para a quantificação de espécies neutras, abre perspectivas de pesquisa não só para aprofundamento e otimização da análise de álcoois, como para a derivatização de outras espécies neutras na faixa de pH comum em CE, como aldeídos e açúcares.
Título em inglês
Electrochemical derivatization of alcohols in a flow system for quantitative determinations by capillary electrophoresis and contactless conductivity detection
Palavras-chave em inglês
Analysis of alcohols by capillary electrophoresis
Analytical chemistry
Electrochemical derivatization
Quantification of ethanol in beer
Resumo em inglês
Capillary electrophoresis (CE) is a powerful separation technique which exploits the differences in the mobility of ionic species under the effect of electric field. However, it does not allow the separation of mixtures of neutral molecules, and alternatives like formation of charged complexes, chemical derivatization and micellar electrokinetic chromatography (MEKC) have been proposed. Electrochemical derivatization has been combined before with HPLC, among other techniques, but not yet with CE and for quantitative purposes, as proposed and demonstrated in this Masters Thesis, focusing as model systems, short chain primary alcohols, using a flow system, designated EC-EC-C4D, composed of an electrochemical cell coupled with a capillary electrophoresis equipment provided with conductivity detector without direct contact with the electrodes. The EC-CE-C4D system, originally proposed to perform electrochemical pre-concentration and stripping of metals followed by electrophoretic separation, also enabled the monitoring of charged products formed in electrocatalytic processes, inspiring the application of the system to electrochemical derivatization of uncharged analytes into ionic or ionizable ones. Initially, the ethanol oxidation was evaluated by cyclic voltammetry on gold, palladium and platinum polycrystalline electrodes, in acid, neutral and alkaline medium. Larger formation of acetic acid was observed on platinum in acid medium (pH = 2.3). Among the buffers evaluated by simulation (PeakMaster 5.1) for separation of carboxylates, aiming to compromise between resolution, speed and sensitivity, TRIS / HCl (pH 8.6) was favorable. After the sample electrooxidation on Pt at 1.6 V vs. Ag/AgCl for 60 s is replaced automatically (by computer controlled micropumps) by running buffer, followed by the hydrodynamic injection into the capillary of products formed, the acid medium is replaced by running buffer with help of computer controlled micropumps. The efficiency of the electrochemical conversion of alcohols into carboxylates, 16% for ethanol and propanol at the given conditions, although not very efficient, but showed good repeatability and rendered quantification limits around 5 10-5 mol L-1 for ethanol, 1-propanol, 1-butanol and 1-pentanol the 4 alcohols, about 20 times better for MEKC. The analytical curves for the four alcohols, showed good linearity (r > 0.996) and the separation between peaks allowed simultaneous quantitative determinations. As an example of application to real samples, the quantitative determination of ethanol in Pilsen conventional beer (alcohol content 4.5% vol.) and non-alcoholic beer (alcohol content <0.5% vol.) was carried out after 1000-fold and 100 fold dilution, respectively. The repeatability of the analysis was very good (~6% RSD, n = 40), indicating the stability of the system and no poisoning of the electrode. Even better results were obtained using 1-propanol as an internal standard for the determination of ethanol. Comparison of results obtained with the CE-CE-C4D system and by GC-FID showed no significant difference for a confidence interval of 95%, demonstrating the effectiveness and consistency of the new combination of techniques. This proof of concept work of the combination of electrochemical derivatization with electrophoresis for quantification of neutral species opens perspectives not only for the optimization of the analysis of alcohols, but for research on the derivatization of other neutral species in the pH range typical for CE, like aldehydes and sugars.
 
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Data de Publicação
2013-06-06
 
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