Carrera: Ingeniería Química. Asignatura: Análisis Instrumental. Área del Conocimiento: Ciencias Básicas

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1 Carrera: Ingeniería Química Asignatura: Análisis Instrumental Área del Conocimiento: Ciencias Básicas Generales de la Asignatura: Nombre de la Asignatura: Clave Asignatura: Nivel: Carrera: Frecuencia (h/semana): Teoría: Laboratorio: Total horas en el período escolar: Créditos: Fecha de Elaboración: Análisis Instrumental CB15 Licenciatura Ingeniería Química de marzo de 2003 Objetivo general: Que el alumno conozca la magnitud de la aplicación de los métodos de Análisis Instrumental, proporcionando los fundamentos y herramientas para que pueda ejecutar una serie de técnicas analíticas de uso en la industria (principalmente de interés regional) ya que los métodos de Análisis Instrumental tienen una amplia aplicación para el control de la producción y orientación en los procesos de producción, como también en la realización de trabajos de investigación. La magnitud de su aplicación, ha crecido considerablemente con la automatización de la industria. Descripción sintética: En primer lugar proporcionar al estudiante de carrera de ingeniero químico una preparación profunda en el aspecto conceptual y científico a fin de que pueda adaptarse a los constantes cambios tecnológicos durante el ejercicio de su profesión. Enseñarle a crear soluciones a problemas de ingeniería a pesar de lo complejo que éstos pueden ser. Familiarizarlo con una metodología aplicable a diferentes niveles para la solución de estos problemas y situar ésta dentro de un marco real. Mostrarle el uso adecuado de los diferentes instrumentos, equipos de análisis instrumental, desde un simple polarímetro hasta los equipos de resonancia nuclear magnética y, finalmente, señalarle la forma de identificar los problemas reales de análisis instrumental y separarlos de los aparentes para que sepa a que aspecto debe aplicarle un mayor esfuerzo. El curso Análisis Instrumental consta de varios temas teóricos (capítulos) y varios temas de laboratorio (como apéndices ) y puede verse a lo largo de un semestre de tres horas de clase de teoría por semana y cuatro horas de laboratorio (taller). Los temas de laboratorio (los experimentos) han sido seleccionado para ilustrar los principios discutidos en los temas teóricos de cada clase. Aportación de la asignatura al Perfil del Egresado: Mediante conocimiento teórico (en el aula) y practico (en el laboratorio) de una serie de técnicas y equipos analíticos de utilización en la industria (principalmente de interés regional) Pág. 1 de 6

2 ya que los métodos de Análisis Instrumental tienen una amplia aplicación (para el control de la producción y orientación en los procesos de producción, como también en la realización de trabajos de investigación). Contenido (temario): I. Introducción. II. Introducción a los métodos ópticos. III. La absorción de la radiación ultravioleta y visible. IV. Aplicación de la medición de absorción de radiación ultra violeta en compuestos orgánicos. V. Espectroscopia de absorción atómica. VI. Espectroscopia de masas. VII. Espectroscopia de resonancia nuclear magnética. VIII. Cromatografía de gases. IX. Polarimetría. X. Refractometria. XI. Flamometria. Descripción detallada del contenido de las Unidades: Unidad I Introducción Presentación del lineamientos generales para el programa del curso (metodología del curso, temario, casos especiales), y calendario en el ciclo escolar. Unidad II Introducción a los métodos ópticos, se escribe sus fenómenos físicos, etc. Unidad III La absorción de la radiación: ultravioleta y visible La unidad comienza con una introducción a la teoría (Ley de Beer); aplicaciones de la ley de Beer (cualitativa y cuantitativa) y las limitaciones de la ley de Beer. SE describe que, la espectroscopia de absorción molecular se basa en la medida de la transmitancia (T) o de la absorbancia (A) de una muestra; se presenta: exactitud y precisión fotométrica. Se estudia los principales métodos: método de comparación cualitativa y cuantitativa; métodos fotocolorímetricos, método de adición y espectrofotometría diferencial. Se describe la determinación de la concentración de cada uno de los componentes presentes en una muestra. Unidad IV Espectroscopia de absorción atómica Trata sobre la práctica de la espectroscopia de absorción atómica (sus equipos, procedimientos y interpretaciones do los resultados) que ha sido el método más ampliamente utilizado para la determinación de elementos en muestras analíticas (por ejemplo: minerales). Unidad VI Espectrometría de masas Presenta cómo utilizan los químicos los espectrómetros de masas para la identificación y determinación cuantitativa de uno o más elementos en una muestra. Posteriormente se consideran las diferentes técnicas que se utilizan así como los tipos de espectros producidos por estos equipos sofisticados. Pág. 2 de 6

3 Unidad VII Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) Después una introducción a la teoría de la espectroscopia RMN (comportamiento de los protones con el intenso campo magnético exterior de las radiofrecuencias aprox. de 4 a 900 MHz); se examinan la interacción protónica y constante spin-spin, con el fin de que aparezcan los estados de energía de los núcleos que hagan posible la absorción; se explica también cómo esta técnica, más potentes de la que dispone el químico y el bioquímico, se puede utilizar para la elucidación de estructuras de las especias químicas (especialmente de compuestos orgánicos) y para la identificación de estructuras moleculares con la ayuda de otros métodos (tales como: IR, MASAS etc.,). Unidad VIII Cromatografía de gases (GC) Después de una introducción al método, se presenta el procedimiento con la muestra, la cual se volatiliza y se inyecta en la cabeza de una columna cromatográfica dentro de un equipo de GC. La elusión de componente analizado se produce por el flujo de una fase móvil de un gas inerte. También se trata sobre la aplicación de GC en la diversidad de análisis de compuestos orgánicos Unidad IX Polarimetría Se expone el fenómeno de dicroísmo circular y sus aplicaciones en el campo de análisis instrumental. Se enseña una importancia de éste método óptico en el análisis de varios compuestos ópticamente activos. Unidad X Refractometría Se trata sobre un cambio brusco en la dirección, o refracción, del haz como consecuencia de una diferencia en la velocidad de la radiación en los dos medios ópticos. Se describe la determinación de los índices de refracción y la importancia de las constantes en el análisis instrumental. Unidad XI Flamometria. Se considerarán la función, los requerimientos y el comportamiento de los componentes de los instrumentos para espectroscopia óptica que utilizan los tres tipos de radiación (UV, visible e IR). Se describe la determinación de sodio, potasio, calcio y magnesio mediante dicho método conjunto con la metodología. Objetivos por Unidad: Unidad I Introducción Conocer las propiedades físicas útiles en análisis, métodos de separación previos al análisis; y selectividad de los métodos instrumentales en el análisis de una muestra. Unidad II Introducción a los métodos ópticos. Entender (en forma general) las propiedades ondulatorias de la radiación electromagnética, sus regiones espectrales y interacciones de las ondas electromagnéticas con especies atómicas y moleculares. Unidad III La absorción de la radiación: ultravioleta y visible Introducir conceptos básicos que se aplican principalmente a la espectroscopia de ultravioleta y visible. Comenzar a la teoría (Ley de Beer); aplicar de la ley de Beer (cualitativa y cuantitativa) Pág. 3 de 6

4 y las limitaciones de la ley de Beer. La espectroscopia de absorción molecular se basa en la medida de la transmitancia (T) o de la absorbancia (A) de una muestra; se presenta: exactitud y precisión fotométrica. Estudiar los principales métodos: método de comparación cualitativa y cuantitativa; métodos foto-colorímetricos, método de adición y espectrofotometría diferencial. Describir la determinación de la concentración de cada uno de los componentes presentes en una muestra. Unidad IV Aplicaciones de la medición de absorción de radiación ultravioleta en compues tos orgánicos Entender cómo las medidas de absorción de la radiación ultravioleta y visible encuentran una enorme aplicación en la determinación cuantitativa de una gran variedad de especies tanto inorgánicos como orgánicos. Conocer el fenómeno de absorción de radiación de electrones enlazantes y no compartidos en moléculas orgánicas así como transiciones de los electrones. Describir las características de algunos crómoforos comunes, efecto de los multicrómoforos en la absorción y efecto del solvente sobre los picos de absorción. Unidad V Espectroscopia de absorción atómica Saber la práctica de la espectroscopia de absorción atómica, que ha sido el método más ampliamente utilizado para la determinación de elementos en muestras analíticas (por ejemplo: minerales). Unidad VI Espectrometría de masas Conocer, cómo utilizan los químicos esta técnica para la identificación y determinación cuantitativa de uno o más elementos en una muestra. Posteriormente se consideran las diferentes técnicas que se utilizan para formar los iones a partir de las moléculas de analito en los espectrómetros de masas así como los tipos de espectros producidos por estas técnicas. Unidad VII Espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) Introducir a la teoría de la espectroscopia RMN (comportamiento de los protones con el intenso campo magnético exterior; Interacción protónica, constante spin-spin, con el fin de que aparezcan los estados de energía de los núcleos que hagan posible la absorción); explicar cómo esta técnica se puede utilizar para la elucidación de estructuras de las especias químicas (especialmente de compuestos orgánicos) y para la identificación de estructuras moleculares con la ayuda de otros métodos (tales como: IR, MASAS etc.,). Unidad VIII Cromatografía de gases (GC) Introducir al método de GC, conocer varios tipos y modelos de los aparatos y equipos en el mercado de instrumentación. También saber sobre la aplicación de GC en la diversidad de análisis de compuestos orgánicos Unidad IX Polarimetría Mostrar un importancia de éste método óptico en el análisis de compuestos ópticamente activos y dar algunas ideas sobre. Unidad X Refractometria Conocer sobre un cambio brusco entre los valores de la refracción de varios medios ópticos (gaseosos, líquidos y sólidos transparentes) como consecuencia de una diferencia en la velocidad de la radiación en los diferentes medios ópticos. Describir la determinación de los índices de refracción de varios compuestos químicos y la importancia de las constantes en el Pág. 4 de 6

5 análisis instrumental. Unidad XI Flamometria. Considerar: la función, los requerimientos y el comportamiento de los componentes de los instrumentos para espectroscopia óptica que utilizan los tres tipos de radiación (UV, visible e IR). Conocer como se determina cualitativamente los cuatro elementos simples (tales como: de sodio, potasio, calcio y magnesio) mediante dicho método. Evaluación del Curso: Tipo de evaluación Porcentaje Desarrollo del Conocimiento Exámenes parciales Examen Final Tareas Proyectos Participación en el aula (por ejemplo 2 parciales) 50% + 50% 70% 7% 5% Desarrollo de Habilidades Trabajo en equipo Comunicación oral y escrita Planteamiento y solución de problemas 4% 3% 3% Desarrollo de Actitudes Responsabilidad Colaboración Compromiso TOTAL 100 % Material o Equipo Requerido: I. Equipos nuevos y sofisticados para equipar Laboratorio de Análisis Instrumental exclusivamente (Rayos X, absorción atómica, cromatógrafos, espectrofotómetro Infrarrojo, UV-visible, celadas, espectrómetro de Fisher, balanzas analíticas, potenciómetro, electrodos, refractómetro, polarímetro, baños de temperatura constante, proyector de acetatos, video casetera, DVB casetera, computadoras con programas avanzados de análisis en Química Analítica, impresora de láser, II. Material de vidrio y reactivos que se Frecuencia de uso Pág. 5 de 6

6 necesiten para las practicas de laboratorio III. Apoyo bibliográfico, que sea exclusivo para Análisis Instrumental como libros nuevos y actualizados, videos y material didáctico (acetatos color y B/N) Bibliografía: 1. Douglas A. Show, F. James Holler, Timothy A. Nieman, PRINCIPIOS DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL, Mc Graw Hill, Quinta Edición, Douglas A.Skoog, James J.Leary ANÁLISIS INSTRUMENTAL 4ª. Edición, McGraw Hill Hobart H. Willard, Lynne L. Merritt, METODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS, Compañía Editorial Continental, Segunda impresión México Howard A. Srobel, INSTRUMENTACIÓN QUÍMICA. ESTUDIO SISTEMATICO DEL ANÁLISIS INSTRUMENTAL, Ed. Limusa Wiley, S.A. México Universidad Autónoma de Coahuila Asignatura: Análisis Instrumental RESPONSABLES Director de la Coordinador de la Reforma Curricular Dr. Rubén García Braham Ing. Ernesto Oyervides Valdez Secretario Académico de la Facultad Diseñador de la Asignatura MC. Ma. Auxiliadora Valdés Flores Dr. Roman Dabek K Pág. 6 de 6