Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: básica Competencias específicas a desarrollar:

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1 UNIVERSIDAD DE SONORA Unidad Regional Centro División de Ingeniería Departamento Ingeniería Química y Metalurgia LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA Asignatura: Análisis Instrumental Aplicado Clave: 907 Antecedente: Química Analítica Aplicada Consecuente: ninguna Créditos: 8 (3 h teoría, 2 h lab.) Modalidad: Semipresencial Horas Semana: 5 Horas curso: 80 Modalidad enseñanza-aprendizaje: Curso/Lab. Departamento de Servicio: Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: básica Competencias específicas a desarrollar: Competencia 1: Identifica, analiza y diagnostica el efecto o impacto de las variables de un proceso físico y/o químico. Competencia 2: Analiza y resuelve problemas relacionados con los cambios fisicoquímicos de materia y energía. Competencia : Capacidad para interpretar y evaluar datos derivados de observaciones y mediciones, relacionándolos con la teoría para explicar los fenómenos físicos y/o químicos. Competencia 8: Conocimiento de las fronteras de la investigación en la Ingeniería Química y sus aplicaciones. Conocimientos generales previos requeridos: Química Inorgánica, Análisis Químico Introducción: La asignatura Análisis Instrumental tiene la finalidad de apoyar a los estudiantes de Ingeniería Química para su formación en los principios fundamentales de la instrumentación analítica, comprender los diferentes técnicas analíticas instrumentales comúnmente utilizadas para la determinación de componentes presentes en una muestra de naturaleza orgánica e inorgánica. Actualmente se dispone de una serie impresionante de herramientas poderosas y selectivas en el campo de la Física y la Química para obtener información cualitativa y cuantitativa acerca de la composición y estructura de la materia (sólido, líquido, gas). En base a lo anterior, es necesario que el alumno de la Licenciatura en Ingeniería Química comprenda los principios fundamentales en los que se basan estos sistemas de medición. En la unidad uno se presenta la definición de la Química Analítica Instrumental y su importancia con el resto de las asignaturas del plan de estudios y formación del estudiante, así como la clasificación de los métodos analíticos instrumentales más utilizados en el análisis químico de muestras (orgánicas e inorgánicas). En la unidad dos se describen la importancia de la región del Ultravioleta-Visible del espectro electromagnético, que es utilizada en el análisis químico. Se describen los fundamentos de esta técnica. También se describen los siguientes temas: Instrumentación (lámparas, detectores, espectrofotómetros de haz sencillo y de doble haz) y las Aplicaciones cuantitativas (Ley de Beer, curva de calibración, Desviaciones a la Ley de Beer). En la unidad tres se describen la importancia de la región del Infrarrojo Cercano y Medio del espectro electromagnético, que es utilizada en el análisis químico. Se describen los fundamentos de esta técnica, la instrumentación (lámparas, celdas, monocromadores, detectores, etc.) y las Aplicaciones cuantitativas (preparación de la muestra, interpretación de espectros, entre otros). En la unidad cuatro, se describe la técnica instrumental de Espectroscopia de Absorción Atómica (llama, horno de grafito, generador de hidruros), la cual es muy utilizada en la identificación y cuantificación de metales en varios tipos de Adicionalmente se revisa la instrumentación (lámparas, quemador, monocromador, detector, entre otras), las aplicaciones cuantitativas (curva de calibración, método de adición de estándar) y las interferencias que presenta ésta técnica En la unidad cinco se describe la técnica instrumental de Espectroscopia de Emisión Atómica, la cual es muy utilizada en la identificación y cuantificación de metales en varios tipos de Adicionalmente se revisa la instrumentación, las aplicaciones cuantitativas (curva de calibración, método de adición de estándar) y las interferencias que presenta ésta técnica. 1

2 En la unidad seis, se describe la técnica de Rayos X, la cual es muy utilizada en la identificación de componentes presentes en los materiales sólidos. Adicionalmente se revisa la instrumentación y las aplicaciones cuantitativas y las interferencias que presenta ésta técnica. En la unidad siete, se describe la técnica de Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC), la cual es muy utilizada en la identificación de componentes presentes en los materiales sólidos. Adicionalmente se revisa la instrumentación y las aplicaciones cuantitativas. 2

3 Propósito: La materia proporciona los conocimientos básicos para cursar las asignaturas profesionalizantes, donde se requiere aplicar la Química Analítica Instrumental para la identificación y cuantificación de los componentes presentes en muestras de diferente naturaleza (orgánica e inorgánica). Objetivo General: Conocer y aplicar las técnicas instrumentales modernas de análisis químico a través del entendimiento de los conceptos fundamentales de operación de los instrumentos analíticos comúnmente utilizados en la identificación y cuantificación de compuestos químicos en muestras de diferente naturaleza (orgánicas e inorgánicas). Objetivos Específicos: 1. Ubicar al Análisis Instrumental como una herramienta indispensable en el trabajo analítico del laboratorio químico y dar a conocer la importante contribución de esta rama de la química al entendimiento actual de la estructura y propiedades de la materia (átomos y moléculas). 2. Comprender los conceptos y fundamentos teóricos y prácticos que se utilizan en la instrumentación analítica aplicada al análisis químico de 3. Proporcionar al alumno los conocimientos teórico-prácticos adecuados para la aplicación (uso y manejo) de las técnicas instrumentales más utilizadas (Ultravioleta-Visible, Infrarrojo, Absorción y Emisión Atómica, Difracción de Rayos X, etc.).. Que el alumno adquiera el criterio necesario para elegir la técnica instrumental que mejor se adapte a la resolución del problema planteado. 5. Que el alumno sea capaz de plantear experimentos de forma independiente y describir, cuantificar, analizar y evaluar críticamente los resultados obtenidos. 6. Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y análisis de situaciones o casos donde se involucren el análisis químico de muestras (orgánicas e inorgánicas). Unidades de Competencias Unidad de Competencia I. Introducción al Análisis Instrumental Unidad de Competencia II. Espectrometría de Ultravioleta-Visible II.1 Introducción II.2 Especies Químicas Absorbentes que contienen electrones (,, N). II.3 Instrumentación en Absorción Ultravioleta y Visible (UV-Vis) II.3.1 Componentes Básicos de un UV-Vis (fuente de Radiación, Monocromador, Celdas, Detectores) II. Colorimetría (Fundamento y requisitos que debe reunir un Método Colorimétrico). II.5 Análisis cuantitativo (Ley de Beer, curva de calibración, cálculos químicos). II.6 Determinación de metales y no metales por técnicas espectrofotométricas (colorimetría). Unidad de Competencia III. Espectrometría de Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio III.1 Introducción III.2 Origen de la absorción de la radiación en el Infrarrojo (IR). III.3 Espectro de absorción IR III. Bandas de vibración-rotación IR III.5 Bandas características de los compuestos orgánicos III.6 Instrumentación en Infrarrojo III.6.1 Componentes Básicos (Fuente de Radiación, Monocromador, Celdas, Detectores, Lectura) III.7 Análisis cuantitativo (preparación de la muestra, lectura e interpretación de espectros). III.8 Aplicación de la Espectroscopia de Infrarrojo en el análisis de muestras (orgánicas). 3

4 Unidad de Competencia IV. Espectrometría de Absorción Atómica IV.1 Introducción IV.2 Fundamento del Método de Absorción Atómica. IV.3 Análisis Cuantitativo en Absorción Atómica. IV. Sensitividad/Sensibilidad. IV.5 Límite de Detección/Límite de Cuantificación. IV.6 Instrumentación en Absorción Atómica (Fuentes de Luz, Sistema del Quemador, Nebulizador, Monocromador, Detector, Sistema de Lectura). IV.7 Interferencias en Absorción Atómica. IV.8 Aplicación de la Espectroscopia de Absorción Atómica, en el análisis de muestras (orgánicas e inorgánicas). Unidad de Competencia V. Espectrometría de Emisión Atómica V.1 Introducción V.2 Fundamento del Método de Emisión Atómica. V.3 Análisis Cuantitativo en Emisión Atómica. V. Sensitividad/Sensibilidad. V.5 Límite de Detección/Límite de Cuantificación. V.6 Instrumentación en Emisión Atómica (Sistema del Plasma (ICP), Tipos de plasmas, Nebulizador, Monocromador, Detector, Sistema de Lectura). V.7 Interferencias en Emisión Atómica. V.8 Aplicación de la Espectroscopia de Emisión Atómica, en el análisis de muestras (orgánicas e inorgánicas). Unidad de Competencia VI. Espectrometría de Rayos X VI.1Conceptos básicos VI.2 Espectros de Rayos X. VI. Fuentes de excitación para Rayos X VI.5 Difracción de Rayos X VI.6 Tipos de Instrumentos VI.5.1 Instrumentos de energía dispersa de Rayos X VI.5.2 Instrumentos de energía no dispersante de Rayos X VI.7 Preparación de las muestras VI.7 Análisis cuantitativo por Rayos X VI.8 Aplicaciones de la Espectrometría de Rayos X Unidad de Competencia VII. Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC). VII.1 Introducción (Origen de la cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC). VII.2 Fundamento de la cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC). VII.3 Instrumentación (bombas, gradientes, inyectores, columnas, detectores, entre otros). VII. Fases estacionarias VII.5 Análisis cuantitativo por cromatografía líquida (fundamento y ecuación básica, registradores-integradores y programas de tratamiento de datos). VII. 5.1 Método del patrón externo VII. 5.2 Método del patrón interno VII.6 Preparación de las muestras VII.7 Aplicaciones de la Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC).

5 Evaluación: criterios generales para la acreditación del curso: Asistencia a clases (teoría) 65%* Laboratorio: 30% Tareas 5% *Se aplican exámenes parciales, debiendo pasar 3 de y/o 2 de y que el promedio sea igual o mayor de 6 Bibliografía Skoog, D. A., F. J. Holler y T. A. Nieman. (2001). Principios de Análisis Instrumental. 5ta. Edición. Mcgraw Hill, México, D.F. Gómez-Álvarez, A. (1997). Manual de Métodos Analíticos para Rocas y Minerales. Depto. de Ingeniería Química y Metalurgia, Universidad de Sonora. Tipo (básica o complementaria) Harvey, D. (2002). Química Analítica Moderna. Editorial GrawHill/Interamericana. México, D.F. complementaria Hillebrand, W., F., G.E.F. Lundell, H.A. Bright And J.I. Hoffman (1980). Applied Inorganic Analysis. with special reference to the Analysis of Metals, Minerals, and Rocks. John Wiley & Sons, Inc. New York. complementaria Rubinson F. J. y Rubinson, K. A. (2000). Química Analítica Contemporánea. Editorial PRENTICE HALL, México. Ayres, H.G. (1970). Análisis químico cuantitativo. 2da. Edición. Editorial Harla, S. A. de C. V. México, D.F. Fletcher, W. K. (1981). Analytical Methods in Geochemical Prospecting. In: G.J.S. Govett (Ed.) Handbook of Exploration Geochemistry, Volume 1. Elsevier Science Publishing Company Inc. New York, U.S.A. 255 P. complementaria Rubison F. J. y Rubinson, K. A. (2001). Análisis Instrumental. Editorial Pearson Educación, S.A., España. 5

6 Desarrollo de las competencias Resultados del aprendizaje Actividades educativas SEMANA 1 Volumen de trabajo del estudiante calculado en horas Evaluación Comprensión de la importancia del Análisis Instrumental en el desarrollo de procesos físicos y químicos Conocer la clasificación del Análisis Instrumental y su importancia en las asignaturas del plan de estudios. Espectrometría de Ultravioleta- Visible utilizada en el análisis de Espectrometría de Ultravioleta- Visible utilizada en el análisis de Espectrometría de Ultravioleta- Visible utilizada en el análisis de Conocer y aplicar la técnica de Espectrometría de Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio, utilizada en el análisis en Exposición de contenidos y ejemplos el maestro SEMANA 2 el maestro. Analizando y SEMANA 3 el maestro. Analizando y SEMANA el maestro. Analizando y SEMANA 5 el maestro. Discusión grupal y resolviendo problemas 2 Proyecto 1, Ejemplos de aplicación del Análisis Instrumental en la licenciatura de Ingeniería Química. 2 Proyecto 2, Aplicación de la Técnica de Espectrometría de Ultravioleta-Visible utilizada en el análisis de muestras (orgánicas e inorgánicas). Proyecto 3, Aplicación de la Técnica de Espectrometría Ultravioleta-Visible utilizada en el análisis de muestras (orgánicas e inorgánicas). Proyecto, Aplicación de la Técnica de Espectrometría Ultravioleta-Visible utilizada en el análisis de muestras (orgánicas e inorgánicas). Proyecto 5, Aplicación de la Técnica de Espectrometría de Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio, utilizada en el análisis de muestras orgánicas. 6

7 Conocer y aplicar la técnica de espectrometría de absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio, utilizada en el análisis de Conocer y aplicar la técnica de Espectrometría de Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio, utilizada en el análisis de Espectrometría de Absorción Atómica (flama, horno de grafito, generador de hidruros) utilizada en el análisis de Espectrometría de Absorción Atómica (flama, horno de grafito, generador de hidruros) utilizada en el análisis en Espectrometría de Absorción Atómica (flama, horno de grafito, generador de hidruros) utilizada en el análisis en Espectrometría de Emisión Atómica (ICP), utilizada en el análisis de Espectrometría de Emisión Atómica (ICP), utilizada en el análisis de Espectrometría de Rayos X, utilizada en el análisis de muestras sólidas. Espectrometría de Rayos X, utilizada en el análisis de muestras sólidas. SEMANA 6 el maestro. SEMANA 7 el maestro. Discusión grupal y SEMANA 8 el maestro. Discusión grupal y SEMANA 9 SEMANA 10 SEMANA 11 SEMANA 12 SEMANA 13 SEMANA 1 Proyecto 6, Aplicación de la Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio, utilizada en el análisis de muestras orgánicas. Proyecto 7, Aplicación de la Absorción en el Infrarrojo Cercano y Medio utilizada en el análisis de muestras orgánicas. Proyecto 8, Aplicación de la Absorción Atómica, utilizada en el análisis de muestras orgánicas e inorgánicas. Proyecto 9, Aplicación de la Absorción Atómica, utilizada en el análisis de muestras orgánicas e inorgánicas. Proyecto 10, Aplicación de la Absorción Atómica, utilizada en el análisis de muestras orgánicas e inorgánicas. Proyecto 11, Aplicación de la Emisión Atómica, utilizada en el análisis de muestras orgánicas e inorgánicas. Proyecto 12, Aplicación de la Emisión Atómica, utilizada en el análisis de muestras orgánicas e inorgánicas. Proyecto 1, Aplicación de la Rayos X, en el análisis de muestras sólidas (rocas, minerales, etc.). Proyecto 1, Aplicación de la Rayos X, en el análisis de muestras sólidas (rocas, minerales, etc.). 7

8 Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC). Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC). SEMANA 15 el maestro. Discusión grupal. SEMANA 16 el maestro. Discusión grupal. Proyecto 15, Aplicación de la Técnica de Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC), en el análisis de Proyecto 16, Aplicación de la Técnica de Cromatografía Líquida de Alta Eficacia (HPLC), en el análisis de PERFIL ACADÉMICO DESEABLE DEL RESPONSABLE DE IMPARTIR LA ASIGNATURA Profesionista en el área de la materia, de preferencia con estudios de posgrado y experiencia académica y laboral. 8