TÉCNICAS DE MUESTREO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS. Ingeniería Ambiental

Transcripción

1 TÉCNICAS DE MUESTREO, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS Ingeniería Ambiental

2 UNIDAD Nº2 MUESTREO

3 Muestreo Población Muestra Muestreo: es el primer paso para realizar un análisis de un medio (suelo, agua, ecosistema, etc.) y es la actividad a través de la cual se toman partes representativas de un todo llamado población, con el objeto de conocerla a partir del estudio de las características de cada una de sus partes.

4 Quiero investigar los componentes del lago para conocer su habitabilidad de sus inmediaciones. Quiero conocer el efecto de la población circundante sobre el espejo de agua y su efluente. Ver si es útil como agua de refrigeración para el reactor. Las poblaciones mas abajo pueden tomar agua de este curso? Esta contaminando este arroyo al lago Nahuel Huapi? Como remedio su contaminación?

5 El Análisis Químico alcanza sus objetivos mediante el PROCESO ANALÍTICO, que es la aplicación del método científico, implicando el proceso de la figura: Problema Elección del método analítico MÉTODO ANALÍTICO Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Método Analítico: no solo describe el proceso de la determinación del analito, sino que comprende todo el procedimiento llevado a cabo hasta la obtención de los resultados. Valoración de los resultados Informe y conclusiones

6 1. Cuál es el analito a determinar? 2. Qué exactitud y precisión se requieren? 3. Qué metodologías analíticas se disponen para su determinación? 4. Cuál es la muestra en que se encuentra el analito? 5. De cuánta muestra se dispone? 6. Cuál es el nivel de concentración del analito? 7. Qué componentes de la muestra interferirán en la determinación? 8. Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la matriz de la muestra? 9 Cuántas muestras deben analizarse?

7 Costo y disponibilidad de equipos. Costo por muestra. Tiempo requerido para el análisis. Complejidad del método. Habilidad del operador. Existencia de muestras estándar o patrón.

8 Muestreo Envasado, conservación y transporte Fuentes de Error Preparación de la muestra Análisis

9 Problema Elección del método analítico MÉTODO ANALÍTICO Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Valoración de los resultados Informe y conclusiones

10 Métodos Cualitativos Cuantitativos Clásicos o Químicos Instrumentales Físicos Métodos Macro > 0,1g Semimicro 10-1 g a 10-2 g Micro 10-2 g a 10-4 g Ultramicro < 10-4 g Métodos Principales 1% a 100% Minoritarios o Menores 0,01% a 1% Traza 100 ppm a 1ppb Ultratraza < 1 ppb

11 MÉTODO GRAVIMÉTRICO Determinación de la masa del analito o de un compuesto que esté químicamente relacionado. MÉTODO VOLUMÉTRICO Medición de volumen de una solución que contiene suficiente reactivo para reaccionar completamente con el analito.

12 MÉTODOS ELECTROANALÍTICOS Medición de propiedades eléctricas como: potencial, corriente, resistencia y cantidad de carga. MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS Medición de la interacción de la radiación electromagnética con los átomos o moléculas del analito, o la radiación producida por los mismos.

13 MÉTODOS SEPARACIÓN Se basan en la interacción selectiva del analito/analitos con una fase extrayente o estacionaria. MÉTODOS DIVERSOS Medición de propiedades como la relación masa-carga, calor de reacción, velocidades de reacción, índice de refracción, conductividad térmica, etc.

14 Muestra: parte representativa del material sobre el cual se desea realizar un análisis. Alícuota: porción de muestra (en general usado para las repeticiones analíticas). Analito: especie química objeto del análisis. Matriz: será el conjunto de todas aquellas especies químicas que acompañan al analito en la muestra. Interferentes: son especies químicas presentes en la matriz que dificultan la respuesta del analito ya sea por exceso (interferencia positiva) o por defecto (interferencia negativa). Ensayo o Técnica Analítica: es el procedimiento por el cual se realiza el análisis químico.

15 Muestreo Analito Interferentes Otros componentes de la muestra Matriz Población Muestra Procesamiento Alícuotas

16 Analito Analito Otros componentes de la muestra Matriz Muestra Blanco o Blanco de la muestra Muestra Blanco: muestra que solo contiene la matriz de la muestra.

17 Analito Otros componentes de la muestra Interferentes enmascarados Matriz Enmascaramiento Enmascaramiento: es un método utilizado para la evitar el efecto de los interferentes. Analito En general la señal elegida es proporcional a la concentración del analito S α c analito Muestra Patrón Posee una concentración de analito conocida S = k c analito Muestra Patrón: muestra que contiene el analito en una concentración conocida.

18 ANÁLISIS DE GLUCOSA EN SANGRE. Muestra: Sangre. Analito: Glucosa. Matriz: Agua, proteínas, sales minerales, colesterol, etc. Técnica analítica: Espectroscopía de absorción UV-Vis. Método Analítico: Implica desde la toma de la muestra hasta la obtención del resultado.

19 Problema Elección del método analítico MÉTODO ANALÍTICO Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Valoración de los resultados Informe y conclusiones

20 Operación necesaria para conseguir en una reducida cantidad de producto, una muestra, que resulte ser representativa de una masa que constituye el material a analizar Operación de suma importancia, puede llegar a introducir el mayor error en el proceso analítico Estado físico Tipo de analito Homogeneidad-Distribución Concentración Estabilidad Interferencias

21 Lote: material completo del que se toman las muestras. A menudo están formados por unidades muestrales. Muestra Bruta: muestra que se toma del lote para el análisis o almacenamiento. Debe ser representativa del lote. Su elección es crítica para un análisis válido. Muestra de Laboratorio: Tiene la misma composición de la muestra bruta, pero de menor tamaño. Muestra Analítica: misma composición de la muestra de laboratorio, pero ha sido sometida a un proceso previo a su análisis, generalmente molienda y pulverizado. Alícuotas: pequeñas porciones de la muestra de laboratorio que se toman para realizar análisis individuales.

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23 Estado físico del lote Manipulación. almacenamiento y transporte Representatividad Número y tamaño porciones Fluctuaciones espaciales o temporales El muestreo debe asegurar la representatividad de la muestra

24 Una muestra adecuada debe ser representativa del material a analizar Además la muestra a analizar debe ser homogénea, lo que significa que debe ser igual en todas sus partes. Sin estas condiciones el muestreo no es adecuado. En la medida que se logra que las muestras sea homogéneas y representativas, el error de muestreo se reduce. Sabemos que con bastante frecuencia el muestreo es el factor limitante tanto en precisión y exactitud de los valores obtenidos.

25 Antes de proceder al muestreo y con el objetivo de asegurar la representatividad de la muestra hay que abordar una etapa en la que se diseña el plan de toma de muestra. Dicho plan debe contemplar las tres decisiones que se representan en la figura, para dar respuesta a qué?, cuánto? y cómo? muestrear. Un plan de toma de muestra está formado por las etapas que aseguran que la muestra que será analizada sea representativa de la población de todo el lote de muestra. Es un procedimiento predeterminado para seleccionar, tomar, preservar, transportar y preparar las porciones que se han de separar de la población en forma de muestras. Los detalles del plan dependerán del problema analítico a solucionar y deberán ser especificados a priori, adaptándose al objetivo del problema.

26 Definición de los objetivos Selección del lote de muestra, de los analitos y de los métodos analíticos Diseño del método y procedimiento operativo de toma de muestra (criterios estadísticos; descripción de equipos; calidad) Selección de los métodos para preservar la muestra y de pretratamiento Revisión en función de la experiencia Redacción del protocolo

27 Conocimiento de la muestra para establecer objetivos - Estado físico - Estabilidad - Homogeneidad - Concentración - Matriz compleja o sencilla Clave en la planificación de la metodología a seguir: tipo de muestreo: aleatorio, sistemático tipo y magnitud de muestras: individuales, compuestas, nº, tamaño pretatamientos tipo de análisis: en laboratorio, in situ, clásico, instrumental

28 Determinación de la población objeto de determinación (límites espacio- temporales) Seleccionando Nº de lote, Analitos, Método analítico. Elección métodos analíticos Determinación del proceso a seguir tras la toma de muestra (conservación y preparación) Diseño, adecuación y concreción (f) precisión, exactitud, reproducibilidad y limites de detección Desarrollo del protocolo de muestreo

29 Dirigido o a juicio del experto (no estadístico) Probabilísticos (basados en métodos estadísticos) Aleatorio Estratificado Sistemático De Protocolo Muestra Aleatoria Muestra Estratificada Muestra Representativa Muestra Selectiva

30 Bajo costo y facilidad de realización. Se puede hacer en zonas heterogéneas y homogéneas. Toma de muestra realizada en base a criterios del técnico y su experiencia. Ejemplos: En medidas de la contaminación, determinar los puntos de toma de muestra en base a las zonas que se estiman afectadas. Cambios notorios del relieve. Iluminación en profundidad de un lago. Vegetación. Etc.

31 Recomendable para áreas homogéneas menores a 5ha. Poca información del lote. Los puntos de muestreo se ubican en planos (x i, y j ) o espacialmente en coordenadas (x i, y j, z k ) Números aleatorios (tablas y programas) Uso combinado con la estratificación (mayor número de muestras)

32 División de la población en estratos (grupos homogéneos). Muestreo (probabilístico) ponderado en cada estrato. Requiere conocimiento previo que permita subdividir la población. Para áreas no homogéneas y/o mayores a 10ha.

33 La distribución regular de los sitios de muestreo permite reducir la variabilidad entre muestras. No tiene problemas con las dimensiones del terreno cubierto. Útil para grandes áreas (muestreo de suelos)

34 Por qué es sistemático y no estratificado?

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38 DETERMINACIÓN ESTADÍSTICA: Análisis de las varianzas de las medidas y del método (ANOVA). TAMAÑO Depende de: matriz de la muestra distribución del analito homogeneidad error exigido Nº DE MUESTRAS variabilidad de los resultados finales Método del CV (método estadístico aproximado basados en la experiencia) Cálculos estadísticos y uso de tablas También utilizado para determinar el espaciado entre muestras CV coeficiente de variación N = t CV E t parámetro de población, que se obtiene de tablas para un nivel de probabilidad dado. (t=1,96 para un nivel de confianza del 95%) 2 E error máximo aceptado

39 1) La preparación de la muestra no puede implicar pérdidas de analito, ni tampoco contaminaciones. 2) Se debe transformar el analito en la mejor forma química para el método analítico seleccionado. 3) Si es necesario, se eliminarán las interferencias de la matriz, mejorando así la selectividad del método. 4) No se deben introducir nuevas interferencias. 5) Debe considerarse la dilución o preconcentración del analito, de manera que se halle en el intervalo de linealidad del método seleccionado.

40 La muestra puede estar sometida a los siguientes riesgos: Deshidratación. Hidratación. Oxidación. Contaminación. Los requisitos para un correcto almacenamiento son: Envase adecuado. Etiquetado Correcto. Condiciones adecuadas de conservación (temperatura, humedad y exposición a la luz).

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42 Problema Elección del método analítico MÉTODO ANALÍTICO Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Valoración de los resultados Informe y conclusiones

43 Muestra bruta Muestreo Medición masa-volumen Secado Homogeneización Pulverización tamizado Preservación Disolución Disgregación Reacciones analíticas Técnicas separativas Destrucción materia orgánica Otras reacciones químicas Transporte Introducción al instrumento Instrumento