QUIMICA ANALITICA I CUANTITATIVO

Química Analítica I

Tema 5 1

EL ANALISIS CUANTITATIVO

Introducción

En tanto que en análisis cualitativo se identifican los componentes de una muestra compleja, el análisis cuantitativo implica la generación de información numérica sobre la cantidad absoluta (ej. en unidades de masa) o relativa (ej. concentración, porcentaje) de un analito o varios en una muestra. Una muestra es una porción de materia sometida al análisis.

El análisis cuantitativo es el eslabón intermedio en los tipos de análisis según su finalidad

Por una parte es preciso tener un conocimiento cualitativo previo, no solo para saber si existe o no el analito, sino también otros componentes en la muestra que pueden causar interferencias en la señal analítica, que será la base de la cuantificación. Por otra parte es esencial conocer la composición cuantitativa de la muestra para poder abordar el análisis estructural. Debe observarse que el último eslabón informativo implica caracterizar a una

muestra analizada cualitativa, cuantitativa y estructuralmente para conocer otras facetas, tanto internas (estabilidad, interacción y movilidad de sus componentes) como externas (reactividad, adecuación al uso, etc,).

Muchas reacciones usadas en el análisis cualitativo pueden servir para el desarrollo de métodos cuantitativos, sin embargo, no debe creerse que siempre una reacción útil en el análisis cualitativo puede ser aplicada en el análisis cuantitativo.

Solo en ocasiones poco frecuentes, el analista trabaja sobre muestras de composición absolutamente desconocidas; si este fuera al caso se deberá practicar inicialmente un análisis cualitativo. Antes de aplicar un dado procedimiento analítico es de fundamental importancia

tener en cuenta:

a) La composición cualitativa de la muestra.

b) La composición aproximada del elemento a determinar en la muestra.

c) La cantidad de muestra disponible.

d) La exactitud requerida.

ANÁLISIS ESTRUCTURAL

ANÁLISIS CUANTITATIVO

ANÁLISIS CUALITATATIVO

ANÁLISIS CUANTITATIVO CLÁSICO E INSTRUMENTAL

El Análisis Cuantitativo Clásico se basa en el empleo de dos instrumentos usados desde hace siglos: la bureta y la balanza, para desarrollar las técnicas analíticas gravimétricas y volumétricas, respectivamente. En ambas opciones puede considerarse el empleo de los sentidos humanos para realizar la medición. En las volumetrías clásicas la vista humana se emplea para: a) enrasar la bureta; b) interrumpir la adición de valorante cuando el indicador

visual cambia de color; y c) leer en la escala milimétrica de la bureta el volumen de valorante consumido.

En las volumetrías modernas se emplean sistemas instrumentales de indicación del punto final y la lectura del volumen es por indicación digital del mismo suministrado por la bureta automática.

El Análisis Cuantitativo Instrumental se basa en la extracción de información

cuantitativa mediante el uso de instrumentos diferentes a la balanza y la bureta.

Metodologías de cuantificación en análisis cuantitativo

Un método calculable es aquél que origina un resultado mediante cálculos basados en las leyes que rigen los parámetros químicos y físicos, que se materializan en fórmulas matemáticas en las que están implicadas, tanto constantes (ej. pesos atómicos) como las medidas tomadas mediante el proceso de medida química, tales como peso de la alícuota sometida al proceso, volumen del reactivo valorante, peso del precipitado, etc. Se trata de métodos que son candidatos a ser considerados primarios.

Dentro de los mismos cabe hacer una distinción:

a) métodos absolutos son aquellos que no emplean estándares químicos-analíticos (ej. sustancias puras, muestras patrón) para generar el resultado. Las gravimetrías y culombimetrías son ejemplos representativos de los mismos.

b) métodos absolutos con estándares analíticos son aquellos que necesitan de un estándar químico-analítico que no contienen al analito; las volumetrías y la dilución isotópica-espectrometría de masas son representativas de este grupo.

En el contexto de los métodos calculables se encuentran los denominados métodos estequiométricos, que son aquellos que se fundamentan en los cálculos basados en los coeficientes estequiométricos (y en los pesos atómicos, que son estándares químicos) de la reacción química en la que se basa el proceso de medida, que puede ser heterogénea de precipitación u homogénea en disolución: ácido-base, redox, formación de complejos (en

volumetrías).

Un método relativo de cuantificación es aquel que se basa en la comparación de las medidas originadas por las muestras (tratada o no) y las originadas por un conjunto de estándares químico-analíticos de la que se deduce el resultado sin necesidad de cálculos basados en teorías físicas o químicas.

Así pues, existen cuatro metodologías generales en Análisis Cuantitativo que dependen fundamentalmente de cómo se obtiene el resultado. Estos tipos se establecen en función de la calibración metodológica implicada y de los estándares químico-analíticos usados, considerándose tres criterios: tipo de análisis, calibración y estándares involucrados.

Expresión de los resultados cuantitativos

Los resultados en Análisis Cuantitativo son números (con su incertidumbre) en unidades determinadas que son trascendentales para su caracterización. En el siguiente esquema se muestran las formas más comunes de expresión de resultados cuantitativos. Los resultados pueden expresarse de forma absoluta y referidos a la cantidad (en masa) del analito presente en la muestra y con las unidades pertinentes. Es también muy frecuente expresar los resultados en forma relativa, es decir, referidos a la masa o volumen de la alícuota.

Unidades de masa Absoluta

El análisis cuantitativo, ha prestado valiosos servicios en el establecimiento de las leyes fundamentales de la química, y en verdad, esta ciencia se consideró exacta cuando se desarrollaron métodos analíticos de gran exactitud. La industria utiliza los procedimientos analíticos para la determinación de calidad de las materias primas y productos elaborados, y la

bromatología los aplica para establecer la calidad y estado de conservación de productos alimenticios.

Se llama determinación al proceso por el cual se halla la cantidad de un componente dado en una muestra. Un análisis implica, en general, un conjunto de determinaciones. En los trabajos prácticos se realizarán determinaciones, mientras que en el campo profesional las

muestras reales presentan al químico analítico problemas más complejos.

Las etapas principales de un análisis son:

a) Obtener una muestra representativa.

b) Tomar una porción de dicha muestra de masa conocida y llevarla a solución o acondicionarla adecuadamente.

c) Separa los componentes que interfieren en la determinación del componente deseado, si fuera necesario.

d) Ejecutar las determinaciones individuales de los componentes.

e) Realizar los cálculos incluyendo la evaluación de la exactitud y precisión de

los datos obtenidos.

Métodos del análisis cuantitativo

La determinación de la composición de un componente en la muestra, se basa en la medición de una magnitud (estrictamente siempre física) cuyo valor es función de la masa siempre presente de dicho componente. Atendiendo a esto, todos los métodos serían físicos.

Sin embargo, y adoptando un criterio más amplio, se pueden dividir los métodos en:

1- Métodos Químicos: Están basados en la producción de una reacción química estequiométrica, en las que interviene el constituyente problema (solo en contadas ocasiones se utilizan reacciones no estequiométricas). Una reacción estequiométrica puede formularse como:

mM + rR MmRr x y w

La cantidad “x” de M puede hallarse por dos caminos: conociendo la masa “w” del producto MmRr , cuando este sea un sólido aislable al estado puro (análisis gravimétrico) o bien, conociendo la cantidad “y” de R, necesaria para una reacción total con M. Como R se añade bajo la forma de una solución de concentración perfectamente conocida, “y” puede calcularse conociendo el volumen y la concentración de esa solución (análisis volumétrico).

Aunque a veces pase desapercibido, los métodos químicos se fundamentan en las Leyes de Dalton (Ley de las Proporciones de Combinación) de Proust y de Richter (Leyes de las Proporciones Definidas y de las Proporciones Recíprocas, respectivamente)

2- Métodos Físicos y Físico-químicos: Tal como se dijo todos los métodos se basan en la medición de una magnitud física. Si en un método analítico no está involucrada ninguna reacción química, el método es puramente físico, pero si una reacción química, no necesariamente estequiométrica, forma parte eventual del mismo hablamos de Métodos

Físico-químicos (Métodos ópticos, eléctricos, etc.).

Normas generales

El análisis químico de materiales complejos hace necesario tener conocimiento de una serie de operaciones corrientes de laboratorio, tales como: toma de muestra, su preparación, pesada, disolución, precipitación, lavado del precipitado, calcinación, etc.

Para la correcta realización de todos y cada uno de estos pasos se hace necesario poseer la habilidad manual suficiente, un real conocimiento de los principios en juego, y una amplia información a cerca de

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