Quimiometría en Química Analítica

Presentación del tema: "Quimiometría en Química Analítica"— Transcripción de la presentación:

1 Quimiometría en Química Analítica
Área Química Analítica General Departamento de Química Analítica Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas Universidad Nacional de Rosario 2009

2 Quimiometría: aplicación de métodos computacionales a problemas químicos

3 Técnicas quimiométricas
Calibración uni- y multivariada Clasificación Diseño y optimización de experimentos

4 Técnicas quimiométricas para análisis cuantitativo: calibración uni- y multivariada

5 Concentracióndel analito
Datos instrumentales multivariados para mezclas complejas de multicomponentes Algoritmo Concentracióndel analito Perfiles (cinéticos, espectrales, cromatográficos, de pH, etc.) de los componentes puros

6 Calibración univariada o de orden cero
Muestra Juego de una vía Absorbancia o emisión a una longitud de onda Potencial de electrodo ión selectivo Área de una banda cromatográfica

7 Concentración del analito en la incógnita
Calibración univariada de orden cero Señal Señal de la incógnita Concentración Concentración del analito en la incógnita

8 Calibración multivariada de primer orden
Muestra Juego de dos vías Espectros de luminiscencia, de absorción UV-vis, MIR, NIR etc. Voltamperogramas Cromatogramas, electroferogramas, etc.

9 Calibración multivariada de segundo orden
Juego de tres vías Muestra Matrices de excitación-emisión, de excitación (o emisión)-tiempo de decaimiento de luminiscencia Matrices absorbancia (o luminiscencia)-pH (o tiempo) Matrices de RMN bidimensional Matrices por técnicas en tándem (LC-DAD, LC-MS, LC-F, EC-DAD, EC-MS, GC-MS, MS-MS)

10 Matriz excitación-emisión de fluorescencia para tres antibióticos fluoroquinolónicos

11 Matriz absorción-pH para el ácido benzoico

12 Matriz absorción-tiempo de reacción para la hidrólisis de amoxicilina catalizada por Cu(II)

13 Matriz emisión-tiempo de retención para una mezcla de fluoroquinolonas
Long. de onda Tiempo de retención

14 Calibración multivariada de tercer orden
Muestra Juego de cuatro vías EEM en función del pH, tiempo de reacción o tiempo de decaimiento RMN tridimensional Datos tridimensionales por técnicas en tándem (GC-MS-MS,GC-GC-MS, LC-LC-DAD)

15 Características de las calibraciones
Ventaja de primer orden Orden Analitos Componentes no calibrados Exactitud Detección Uno No No Varios No Sí Varios Sí Sí Varios Sí Sí Selectividad Ventaja de segundo orden Datos de orden superior

16 Trabajos publicados sobre calibración de orden superior
Escandar, GM, Faber, NM, Goicoechea, HC, Muñoz de la Peña, A, Olivieri, AC, Poppi, RJ, Trends Anal. Chem. 26, 752 (2007)

17 Algoritmos para procesar datos de segundo orden

18 PARAFAC Rasmus Bro (Universidad Real de Veterinaria y Agricultura, Dinamarca) Bro, R, Chemom. Intell. Lab. Syst. 38, 149 (1997) MCR Romà Tauler (CSIC, Barcelona, España) Tauler, R, Chemom. Intell. Lab. Syst. 30, 133 (1995) PLS Svandte Wold (Universidad de Umea, Suecia) Öhman, J, Geladi, P, Wold, S, J. Chemometrics 4, 79 (1990)

19 Calibración de primer orden

20 El espectro electromagnético
Rayos X Ultravioleta Visible Infrarrojo Microondas Radio Longitud de onda Frecuencia

21 Espectro infrarrojo Cercano Medio Lejano A MW Al visible
700 nm nm nm nm 14000 cm cm cm cm-1 Espectro NIR: entre 4000 y cm-1

22 Espectro infrarrojo típico de un compuesto orgánico: bandas fundamentales y sobretonos de baja frecuencia Se emplea como huella dactilar, especialmente a < 1500 cm-1

23 Frecuencias de estiramiento

24 Frecuencias de deformación

25 Espectroscopía de absorción en el infrarrojo cercano (NIR)
E = (n + 1/2)hn01 E = (n + 1/2)hn02 Armónico o sobretono (2n01) Banda de combinación (n01 + n02) n = 0 Un único fotón excita ambas vibraciones n = número cuántico vibracional

26 Absorción NIR Son armónicos y combinaciones de frecuencias de absorción fundamentales, por ejemplo C=O (1800 cm–1) y C-O (1200 cm–1) se combinan para absorber a ×1200 = 4200 cm–1.

27 Absorción NIR del agua IR NIR 3280 cm1 3490 cm1 1645 cm1
Banda intensa a 1940 nm = 5150 cm1 n3 + n2 = 51351

28 Ventajas de la espectroscopía NIR
Instrumental más simple que IR (celdas de vidrio, detectores de semiconductores). Medidas en tiempo real mediante FT o DAD. Uso de fibras ópticas para determinaciones en campo. Análisis no invasivo de material intacto. Mayor penetración en materiales respecto de UV-visible para medidas de reflectancia.

29 Desventajas de la espectroscopía NIR
Muy poco selectiva. Requiere algoritmos matemáticos para obtener selectividad (PLS).

30 Determinación de glucosa en sangre

31 Electrodo de Clark (1962) Glucosa Ácido glucónico
Se oxida a O2 y se mide la corriente

32 Penetración en el material
Cuando la luz se refleja en un material, penetra en él una distancia del orden de la longitud de onda Reflectancia Luz incidente Penetración en el material

33 Estructura de la piel (en zonas de piel delgada)
Epidermis (0,05 mm) Dermis (0,3 mm) Tejido subcutáneo

34 Análisis no invasivo de glucosa en sangre mediante NIR

35 Comparación de NIR con el método de referencia

36 Espectros NIR Glucosa e interferentes Suero
El algoritmo PLS separa las contribuciones de los componentes, haciendo posible la cuantificación del analito de interés.