Generalidades Del Análisis Instrumental.

1.1.- Métodos clásicos e instrumentación:

• Métodos clásicos, que se basaban en propiedades químicas del analito. Se incluyen las gravimetrías, las volumetrías y los métodos de análisis cualitativo clásico.

• Métodos instrumentales, basados en propiedades químico-físicas. La clasificación de los métodos instrumentales se realiza en base a la propiedad que se mide (espectroscópicos, electro analíticos, térmicos...).

1.2.- Clasificación de las técnicas instrumentales.

Las técnicas analíticas instrumentales las podemos clasificar en dos grupos:

- Técnicas totales, donde la señal es proporcional a la cantidad absoluta de analito.

- Técnicas instrumentales o de concentración, donde la señal es proporcional a la concentración del analito. Éstas las podemos clasificar en:

• MÉTODOS ÓPTICOS: Los métodos ópticos de análisis cubren un amplio campo de aplicación, incluyéndose bajo su denominación todos aquellos que implican la medida de la radiación electromagnética emitida por la materia o que interacciona con ella. Podemos clasificar estos métodos en:

 ESPECTROSCÓPICOS: son aquellos en los que existe un intercambio de energía entre la radiación electromagnética y la materia. En estos métodos miden transiciones entre distintos niveles energéticos.

◘ Absorción: Niveles moleculares: UV- visible, IR, microondas.Niveles atómicos:

absorción atómica, rayos X.

◘ Emisión: Niveles moleculares: luminiscencia (fluorescencia, fosforescencia). Niveles atómicos: espectrometría de emisión, fotometría de llama ICP, fluorescencia de rayos X, fluorescencia atómica.

 NO ESPECTROSCÓPICOS: se caracterizan por no tener lugar el intercambio de energía como consecuencia de la interacción materia-radiación electromagnética. No se producen transiciones entre los diferentes estados energéticos, sino que lo que realmente ocurre son cambios en la dirección o en las propiedades físicas de la radiación electromagnética.

Los primeros pueden basarse en procesos de absorción y emisión, mientras que las transiciones entre distintos niveles energéticos pueden tener lugar a nivel atómico o molecular. En los segundos, los principales mecanismos de interacción implicados son la dispersión (turbidimetría, nefelometría), difracción (rayos X, electrones), refracción (refractometría, interferometría), rotación óptica (polarimetría, dicroísmo circular).

• MÉTODOS ELECTROANALÍTICOS: Los métodos electroquímicos o electroanalíticos son menos utilizados que los espectroscópicos o los cromatográficos, aunque ofrecen ciertas ventajas como: mayor especificidad para un determinado estado de oxidación, información sobre la actividad de una especien química y son relativamente baratos.

 MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS: como se detallará más adelante se busca la separación de los componentes de una muestra en dos fases: una estacionaria y otra móvil.

1.3.- Sensibilidad y límites de detección.

La sensibilidad de un método analítico, S, se define como la pendiente, m, de la curva de calibración , ya que ésta define la razón de cambio de la propiedad medida por unidad de concentración.

Para los métodos espectrofotométricos, S = mcal = D A/ D C de la curva de calibración Absorbancia vs. Concentración.

Límite de detección (LOD, del inglés Limit of detection) es la menor cantidad de un analito cuya señal puede ser distinguida de la del ruido.

El límite de detección (LDD) se define habitualmente como la cantidad o concentración mínima de sustancia que puede ser detectada con fiabilidad por un método analítico determinado. Intuitivamente, el LDD sería la concentración mínima obtenida a partir de la medida de una muestra (que contiene el analito) que seríamos capaces de discriminar de la concentración obtenida a partir de la medida de un blanco, es decir, de una muestra sin analito presente.

Límites de confianza.

La media de la población o media verdadera (m) de una medición es una constante que es siempre desconocida. Sin embargo, en ausencia de errores sistemáticos, pueden estimarse ciertos límites dentro de los cuales cabe esperar que caiga la media de la población con una cierta probabilidad. Los límites así obtenidos se llaman límites de confianza de la media muestral. Los límites de confianza derivan de la desviación estándar de la muestra, s y dependen de la certidumbre con que se la conozca. Si ésta desviación estándar se obtiene a partir de una buena cantidad de réplicas, será una buena aproximación de la desviación estándar de la población, s, y entonces los límites de confianza serán mas estrechos que si la estimación de s se basa en sólo dos o tres mediciones.

El límite de detección mínimo (LD) ó la concentración mínima detectable

Es un parámetro estadístico que ha sido muy controvertido. Diferentes autores han dado diversas definiciones y metodologías para su determinación experimental. Actualmente, algunos autores lo definen como la cantidad o concentración mas pequeña del analito que produce una señal XL significativamente diferente de la señal del ruido de fondo Xb.

El criterio utilizado para que la concentración mínima detectable sea distinguible con certeza (significativamente diferente o estadísticamente diferente) del ruido de fondo es que la diferencia entre la señal del analito, de concentración muy baja, y la señal de los blancos sea igual a tres veces la desviación estandar de la señal de los blancos, utilizados para medir el ruido de fondo. Es decir que:

en donde XL es la señal límite, obtenida para la concentración mínima detectable de analito, Xb es la señal promedio de los blancos, y sb es la desviación estándar de las lecturas del blanco.

Experimentalmente, el límite de detección se determina involucrando todos los factores que afectan la medida y se define , en general, para obtenerlo en unidades de concentración como:

LD = 3sb / mcal bajas concentraciones

Donde, sb = desviación estandar de los blancos, mcal es la pendiente de una curva de calibración del sistema, preparada a muy bajas concentraciones. Este criterio es recomendado por IUPAC.

Aplicado a los métodos espectrofotómétricos, entonces, sb = desviación estándar de los blancos en absorbancia y mcal pendiente de la curva de calibración (A vs C) en unidades de Absorbancia/Concentración, por lo tanto, al calcular la relación el límite de detección se obtiene en unidades de concentración.

El límite de detección máximo:

Se define como la máxima concentración de un analito que se puede analizar. Generalmente, lo que ocurre, es que las soluciones se hacen tan concentradas, que en el caso de los métodos espectrofotométricos, toda la luz es atrapada por el analito y tenemos una situación equivalente al ajuste del 0 % de transmitancia. En este caso, el detector no diferencia dos soluciones de concentraciones altas. La determinación queda limitada a concentraciones menores del valor de límite de detección máximo, pero en este caso, a diferencia del límite de detección mínimo, el problema se soluciona facilmente mediante una dilución adecuado. En el caso del límite de detección mínimo, las soluciones son concentrar la muestra o usar otra técnica con límite de detección menor. El límite de detección máximo, se puede obtener de la parte superior de la curva de Ringbom, como se verá más adelante.

Límite de cuantificación

Corresponde a la cantidad o concentración del analito a partir de la cual es confiable realizar determinaciones cuantitativas y se define como:

Límite de cuantificación = LQ = 10s b / mcal bajas concentraciones

1.4.- Relación señal-ruido.

La relación señal/ruido se define como la proporción existente entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios.

Rango dinámico y relación señal/ruido para referirse a este margen que hay entre el ruido de fondo y nivel de referencia, pueden utilizarse como sinónimos. No ocurre lo mismo, cuando el rango dinámico indica la distancia entre el nivel de pico y el ruido de fondo.

Que en las especificaciones técnicas de un equipo, aparezca la relación señal/ruido indicada en dB, no significa nada si no va acompañado por los puntos de referencia utilizado y las ponderaciones.

Para indicar correctamente el margen dinámico, la medida en dB debe ir acompañada por:

• la curva de ponderación.

• el nivel de referencia.

Por ejemplo, en el caso de un magnetófono en unas especificaciones técnicas encontraríamos:

60 dB, CIR 468-3 (ref. 1 kHz, 320 nWb/m-1).

• CIR 468-3 es la curva de ponderación

• 1 kHz es el nivel de referencia

• 320 nWb/m-1 es el nivel magnético en que se ha grabado el nivel de referencia.

Evidentemente, para poder comparar equipos en lo que se refiere a su respuesta en frecuencia, los equipos deben haber medido esta relación señal/ruido utilizando la misma curva de ponderación y nivel de referencia.

Factor de ruido

La magnitud del ruido generado por un dispositivo electrónico, por ejemplo un amplificador, se puede expresar mediante el denominado factor de ruido (F), que es el resultado de dividir la relación señal/ruido en la entrada (S/R)ent por la relación señal/ruido en la salida (S/R)sal, cuando los valores

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