EJERCICIOS BALANCE DE MASA

INTRODUCCIÓN

Las etapas principales de un proceso analítico se representan en la Figura 1.1. La elección correcta de la técnica de medición es solo un paso en el desarrollo de una aplicación exitosa. Todos los pasos previos a la medición son tan importantes. El proceso de muestreo y preparación de muestras comienza en el punto de recolección y se extiende al paso de medición. La recolección adecuada de muestra durante el proceso de muestreo (llamado muestreo primario) es el contacto inicial con la muestra y es imperativo que esta muestra represente todo el lote que se está investigando. El almacenamiento, la preservación y el transporte de esta muestra representativa desde el punto de recolección hasta el laboratorio analítico deben ocurrir sin ningún cambio en la composición física y química de la muestra original. La propia selección de la muestra de laboratorio (denominada muestreo secundario) representa otro reto, ya que la muestra final utilizada para el análisis puede ser una pequeña fracción de la muestra original recogida, pero sirve como un subconjunto. Finalmente, la metodología de preparación de muestra necesaria para convertir la muestra en una forma adecuada para el paso de medición también debe realizarse sin pérdida o cualquier modificación no planificada de la muestra secundaria. Todos estos pasos de preanálisis pueden tener un mayor efecto en la precisión y fiabilidad global de los resultados que la medición en sí misma.

La preparación de la muestra es una parte esencial de los análisis cromatográficos y espectroscópicos. El proceso está destinado a proporcionar una solución representativa, reproducible y homogénea que sea adecuada para la inyección en la columna para análisis cromatográfico, o en una fuente de adsorción ICP-MS / atómica, o en una cubeta o tubo de RMN para su posterior caracterización. El objetivo de la preparación de la muestra es proporcionar una alícuota de muestra que (a) esté relativamente libre de interferencias, (b) no dañe la columna o el instrumento y (c) sea compatible con el método analítico previsto. En la cromatografía, el solvente de la muestra debe disolverse en la fase móvil de HPLC o inyectarse en una columna de GC sin afectar la retención o resolución de la muestra, la fase estacionaria misma y sin interferir con la detección. También es deseable concentrar los analitos y / o derivatizarlos para una detección mejorada o una mejor separación. En la espectroscopia, el disolvente de la muestra debe estar libre de partículas, compatible con la fuente espectroscópica y tener la viscosidad adecuada para fluir a un nebulizador para los métodos en línea. A veces, dependiendo de la sensibilidad espectroscópica, se necesita preconcentración y, a veces, se utiliza cromatografía o extracción líquido-líquido antes de introducir la muestra en el instrumento.

Aunque muchos de los protocolos de preparación de muestras utilizados en cromatografía y espectroscopia son similares, está fuera del alcance de este libro abordar las diversas diferencias entre los procedimientos de preparación de muestras para estos diversos métodos. Por lo tanto, limitaremos los temas de este manual a los métodos populares de preparación de muestras para el análisis cromatográfico con énfasis en cromatografía líquida (LC) / LC de alto rendimiento (HPLC) / Ultra HPLC (UHPLC) y cromatografía de gases (GC).

Una representación más detallada de las diversas operaciones en el ciclo analítico se resume en la Tabla 1.1. Si no se presta especial atención a todas estas operaciones, la integridad de la muestra puede sacrificarse y los datos de análisis pueden verse afectados, comprometidos o invalidados. Los pasos 1-5, que incluyen 1) recolección de muestras, 2) almacenamiento y preservación, 3) transporte de muestras, 4) procesamiento preliminar y muestreo de laboratorio, y 5) pesaje o dilución, todos ellos son una parte importante de la preparación de la muestra. Aunque estos pasos en el ensayo cromatográfico pueden tener un efecto crítico en la precisión, precisión y conveniencia del método final, las limitaciones de espacio nos impiden abordar todas estas áreas en detalle. Solo los pasos 1 y 4 (recolección de muestras y procesamiento de muestra preliminar) se explicarán brevemente aquí. Ver Referencias 1-4 para una explicación de los pasos 2, 3 y 5. La mayor parte de este libro se dedicará principalmente a los Pasos 6-9 de la Tabla 1.1, que abarca lo que generalmente se entiende por pretratamiento de muestra o preparación de muestra ( "Preparación de la muestra").

CUADRO: OPCIONES DE PRETRATAMIENTO DE MUESTRA

1 Sample collection  

Obtain representative sample using statistically valid processes.

2 Almacenamiento y preservación de la muestra

Use envases apropiados, inertes y sellados herméticamente; tenga especial cuidado con los materiales volátiles, inestables o reactivos; estabilizar las muestras, si es necesario; las muestras biológicas pueden requerir refrigeración o congelación

3 Sample transport

 The act of transporting the sample from the point of collection to the laboratory can be an important step. Transportation conditions should maintain its integrity, samples should not have rough handling, be dropped, or be allowed to be exposed to the elements; the timing may be important for samples – undue delays may cause sample degradation as in step 2 above

4 Procesamiento de muestra preliminar

La muestra debe estar en forma para un pretratamiento de la muestra más eficiente (por ejemplo, secado, tamizado, trituración, etc.); las muestras dispersas más finas son más fáciles de obtener muestras representativas y de disolverlas o extraerlas.

5 Dilución o dilución volumétrica

  Tome las precauciones necesarias para materiales reactivos, inestables o biológicos; para la dilución, use material de vidrio volumétrico calibrado

6 Métodos alternativos de procesamiento de muestras

 Intercambio de solventes, desalación, evaporación, liofilización, etc.

7 Eliminación de partículas

Filtración, centrifugación, extracción en fase sólida

8 extracción de muestra

9 Derivatización

  Principalmente para mejorar la detección de analitos; a veces se usa para mejorar la separación, un paso adicional en el ciclo analítico agrega tiempo, complejidad y posible pérdida de muestra (consulte el Capítulo 20). Método para muestras líquidas (Tabla 2.4) y muestras sólidas (Tablas 2.2 y 2.3)

Mientras que el GC y el HPLC son procedimientos predominantemente automatizados, el pretratamiento de la muestra a menudo se realiza manualmente. Como resultado, el pretratamiento de la muestra puede requerir más tiempo para el desarrollo del método y el análisis de rutina que el necesario para la separación y el análisis de los datos (ver Figura 1.2). El pretratamiento de muestra puede incluir una gran cantidad de metodologías, así como múltiples pasos operacionales, y por lo tanto puede ser una parte desafiante del desarrollo de métodos cromatográficos.

FIGURA 1.2

Finalmente, la precisión y exactitud del método se determinan con frecuencia mediante el procedimiento de pretratamiento de la muestra (consulte la Figura 1.3), incluidas operaciones como el pesaje y la dilución. Por todas estas razones, el desarrollo de un procedimiento de pretratamiento de muestra merece una planificación previa cuidadosa.

FIGURA 1.3

Un procedimiento de pretratamiento de muestra debería proporcionar recuperación cuantitativa de analitos, implicar un número mínimo de pasos y (si es posible) ser fácilmente automatizado. La recuperación cuantitativa (99 +%) de cada analito mejora la sensibilidad y la precisión del ensayo, aunque esto no significa que todo el analito presente en la muestra original deba incluirse en la muestra inyectada final. Por ejemplo, en un método dado, para una serie de etapas de pretratamiento de la muestra, se pueden usar alícuotas de fracciones intermedias para la preparación adicional de la muestra o para una inyección intermedia. Si la recuperación no es del 100%, el pretratamiento de la muestra debe ser reproducible. El uso de estándares internos o adición estándar son enfoques para ayudar a una mejor cuantificación, cuando la recuperación no es completa. Como se indica en la Figura 1.3, un número menor de pasos de pretratamiento de muestra más automatización reduce el tiempo y el esfuerzo totales requeridos, y disminuye la oportunidad de errores de precisión y precisión por parte del analista. Por lo tanto, dependiendo de la selectividad cromatográfica y de detección disponible, se debe tratar de utilizar la menor cantidad posible de pasos de pretratamiento de la muestra. En otras palabras, debe realizarse una preparación de muestra suficiente para cumplir los objetivos del análisis, dependiendo de la selectividad disponible en otras partes del sistema de análisis (por ejemplo, cromatografía, detección), la preparación de muestra suficiente puede implicar múltiples pasos y técnicas. Este concepto se explica detalladamente en el Capítulo 21.

Muchas técnicas de preparación de muestras se han automatizado y, por lo general, la instrumentación adecuada está disponible comercialmente. Los enfoques de la automatización varían desde el uso de un robot para realizar tareas manuales hasta instrumentos dedicados optimizados para realizar una técnica específica de preparación de muestras. Mientras que la automatización puede ser costosa y compleja, a menudo es deseable cuando se deben analizar grandes cantidades de muestras y el tiempo o trabajo por muestra es excesivo. La decisión de automatizar un procedimiento de pretratamiento de muestra se basa a menudo en una justificación del costo, la disponibilidad de la instrumentación para realizar la tarea o, en algunos casos, cuando la seguridad del operador está involucrada (es decir, para minimizar la exposición a sustancias tóxicas u otra posible salud peligros). La instrumentación de preparación de muestras para la automatización se tratará brevemente aquí, pero está más allá del alcance de este libro profundizar en los detalles de la instrumentación comercial. Consulte los libros de texto sobre el tema enumerado en las referencias 5-7

...