Desde muito tempo a cromatografia gasosa tem sido usada para determinação dos ésteres metílicos produzidos pela transesterificação de óleos vegetais (Kato; Yamamura, 1970). Método utilizando coluna empacotada, temperatura programada e detecção de ionização em por chama de hidrogênio foi utilizado por Jernejcic e Premru (1969). Os ésteres presentes no produto da transesterificação de vários vegetais são identificados por comparação com padrões. Paulus e Champion (1972), além de coluna empacotada utilizaram di(2-etilhexil)ftalato como padrão interno para determinar a concentração de ricinoleato de metila e assim medir o teor de óleo de mamona em amostras de batom.
A utilização da cromatografia capilar nas análises dos ésteres metílicos provenientes da transesterificação dos ácidos graxos de óleos vegetais possibilita a diferenciação entre as composições dos mesmos. Análises realizadas com detector de ionização por chama de hidrogênio, injetor splitless e uma coluna capilar com 100m de comprimento em amostras de óleos de oliva, amendoim, milho, soja e girassol conseguiram diferenciar isômeros dos ésteres presentes após transesterificação dos óleos (Naglic; Smidovnik, 1997). Estudos de alterações na estrutura dos ácidos graxos presentes no óleo de oliva, como a formação de isômeros trans, podem ser acompanhados pela cromatografia gasosa em coluna capilar (Mariani et al, 1991). Essa técnica também é capaz de separar os isômeros do éster linolênico além diferenciar os perfis dos óleos de soja e prímula, produzindo resultados melhores do que análises por HPLC (Manku,1983).
O uso das colunas capilares, devido ao poder de separação e melhoria da qualidade dos cromatogramas obtidos, além do detalhamento dos ésteres presentes, possibilita a utilização da técnica de padronização interna para a determinação quantitativa. Porém tanto a escolha do tipo de injetor do cromatógrafo, como o composto a ser usado como padrão interno, merece atenção. O injetor tipo split-splitless pode, dependendo do modelo utilizado, acarretar em descriminação nas análises dos ésteres (Ackman, 1991). Sendo assim, a utilização de injetores on-column, no qual esse problema não acontece, é a mais adequada.
A escolha do composto a ser utilizado como padrão interno é muito importante. O éster metílico em C17 tem sido usado, desde muito tempo, para quantificação dos ésteres com cadeia curta (até o C18). Muitas vezes pode ser necessária a utilização de um segundo padrão interno (éster metílico em C23) para quantificação dos ésteres com cadeias maiores (Ackman,1991). Porém essa prática aumenta o custo das análises. E, além disso, como o éster metílico em C17 está presente no biodiesel proveniente da soja e do sebo, a sua utilização como padrão interno compromete o resultado quantitativo. Sendo assim, a utilização da técnica de padronização externa é mais indicada.
A composição do biodiesel em termos dos ésteres presentes pode ser determinada por cromatografia gasosa sem maiores dificuldades e pode ser usada inclusive para a predição de algumas propriedades, como por exemplo, a viscosidade (Allen et al, 1999). O fingerprint do biodiesel, ou seja, quais os ésteres estão presentes, pode ser obtido utilizando colunas capilares de alta resolução, diferenciando os diversos tipos de biodiesel. Os resultados obtidos nessas análises podem ser utilizados, inclusive em estudos quimiométricos, associados com PCA (Principal Components Analysis) para verificar contaminação e/ou adulteração (Lee et al, 1998).
A determinação por cromatografia gasosa dos ésteres metílicos poliinsaturados (C20:4, C20:5, C22:5 e C22:6) presentes em biodiesel também é descrita na literatura
(S.Schober, 2005). Esse método, inclusive, se transformou em norma da Comunidade Européia, com o número EN 15779:2009.
Análises por cromatografia gasosa são consideradas de alta precisão e eficiência, inclusive, para determinação dos componentes de menor concentração presentes no biodiesel. Porém a exatidão pode ser influenciada por diversos fatores tais como desvio da linha base, sobreposição de picos, entre outros.
Análises quantitativas dependem sobre maneira da qualidade das análises, e no caso do biodiesel, derivatizar as amostras através de silanização ou de outro
procedimento (Naglie; Smidovnik, 1997), tem sido usual porque melhora as propriedades dos materiais hidroxilados (Knothe,2000).
Derivatização de amostras para posterior análise por cromatografia gasosa é utilizada com vários tipos de amostras e vários silanizantes. Açúcares (monose, glicose e outros.) são hidrolisados com ácido trifluoracético e, os monossacarídeos resultantes convertidos em acetato de aldonitrila para posterior análise por CG (Lawrence; Ivengar, 1985).
A silanização com N,O-bis(trimetilsilil)trifluoracetamida (BSTFA) para obter-se os derivados trimetilsilil dos grupos hidroxilas presentes no biodiesel tem sido relatado (Freedman, Kwolek; Pryde, 1986). Os monoacigliceróis e os diacilgliceróis presentes em um biodiesel de soja foram silanizados com BSTFA e analisados em coluna capilar, com fase estacionária 100% dimetil-polisiloxano e determinados quantitativamente com um método cromatográfico rápido utilizando a tridecanoína como padrão interno.
Diacilgliceróis presentes no óleo de palma foram derivatizados com trimetilsililimidazol (TMSIM) na presença de piridina. A quantificação foi realizada através da utilização do triacontano (nC30) como padrão interno. A determinação
quantitativa dos diacilgliceróis é importante porque podem afetar propriedades dos produtos contendo óleo de palma ou no fracionamento deste (Goh; Timms, 1985).
A derivatização do biodiesel também tem sido relatada nas análises para determinação do teor de glicerina e metanol. Uma amostra adicionada de 1,4-butanodiol (padrão interno) é dissolvida em dimetilformamida e silanizada com BSTFA em excesso. Uma alíquota dessa solução é, então, injetada em uma coluna capilar de 60m x 0,25mm x 0,25um ligada a um detector de ionização por chama de hidrogênio (Mittelbach, Roth; Bergmann, 1996). Metodologias internacionais descrevem detalhadamente como são realizadas essas análises (ASTM D6584 e EN 14105).
A literatura também registra a determinação por cromatografia gasosa de glicerina livre, em amostras de biodiesel sem derivatização, porém uma etapa de extração é necessária e algumas restrições com relação ao tipo do biodiesel são registradas. Análises de biodiesel proveniente de óleo de coco ou de palma kernel (dendê) podem apresentar problemas devido à presença de metil ésteres com baixo peso molecular, que poderiam se solubilizar na extração realizada. Além disso, podem acontecer problemas relacionados a pequenas quantidades de glicerina não dissolvida, tornando a amostragem, nesse caso, muito importante (Bondioli et al, 1992). A norma
EN14106 descreve as etapas de uma metodologia que determina o teor de glicerina livre em uma amostra de biodiesel de canola.
Outro problema para análises de glicerina, sem derivatização, por cromatografia gasosa, é que estas ficam limitadas pela concentração da mesma na amostra. Somente valores de glicerina acima de 0,02 %mm podem ser determinados sem silanização da amostra. Para concentrações mais baixas, os erros podem chegar a 15% (Mittelbach, 1993).
A glicerina livre e a glicerina total presentes no biodiesel podem ser determinadas também através de métodos que necessitam de extração e reação da glicerina com o ácido periódico (AOCS, Da 23-25, ABNT NBR15771 e ABNT NBR 15344). Métodos que utilizam enzimas (Mittelbach, 1993) também podem ser utilizados para a mesma finalidade, porém o tempo gasto na realização dessas metodologias é muito superior ao gasto quando se realiza análises por cromatografia gasosa. Além disso, a literatura cita (Bondioli et al, 1992) que o método da AOCS pode ter erros absolutos da ordem de 0,03%, valor muito alto para um produto que, se apresentar concentrações de glicerina superiores a 0,02%mm, está fora dos limites das especificações para ser usado com combustível.
Sistemas cromatográficos mais complexos também têm sido estudados para análises de biodiesel. Cromatógrafos capazes de realizar cromatografia bidimensional (CGxCG) já foram utilizados para analisar os ésteres presentes em amostras de biodiesel, diferenciando o tipo de óleo vegetal de onde provém o biodiesel, ou ainda, determinando teores de biodiesel em misturas biodiesel/diesel (Seeley et al, 2007). Cromatógrafos com fornos externos que possibilitam a utilização simultânea de colunas capilares com diferentes fases estacionárias e diferentes temperaturas máximas de trabalho foram desenvolvidos e utilizados em análises de biodiesel, com o intuito de realizar as análises descritas em cinco diferentes métodos utilizando um único cromatógrafo (McCurry; Norman, 2009). Porém, essas aplicações utilizadas em análises de rotina e acompanhamento de processo nas usinas de produção de biodiesel, principalmente no Brasil, ainda é bastante dispendioso.
Os capítulos seguintes desta tese descrevem as etapas de desenvolvimento de metodologias alternativas para análises de biodiesel produzido a partir de diversas matérias primas, incluindo o biodiesel de mamona, utilizando a técnica de cromatografia gasosa de alta resolução, com o objetivo de simplificar, diminuir os custos e adaptar melhor os métodos analíticos à realidade brasileira.
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