Quimica Analitica Instrumental

QUIMICA ANALITICA INSTRUMENTAL

INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS INSTRUMENTAL.

 Introducción.

 Componentes de un instrumento de medida para el análisis.

 Clasificación de las técnicas analíticas.

 Elección de un método analítico.

 Medida de la propiedad observable: curvas de calibrado, adición estándar, patrón interno.

Validación

• Fundamentos del análisis Instrumental y Discusión de la teoría y fundamentos para:

– (1) Medida de las propiedades Físicas y Químicas

– (2) Origen de las propiedades Físicas y Químicas

– (3) Diseño de Instrumentos y naturaleza de las respuestas

– (4) Procesamiento de las señales y relación entre la señal y las propiedades

Introducción

Los métodos que utiliza la Química Analítica para la caracterización de la materia suelen clasificarse en: Químicos e Instrumentales. Los denominados métodos clásicos, o métodos químicos, son todos aquellos que se basan casi exclusivamente en interacciones materia-materia, es decir, en reacciones químicas, y en los que la instrumentación es escasa (balanzas, buretas, sistemas potenciométricos, conductimétricos o de algún otro tipo para detectar el punto final de las valoraciones, etc.). Los métodos instrumentales, basados en interacciones materia-energía, emplean un instrumento más o menos complejo y distinto de la balanza y la bureta para realizar la medida y así evaluar una propiedad física o físicoquímica del sistema objeto de análisis, y para los cuales no es esencial el concurso de una reacción química. Tienen carácter relativo y se basan en la medida de una propiedad que es función de la concentración.

Espectrofotometro.

La espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en las investigaciones químicas y bioquímicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.

Potenciómetro

Es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, que pueden disipar más potencia.

Conductímetro

El conductímetro es un aparato que mide la resistencia eléctrica que ejerce el volumen de una disolución encerrado entre los dos electrodos,1 según la siguiente ecuación, para un conductímetro cuyos electrodos sean cuadrados y tengan la mismo área: donde \kappa es la conductividad de la disolución, R es la resistencia que mide el conductímetro, l la distancia entre los electrodos y A el área de éstos.

El aparato mide la resistencia, y dependiendo del electrodo, realiza las operaciones necesarias y muestra la conductividad en la pantalla.

• Los métodos que utiliza la Química Analítica para la caracterización de la materia suelen clasificarse en:

– Químicos e Instrumentales.

• Los métodos químicos están basados en interacciones materia materia, esto es, en reacciones químicas: El analíto se determina por medidas gravimétricas o volumétricas

• Los métodos instrumentales, basados en interacciones materia energía, utilizan un instrumento más o menos complejo para evaluar una propiedad física o físico-química del sistema objeto de análisis.

• Un método analítico se considera físico cuando no incluye reacción química alguna y la operación de medida no modifica la composición química del sistema.

Clasificación Métodos de Análisis

• Cualitativos los que de la medida de una propiedad se puede indicar la presencia de un analito en una matriz.

• Cuantitativos la magnitud de la propiedad medida es proporcional a la concentración del analito en la matriz

Frecuentemente, el mismo método instrumental es usado para el análisis cualitativo y cuantitativo.

Propiedad utilizada Técnica

Emisión de Radiación Espectroscopia de emisión - Luminiscencia:

Fluorescencia, Fosforescencia,

Absorción de Radiación Espectroscopia de Absorcion -

Espectrofotometría, fotometría

Resonancia magnética nuclear

Resonancia de espin electrónico

Difracción de la Radiación Difracción de RayosX,

Difracción de electrones

Rotación de la Radiación Polarimetría,

Dicroísmo circular

Corriente Eléctrica Voltametría: amperometría, polarografía

Relación masa/carga Espectrometría de Masas

Radioactividad Activación neutrónica,

dilución isotópica

Instrumento analítico es un dispositivo que convierte una señal, que no suele ser detectable directamente por el ser humano, en una forma que sí lo es.

Elección método analítico

• Un primer paso que debe preceder al método analítico, es una definición clara del problema analítico

• El método de trabajo seleccionado dependa de la respuesta a las siguientes cuestiones:

– Intervalo de concentración de trabajo

– Qué grado de exactitud se requiere

– Que otros componentes hay en la muestra

– Que propiedades físico-químicas tiene la muestra

– Cuantas muestras se analizan.

Clasificación: Tamaño de muestra

Método Peso de

muestra (mg) Volumen de

muestra (ml)

Macroanálisis > 100 > 10

Semimicroanálisis 10 - 100 1 - 10

Microanálisis 1 - 10 0,1 - 1

Ultramicroanálisis < 1 < 0,1

Medida propiedad observable

Cómo realizar una buena medida?

• Es reproducible? : Precisión

• Cómo conseguir el valor verdadero? : Exactitud

• Cual es la cantidad más pequeña que puede ser medida? - Sensibilidad

• En que rango de cantidad? – Rango Dinámico o lineal

• Existen interferencias?- Selectividad.

CRITERIOS NUMERICOS PARA SELECCIONAR METODOS

PARAMETROS CARACTERISTICOS

• Limites de detección y cuantificación

– El límite de detección de un analito se define como: aquella [ ] que proporciona una señal instrumental significativamente diferente de la señal de una muestra en blanco, o la señal de fondo.

Es la cantidad de analito que proporciona una señal igual a la del blanco más tres veces la desviación estándar del blanco:

yLD = yB + 3 SB

– límite de cuantificación o determinación considerado como el límite de [ ] más bajo para mediciones cuantitativamente precisas, Se define como la cantidad de analito que proporciona una señal igual a la del blanco más diez veces la desviación estandar del blanco

yLQ = yB + 10 SB

Rango lineal o Dinámico:

• El intervalo de [ ] en que es aplicable un método analítico

• Rango dinámico =LOL /LOQ

Sensibilidad

• La sensibilidad de un instrumento o método se define como, su capacidad para discriminar entre pequeñas diferencias en la [ ] de un analito.

• La IUPAC, define la sensibilidad como la pendiente de la curva de calibración a la [ ] de interés

• La sensibilidad viene limitada por la pendiente de la curva de calibración y la reproducibilidad o precisión del sistema de medida,

• Para dos métodos que tengan igual precisión, el que presente mayor pendiente en la curva de calibración será el más sensible.

Selectividad.

• La selectividad de un método analítico indica el grado de ausencia de interferencias, debidas a otras especies contenidas en la matriz de la muestra

• Se define el coeficiente de selectividad de B con respecto de A, como: mB

• KB A= -------

• mA

• Los coeficientes de selectividad son parámetros de calidad útiles para describir la selectividad de los métodos analíticos.

Eliminación de Interferencias.

• Químicamente: Usando agentes enmascarantes ( sustanciaque reacciona con el interferente para formar una especie que no produce la misma señal del analito). Se consigue mediante un ajuste de pH , un cambio en el estado de oxidación, formación de complejos,

• Fisicamente:

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