CURSO de ANÁLISIS INSTRUMENTAL I. Catedrática: Dra. Silvia Echeverría, Ph.D., Escuela de Química, Facultad Ciencias Químicas y Farmacia, USAC

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1 CURSO de ANÁLISIS INSTRUMENTAL I Catedrática: Dra. Silvia Echeverría, Ph.D., Escuela de Química, Facultad Ciencias Químicas y Farmacia, USAC

2 QUÍMICA ANALÍTICA Comprende la metodología para determinar la composición química de la materia

3 Clasificación de los métodos analíticos Clásicos, Separación de componentes de interés (analitos) por: Precipitación Destilación Extracción

4 Para realizar ANÁLISIS CUALITATIVOS de componentes ya separados: -reactivos que producen cambios de color -puntos de ebullición o de fusión -solubilidades en una serie de disolventes -sus actividades ópticas -sus índices de refracción -sus olores

5 Para ANÁLISIS CUANTITATIVOS de Analitos ya separados: -Mediciones gravimétricas: (masa analito) -Mediciones volumétricas: volumen o masa de un reactivo estándar necesario para reaccionar completamente con el analito

6 MÉTODOS INSTRUMENTALES Alrededor de 1930 atención a fenómenos distintos, mediciones de las propiedades físicas de los analitos, entre ellas: - Conductividad - Potencial de electrodo - Absorción o emisión de la luz - Razón masa/carga - Fluorescencia

7 Algunas técnicas de separación cromatográficas empezaron a desplazar a la extracción, destilación y precipitación Para la separación de mezclas complejas, previo a su determinación cualitativa o cuantitativa. A estos métodos recientes para separar y determinar especies químicas, se les conoce en conjunto como MÉTODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS

8 Los fenómenos en que se basan los métodos mencionados, se conocían con anterioridad, sin embargo su aplicación fue postergada por falta de la invención de instrumentos adecuados y fiables El desarrollo de los modernos métodos instrumentales de análisis ha sido paralelo al desarrollo de la electrónica y de la industria de la computación

9 Propiedades Químicas y Físicas en las que se basan los métodos instrumentales Emisión de radiación Absorción de radiación Dispersión de la radiación Refracción de la radiación Difracción de radiación Rotación de radiación Potencial eléctrico Carga eléctrica Resistencia eléctrica Masa Razón masa/carga Velocidad de reacción Características térmicas Radiactividad Espectroscopía de emisión (rayos X, UV, VIS,de electrones,auger); Fluorescencia, fosforescencia y luminiscencia (rayos X, UV y VIS Espectrometría y fotometría (rayos X, UV, VIS,IR);espectroscopía fotoacústica, RMN y Espectroscopía de resonancia de spin electrónico Turbidimetría, nefelometría; espectroscopía Raman. Refractometría, interferometría Métodos de Rayos-X y difracción electrónica Polarimetría, dispersión rotatoria óptica, dicroísmo circular Potenciometría, cronopotenciometría Coulombimetría Conductometría Gravimetría (microbalanza de cristal de cuarzo) Espectrometría de masas Métodos cinéticos Gravimetría térmica y titulometría; calorimetría de barrido diferencial; análisis térmicos diferenciales; métodos conductimétricos térmicos Métodos de activación y dilución de isótopos Tabla tomada de Principios de Análisis Instrumental de Skoog, Holler y Cruch. 6ª Ed., 2008

10 COMENTARIOS TABLA Las 1eras. 6 propiedades: interacciones del analito con la radiación electromagnética. Las siguientes 4 son propiedades eléctricas y las 5 restantes son diversas.. Además de la gran cantidad de métodos mencionados en la tabla, hay un grupo de procedimientos instrumentales que resuelven y separan compuestos estrechamente relacionados: Cromatografía, electroforesis y extracción con disolventes.

11 INSTRUMENTOS PARA ANÁLISIS QUÍMICO Convierten la información de las características físicas o químicas de un analito en datos que se pueden interpretar Estímulo Ƭ Respuesta Fuente de energía Sistema en estudio Información analítica

12 Para obtener información del analito es necesario proveerlo de un estímulo, que generalmente estará en forma de energía eléctrica, electromagnética, mecánica o nuclear. El estímulo sobre el sistema bajo estudio generará una respuesta que aportará la información analítica esperada.

13 Un instrumento analítico se puede considerar como un dispositivo de comunicación entre el sistema motivo de estudio y el investigador. El objetivo principal de una medición analítica es obtener un resultado numérico final que sea proporcional a la característica física o química que se buscaba. La información se puede representar (codificar), particularmente Por medio de señales eléctricas, como la corriente, el voltaje y la carga. Los modos de codificar la información se llaman dominios de los datos: DOMINIOS NO ELÉCTRICOS y DOMINIOS ELÉCTRICOS. Un instrumento de lectura es un transductor que transforma la información de un dominio eléctrico en una forma que puede entender un ser humano. Los instrumentos modernos están conectados a uno o más dispositivos electrónicos complejos y a convertidores del dominio de los datos (amplificadores operacionales, circuitos integrados, convertidores de datos analógicos en digitales y viceversa, Contadores, microprocesadores y computadoras).

14 COMPONENTES BÁSICOS DE LOS INSTRUMENTOS ANALÍTICOS Generador de señales Transductor de entrada o detector Procesador de señales Transductor de salida o generador de señales

15 COMPONENTES DE UN INSTRUMENTO

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17 ESTANDARIZACIÓN DE MÉTODOS INSTRUMENTALES La estandarización determina la relación entre la respuesta analítica y la concentración del analito. Se lleva a cabo por medio de normas químicas: 1. Comparación con estándares a) Comparación directa b) Titulaciones 2. Estandarización con patrón externo 3. Métodos de adición de estándar 4. Método del patrón interno

18 ELECCIÓN DE UN MÉTODO ANALÍTICO Definir el problema analítico: 1. Exactitud que se requiere? 2. Cuánta muestra se tiene? 3. Intervalo de [ ] del analito? 4. Componentes de la matriz que interfieren? 5. Propiedades físicas y químicas de matriz? 6. Cuántas muestras se analizarán?

19 CRITERIOS DE DESEMPEÑO CUANTITATIVOS (PARÁMETROS DE CALIDAD) 1. Precisión 2. Sesgo 3. Sensibilidad 4. Límite de detección 5. Intervalo de cuantificación (LOQ-LOL) 6. Selectividad

20 CRITERIOS CUALITATIVOS a - Velocidad b - Conveniencia y facilidad c - Habilidad del operador d - Costo y disponibilidad del equipo e - Costo por muestra

21 CRITERIOS DE DESEMPEÑO CUANTITATIVOS (PARÁMETROS DE CALIDAD) 1. Precisión 2. Sesgo 3. Sensibilidad 4. Límite de detección 5. Intervalo de cuantificación LOQ-LOL 6. Selectividad

22 PRECISIÓN Es el grado de concordancia entre los datos que se obtuvieron de la misma manera. La precisión proporciona una medida del error aleatorio o indeterminado de un análisis. Entre los parámetros de la precisión, se encuentran: la desviación estándar absoluta (S), la desviación estándar relativa (RSD), El error estándar de la media (Sm), el coeficiente de variación (CV) y la varianza (S²)

23 DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE CALIDAD DE LA PRECISIÓN

24 SESGO Es una medida del error sistemático o determinado del método analítico. Se define mediante la ecuación Δ = - Ƭ, donde es La media de la población para la concentratración de un analito en una muestra y Ƭ es El valor verdadero. Para determinar el sesgo Se deben analizar uno o más MATERIALES DE REFERENCIA ESTÁNDAR, cuya concentración de analito sea conocida. Los resultados

25 de dichos análisis contendrán errores tanto sistemáticos como aleatorios, pero si se repiten las mediciones una cantidad suficiente de veces, se puede determinar el valor medio con cierto grado de confianza. El promedio de 20 o 30 análisis repetidos se puede tomar como un buen cálculo de la media de la población (de análisis efectuados) de la ecuación anterior. Cualquier diferencia entre este promedio y la concentración conocida del analito del material estándar de referencia, se puede atribuir al sesgo. Generalmente al aplicar un método analítico se pretende identificar el origen del sesgo y eliminarlo o corregirlo mediante el uso de blancos y de la calibración de los instrumentos.

26 SENSIBILIDAD En general, se ha acordado que la sensibilidad de un instrumento o de un método es una medida de su aptitud para discriminar entre pequeñas diferencias de concentración del analito. Está limitada por dos factores: - La pendiente de la recta de calibración y - La reproducibilidad o precisión del dispositivo de medición.

27 Entre dos métodos que poseen igual precisión, el que tenga la recta de calibración con mayor pendiente, será el más sensible! Si dos métodos presentan rectas de calibración con pendientes iguales, el que muestre mejor precisión, será el más sensible. La definición cuantitativa aceptada por la IUPAQ para la Sensibilidad de la Calibración, indica que es la pendiente de la recta de calibración en la concentración de interés.

28 La mayoría de las rectas de calibración que se usan en química analítica son lineales y se pueden representar por medio de la ecuación: S = mc + Sbl S = la señal medida c = la concentración del analito Sbl = la señal del instrumento para un blanco m = la pendiente de la recta

29 Entonces, la Sensibilidad de calibración: Pendiente de la recta de calibración, a la concentración de interés S = mc + Sbl S = señal de la medida m = pendiente de la línea recta c = concentración del analito bl = señal instrumental para el blanco

30 Pero, la sensibilidad de calibración tiene el inconveniente de no tomar en cuenta la precisión. Por ello, Mandel y Estiehler proponen la sensibilidad analítica ɣ ɣ = m/ss En la que m es de nuevo la pendiente de la recta de calibración y Ss es la desviación estándar de las señales

31 LÍMITE DE DETECCIÓN Es la concentración o el peso mínimo de analito que puede detectarse para un nivel de confianza dado. Cuando el limite de detección se aproxima, su señal analítica se aproxima a la señal del blanco Sbl. La mínima señal analítica distinguible Sm se toma como la suma de la señal medida del blanco Sbl, más un múltiplo k de la desviación estándar del mismo Sm = Sbl + ksbl

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