INTRODUCCION A La QUIMICA ANALITICA (1).pptx

Introducción a la Química Analítica

1. Química Analítica 2016

2. Definición La Química Analítica es una rama de la Ciencia que trata acerca de la caracterización de las sustancias químicas. La Química Analítica es una ciencia de medición basada en un conjunto de ideas y métodos útiles en todos los campos de la ciencia y la medicina (Skoog,2005) La Química Analítica es la ciencia que estudia el conjunto de principios, leyes, técnicas cuya finalidad es la determinación de la composición química de una muestra natural o artificial. El conjunto de técnicas operatorias puesto al servicio de dicha finalidad constituye el Análisis Químico. El Análisis Químico es técnica, la Química Analítica es ciencia creadora y elaboradora de dicha técnica, pone a punto nuevos métodos de ensayo, elabora procesos analíticos convenientes a la continua evolución y variedad de muestras objeto de análisis.(Burriel. 2002)

3. QUÍMICA ANALÍTICA: “ La Química analítica es una ciencia m etrológica que desarrolla, optimiza y aplica herramientas de amplia naturaleza, que se concretan en procesos de medida encaminados a obtener información Química y Bioquímica de calidad, tanto parcial como global sobre materias o sistemas de amplia naturaleza (química bioquímica y biológica) en el espacio y en el tiempo, para resolver problemas científicos, técnicos, económicos y sociales “. Working Party on Analytical Chemistry (WPAC) Edimburgo, 1993

4. Definición La química analítica se ocupa de la caracterización química de la materia y de la respuesta a dos importantes preguntas: qué es (el aspecto cualitativo ) y en qué cantidad se presenta ( el cuantitativo ). La química analítica desempeña un papel importante en casi todos los aspectos de la química: agrícola, clínica, ambiental, forense, de manufactura, metalúrgica y farmacéutica. El contenido de nitrógeno de un fertilizante determina su valor. Los alimentos se deben analizar para detectar contaminantes (por ejemplo, residuos de pesticidas) y para determinar su contenido de nutrimentos esenciales (por ejemplo, el contenido vitamínico). El aire de las ciudades se debe analizar para determinar el contenido de monóxido de carbono . Se ha de vigilar la glucosa en la sangre de los diabéticos (y, de hecho, la mayor parte de las enfermedades se diagnostican mediante el análisis químico)

5. El análisis cualitativo indica la presencia o ausencia de algunos elementos, iones o moléculas. El análisis cuantitativo provee de datos que consideran la composición química de la materia. Es por esto que se le considera el análisis más importante. Los datos obtenidos pueden ser muy detallados, incompletos o generales, de allí que el análisis puede ser parcial o total.

6. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA ANALÍTICA 6 QUÍMICA ANALÍTICA Biología Geología Ciencias Ambientales Agricultura Ciencias Sociales Ciencias de los materiales Física Medicina Ingeniería Química

7. Inorgánico Inorgánico ANÁLISIS Bioquímico Bioquímico Orgánico Orgánico ANÁLITO Tipos de análisis según la naturaleza de la muestra y de los analitos

8. Según el tamaño de la muestra inicial que se somete al proceso analítico, puede clasificarse el análisis en cuatro tipos: 0.0001 g 0,01 g 0,1 g Ultra- micro análisis Micro análisis Semi- micro análisis Macro análisis Clasificación de los análisis químicos según el tamaño de la muestra

9. Según la proporción relativa ( concentración) de los analitos en la muestra pueden diferenciarse tres tipos de determinaciones: Trazas Micro-componentes Macro-componentes DETERMINACIONES 0,01 % 1 % (100 ppm)

10. CONCEPTOS BÁSICOS EN ANÁLISIS QUÍMICO OBJETO: es la entidad que debe describirse químicamente a través de los resultados analíticos y su interpretación. MUESTRA : Parte representativa de la materia objeto de análisis. ALÍCUOTA: Fracción o porción de muestra. ANALITO : Especie química objeto del análisis . MATRIZ DE LA MUESTRA: Especies químicas que acompañan al analito en la muestra. TÉCNICA ANALÍTICA: M edio empleado para obtener información sobre el analito . MÉTODO ANALÍTICO: Secuencia de operaciones y técnicas aplicadas para el análisis de una muestra. EJEMPLO : Análisis de glucosa en sangre. Muestra : Sangre Analito : Glucosa Matriz : Proteínas, sales minerales, colesterol… Técnica analítica : Espectrofotometría de absorción molecular visible Método analítico: Implica desde la toma de muestra hasta la obtención del resultado final. EJEMPLO : Análisis de calcio en agua. Muestra : Agua Analito : calcio Matriz : sales minerales, materia orgánica, magnesio, hierro … Técnica analítica : Volumétrica Método analítico: Implica desde la toma de muestra hasta la obtención del resultado final. 11

11. EJEMPLOS Problema Objeto Muestra(s) Analito (s ) PROBLEMA OBJETO MUSTRA(S) ANALITO(S) Contaminación de un río El río con sus características geográficas y temporales Alícuotas del objeto tomadas en diferentes lugares y tiempos Especies contaminantes orgánicas e inorgánicas Dopaje en deporte Atletas Orina Anfetaminas, Hormonas, etc. Adulteración de aceite de oliva con otras grasas Producción de una factoría de aceite Alícuotas representativas de la producción Grasas vegetales y animales Toxicidad de los juguetes amarillos (pintura con Cd) Juguetes de una partida importada Limaduras superficiales Cadmio Viabilidad económica de una escombrera para extraer oro Escombrera Muestras tomadas según plan de muestreo Oro

12. OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES INTERFERENTE: Especie química distinta del analito que aumenta o disminuye la respuesta del analito bajo el método aplicado. (Ej. Analito : Ca 2+ ; Al 3+ es un interferente si la determinación se lleva a cabo por valoración con EDTA. Interferencia positiva) ENMASCARAMIENTO: Transformación del interferente en otra especie química que no es detectada con la técnica analítica empleada. (Ej. Al 3+ + 3OH - → Al(OH) 3 ) DISOLUCIÓN ESTÁNDAR: Disolución conteniendo el analito en concentración perfectamente conocida. (Ej. Disolución acuosa conteniendo glucosa en una concentración exacta de 75 mg/ dL ) CURVA DE CALIBRADO: Gráfica que representa la señal analítica monitorizada frente a la concentración del analito . 13

13. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS 14 ● Métodos clásicos: se basan en propiedades químicas de los analitos . Volumetrías y gravimetrías. ● Métodos instrumentales: se basan en propiedades químico-físicas de los analitos . Se clasifican según la propiedad que se mide (espectroscópicos, electroquímicos, misceláneos…) ● Métodos de separación: la finalidad inicial de estos métodos era separar interferentes antes de proceder a aplicar la técnica analítica seleccionada. En la actualidad, existen métodos de separación que son métodos de análisis en sí mismos, como por ejemplo la cromatografía. Mediciones en Análisis Cuantitativo Peso o volumen de muestra Cantidad proporcional a la cantidad de analito en la muestra

14. 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 Toma de muestra Tratamiento de la muestra Proceso de medida Tratamiento de los datos Informe y conclusiones MÉTODO ANALÍTICO Valoración de los resultados 4. EL PROCESO ANALÍTICO 15

15. 2.Selección del método de análisis: Consideraciones importantes: ☺ Exactitud requerida en los resultados ☺ Disponibilidad de tiempo y de dinero ☺ Número de muestras a analizar ☺ Concentración esperada del analito en la muestra ☺ Complejidad de la muestra bajo análisis Etapa crucial para el éxito de los resultados finales Buscar en la bibliografía procedimientos apropiados o, si es necesario, poner a punto nuevos procedimientos analíticos para llevar a cabo el análisis Volumetría ácido-base AAS NaOH F1 F2 ETAPAS DEL PROCESO ANALÍTICO 1. Definición del problema: En esta 1ª etapa se plantea el tipo de análisis requerido y la escala de trabajo. 16 Ejemplo: Se pretende contrastar el contenido real de acido acetilsalicílico (AAS) en un producto farmacéutico con el valor suministrado por el fabricante

16. 3. Toma de muestra o muestreo Plan de muestreo: estrategia a seguir para garantizar que los resultados obtenidos reflejen la realidad del material analizado. Características que ha de cumplir la muestra: ser representativa del material a analizar ser homogénea, lo que significa que debe ser igual en todas sus partes. 17 Se reduce el error en los resultados F1

17. Obtención de una cantidad medida de muestra Muestra representativa del total Contener la misma proporción de componentes que el producto total . Importancia del muestreo Productos a analizar no son homogéneos. Definición de “Muestra” a) Material sobre el cual se hace una determinación. b) Material del que se toman porciones para la preparación de un sistema susceptible de mediciones que determinen la cantidad de un constituyente deseado.

18. Tipos de muestreo Al azar : consiste en un procedimiento de muestreo para el análisis de materiales que se presentan como unidades uniformes , por ejemplo pastillas, botellas de agua mineral, etc. Las unidades para el análisis son escogidas totalmente al azar. Muestreo regular : se eligen al azar un número determinado de unidades a analizar del total, donde cada una tiene la misma probabilidad de ser elegida. Muestreo estratificado : se eligen dentro de las unidades de muestreo, estratos o subdivisiones del total y se toman aleatoriamente las unidades a analizar. Intuitivo : se selecciona por decisión personal la porción del material a analizar, por ejemplo debido a un cambio textural o cromático de la sustancia a analizar, o cuando se observa alguna alteración puntual en un proceso productivo, etc. Estadístico : la selección se basa en reglas estadísticas . Se calcula el número mínimo de muestras suponiendo distribución gaussiana de la composición del material. Dirigido : el problema analítico exige un tipo específico de información , por ejemplo el análisis de trazas de metales en las partículas en suspensión en un agua natural. De protocolo : cuando se debe seguir un procedimiento de muestreo detallado en una norma , método estándar, publicación oficial, etc.

19. TÉCNICAS DE MUESTREO A) MUESTREO DE SÓLIDOS Material Homogéneo: Tomar muestra suficiente para poder efectuar las determinaciones requeridas y para conservar una parte ( contramuestra ) con la que se pueda comprobar algún dato. Material Heterogéneo: El tamaño de la muestra dependerá de la cantidad de dicho material y de la variación del tamaño de sus partículas < número de masas individuales, < tamaño de partículas

20. TÉCNICAS DE MUESTREO B) MUESTREO DE LÍQUIDOS Líquido Homogéneo: Cualquier porción es representativa. Emulsiones y suspensiones: Agitar perfectamente antes de tomar la muestra. Líquidos que circulan en tuberías: Se recomienda dejar correr suficiente líquido antes de tomar la muestra y aplicar método intermitente.

21. TÉCNICAS DE MUESTREO C) MUESTREO DE GASES Se emplean pipetas especiales. Se debe hacer un vacío aproximado de 1 mm de Hg para evitar la contaminación del gas con aire. Después se llena el recipiente dejando una presión superior a la atmosférica.

22. CAUSAS QUE PROVOCAN VARIACIÓN EN LA COMPOSICIÓN DE LA MUESTRA DESPUÉS DE COLECTADA Cambios internos Reacción con el aire Interacción de la muestra con el recipiente Ejemplo: recipientes de vidrio provocan reacciones de intercambio iónico en la superficie del vidrio

23. CONCEPTOS EN LA OPERACIÓN DE MUESTREO LOTE Material completo del que se toman las muestras. A menudo están formados por unidades muestreales . 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.

24. MUESTRA ANALÍTICA Misma composición de la muestra de laboratorio, pero ha sido sometida a un proceso previo a su análisis, generalmente molienda y pulverizado. PORCIONES DE PRUEBA (O ALÍCUOTAS) Pequeñas porciones de la muestra de laboratorio que se toman para realizar análisis individuales.

25. Molienda: Disminución tamaño de partícula Si la muestra es sólida Almacenamiento: luz, T, tipo de recipientes… “Liofilización previa” Si la muestra es líquida Evaporación del disolvente Si el analito es un gas disuelto en un líquido Doble recipiente sellado para su almacenamiento Si el análisis no va a ser inmediato La mayoría de las técnicas analíticas: MUESTRA EN ESTADO LÍQUIDO 26 F1 F3 F2 F4 F5 Mortero Maza

26. Elección del método Obtención de la muestra Preparación de la muestra ¿Se encuentra el analito disuelto? Sí ¿Es mensurable la propiedad analítica? No Extracción del analito a una fase líquida MUESTRA EN ESTADO LÍQUIDO Recogemos el líquido el sobrenadante Líquido sobrenadante 27 Disolvente (H 2 O, EtOH, MeOH… Muestra sólida Agitación Suspensión del sólido en el disolvente Centrifugación Residuo sólido Residuo sólido Decantación F1

27. Para la determinación de AAS en producto farmacéutico mediante volumetría ácido-base 28 En ocasiones, se requieren condiciones más enérgicas para la extracción del analito a la fase líquida: Disoluciones acuosas de: - ácidos fuertes - bases fuertes - agentes oxidantes - agentes reductores - combinaciones de reactivos Aplicación de energía externa: - microondas - ultrasonidos… Trituración del fármaco y disolución en etanol F2 F1 F3 F4 F5

28. Elección del método Obtención de la muestra Preparación de la muestra ¿Se encuentra el analito disuelto? Sí ¿Es mensurable la propiedad analítica? No Extracción del analito a la fase líquida Sí No Cambio de la forma química del analito Eliminar interferencias si las hubiere Ej. Sulfonamida Adicionamos reactivos (para la determinación mediante fluorimetría) Especie fluorescente MÉTODOS DE SEPARACIÓN 29

29. 3 . DEFINICIÓN DE RÉPLICAS DE MUESTRAS El proceso de medida debe llevarse a cabo en varias alícuotas idénticas de la muestra 30 1 mL 110 mg/dL 1 mL 109,6 mg/dL 1 mL 187,5 mg/dL 1mL 110,3 mg/dL Finalidad Establecer la variabilidad del análisis Evitar un error grave LA INCERTIDUMBRE ES TAN IMPORTANTE COMO LA MEDIDA MISMA X ± SD F1 F2

30. DISOLUCIÓN DE MUESTRAS a )Elección del disolvente Debe disolver todos los componentes de la muestra. Tiempo de disolución debe ser razonable. Composición química del disolvente no debe aportar interferentes en las subsiguientes etapas del análisis o en caso contrario que sea fácil de eliminar. b)Método de disolución Se debe trabajar de preferencia con soluciones diluidas y temperaturas moderadas.

31. 4. DISOLUCIÓN DE MUESTRAS HCl HNO 3 H 2 SO 4 HClO 4 Fundentes Alcalinos

32. 5. Eliminación de Interferentes Falta de reacciones y propiedades verdaderamente específicas dificultan el análisis químico. INTERFERENTES O INTERFERENCIAS son compuestos o elementos que impiden la medida directa de las especies que se están determinando.

33. Eliminación de Interferentes Formas de eliminar interferencias: Ajuste de pH Acomplejando Cambio de estado de oxidación A veces es necesario eliminar el interferente antes de la medición : Método de Precipitación Método de Destilación Extracción Cromatografía

34. 7. Proceso de medida 35 La mayoría de los métodos necesitan de disoluciones estándar o patrón VOLUMETRÍAS : Se mide la cantidad de equivalentes químicos de valorante en el punto final de la valoración Señal analítica = K x C A K= constante de proporcionalidad C A = concentración de analito Disolución patrón C A = 80 mg/dL S = 0,199 0,199 = K 80 K = 0,0025 dL/mg Disolución problema C A = ? S = 0,261 0,261 = 0,0025 C A C A = 104,4 mg/dL F1 F2

35. 8.Tratamiento de los datos a través de ecuaciones de calibración 36 Concentración, mg/dl Señal analítica 0,001 40 0,101 80 0,199 120 0,303 160 0,401 200 0,498 Señal analítica = ordenada origen + K x C A Señal analítica = 0,00129 + 0,0024 x C A mg/dl Curva de calibración con patrones externos

36. EVALUACIÓN DE RESULTADOS Y ESTIMADO DE CONFIABILIDAD Los resultados analíticos son completos cuando se ha estimado su confiabilidad. El analista debe proporcionar alguna medida de la incertidumbre asociada al cálculo de resultados. La incertidumbre es el parámetro que caracteriza el intervalo de valores dentro del cual se espera que esté el valor de la cantidad que se mide.

37. TÉRMINO DEL ANÁLISIS Medida final que debe ser una verdadera indicación del punto final. Es el aspecto menos difícil del análisis:medición final,cálculos y resultados. Entrega de resultados debe involucrar exactitud y precisión. Exactitud Error relativo Precisión Desviación estándar

38. x x x x x x x x x Buena precisión Buena exactitud Buena precisión Mala exactitud Mala precisión Mala exactitud Mala precisión Buena exactitud x x x

39. 9. Evaluación de los resultados, informe y conclusiones El informe dirigido al solicitante del análisis ha de: Indicar claramente los resultados Las condiciones experimentales empleadas Limitaciones concretas de la técnica analítica empleada Concentración de glucosa obtenida: x ± SD Técnica espectrofotométrica … Intervalo de linealidad, LD, LQ… As en orina ND (no detectado) Espectrometría de absórción atómica con atomización electrotérmica (ETAAS) LD (Límite de detección): 50 ppt 40 Los resultados han de ser evaluados por estimación de su fiabilidad

40. El analista puede o no implicarse en lo que se vaya a hacer con su información. Como mínimo debería asegurarse que las conclusiones que se extraigan de sus datos sean coherentes con los mismos. Concentración de glucosa: 520 ± 1 mg/ dL Técnica espectrofotométrica … Intervalo de linealidad, LD, LQ… Ingreso hospitalario del individuo Concentración de As en orina: 403 ± 2 ng /L Técnica HG-AAS Intervalo de linealidad, LD, LQ… Envenenamiento crónico del individuo 41 10. Conclusiones

41. Elección del método Obtención de la muestra Preparación de la muestra ¿Se encuentra el analito disuelto? Sí ¿Es mensurable la propiedad analítica? No Extracción del analito a la fase líquida Sí No Cambio de la forma química del analito Eliminar interferencias si las hubiere Medir la propiedad analítica Calcular los resultados Informe Conclusiones Estimar la fiabilidad de los resultados 42

42. DESTRUCCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

43. SELECCIÓN Y MANEJO DE REACTIVOS La pureza de los reactivos es de fundamental importancia para la exactitud de los resultados de cualquier análisis, y en general debería utilizarse siempre para los análisis de laboratorio reactivos químicos de máxima pureza.

44. CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS “Grado técnico ”: es la de menor pureza y no se utiliza generalmente en los laboratorios de análisis, es utilizada en la industria para diversos procesos. Grado análisis o grado reactivo actualmente deben ajustarse a los estándares mínimos especificados por el Comité de Sustancias como Reactivos de la Sociedad Química Americana o con especificaciones ACS y siempre que sea posible esta es la calidad de drogas requeridas en los ensayos generales de laboratorio. Algunos fabricantes imprimen en los rótulos no solo los limites máximos de impurezas.

45. CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS E stándar primario: son de elevada pureza que sirven como material de referencia en los métodos volumétricos y gravimétricos. Deben cumplir con ciertos requisitos. Los estándares primarios son fabricados bajo estrictas normas y son cuidadosamente analizados por sus proveedores y esto esta impreso en los rótulos de los envases.

46. E stándares de referencia : son sustancias complejas que han sido exhaustivamente analizadas y son utilizadas para el control de calidad de los métodos de análisis y en los sistemas de validación de ensayos. Reactivos con propósitos especiales son sustancias preparadas para alguna aplicación especial , por ejemplo, reactivos de calidad espectrometría, grado cromatográfico , grado pesticidas, grado análisis toxicológico, etc.

47. REGLAS PARA EL MANEJO DE REACTIVOS Y DISOLUCIONES Un frasco recién abierto de una sustancia grado reactivo normalmente se puede utilizar con toda confianza, pero utilizar la ultima porción de un frasco de reactivo con la misma confianza depende de la forma en que se ha manejado ese frasco después de abierto.

48. Reglas para evitar la contaminación de los reactivos y disoluciones Seleccione el mejor grado de sustancia disponible para el trabajo y siempre que sea posible utilice el frasco de menor tamaño que contenga la cantidad necesaria . Coloque inmediatamente la tapa en el recipiente, luego de haber utilizado el reactivo. Tome los tapones de los frascos entre los dedos, nunca los deje en la mesa para evitar confusiones. A menos que se le indique expresamente otra acción, nunca regrese a un frasco de droga el exceso de reactivo. A menos que se le indique otra acción, nunca introduzca espátulas, cucharas, u otros utensilios en los frascos de sustancia sólida . En lugar de esto, agite vigorosamente el frasco tapado, o golpéalo suavemente contra una mesa de madera para romper cualquier incrustación, luego vierta afuera del frasco una cantidad cercana a la deseada , si esto no funciona utilice cucharas de porcelana limpias . Conserve la estantería de reactivos y la balanza de laboratorio en perfecto estado de orden y limpieza. Limpie de inmediato cualquier salpicadura, aun cuando haya alguien mas esperando utilizar la misma sustancia. Observe los reglamentos locales del laboratorio en cuanto a la disposición de excesos de reactivos y disoluciones

49. LIMPIEZA Y MARCADO DEL MATERIAL DEL LABORATORIO Disl . Fe (III) Detergente Agua Solventes orgánicos Sulfonítrica , sulfocrómica