ANALISIS INSTRUMENTAL Lic. RODOLFO OROZCO

Gravimetría Precipitación Pesada Análisis volumétrico Titulación Métodos Analíticos Métodos químicos por vía húmeda Métodos instrumentales Se obtiene una señal: S  Canalito Gravimetría Precipitación Pesada Análisis volumétrico Titulación Electroquímicos Separación Opticos Cromatográfico Potenciométrico Emisión Conductimétrico Absorción

Métodos Clásicos Separación de los componentes de interés de una muestra (analitos) mediante: Precipitación Extracción Destilación Análisis Cualitativos Los componentes separados se trataban con reactivos dando origen a productos que se podían identificar por su color, punto de ebullición o de fusión, su solubilidad, su olor, su actividad óptica o su índice de refracción. Análisis Cuantitativos La cantidad de analito se determinaba mediante medidas gravimétricas o volumétricas.

Metodos Instrumentales Métodos modernos que separan, identifican y cuantifican diferentes especies químicas (orgánicas, inorgánicas, bioquímicas, etc.) Se basan en fenómenos físicos-químicos conocidos. Su aplicación ha ido en paralelo al desarrollo de la electrónica. Para el análisis cuali o cuanti se miden las propiedades de los analitos. SEÑALES ANALITICAS Ej. Absorción o emisión de luz Conductividad o potencial de electrodo Dispersión, rotación, refracción,difracción

Instrumentos para el Análisis Un instrumento para análisis químico debe: convertir las señales químicas o físicas almacenadas del analíto, en información que puede ser manipulada e interpretada por el ser humano. El instrumento es un dispositivo de comunicación entre el sistema de estudio y el investigador. Para obtener información el analíto se estímula con energía electromagnética, eléctrica, mecánica o nuclear.

Componentes de un Instrumento – Generador de señales – Transductor de entrada o detector – Procesador de señales – Transductor de salida o dispositivo de lectura

DIAGRAMA OPTICO DEL FLUOROMETRO

La selección de un método analítico Definición del Problema - De cuánta muestra se dispone - Qué componentes de la muestra interferirán - Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la matriz de la muestra Cuántas muestras deben analizarse Parámetros de Calidad Exactitud y Precisión Sensibilidad Y Selectividad Límite de detección e intervalo de concentración

Selección de un Método Analítico Otras características a tener en cuenta en la elección del método 1. Velocidad 2. Facilidad y comodidad 3. Habilidad del operador 4. Coste y disponibilidad de equipo 5. Coste por muestra

Precisión Grado de concordancia entre los datos que se obtienen de una misma forma. Mide el error aleatorio o indeterminado de un análisis. Ej. % Hum. Vibraciones Cambio T o Sus parámetros de calidad son Desv. est. media, absoluta, relativa, CV y varianza

Precisión Repetitividad Precisión determinada cuando las mediciones se realizan en condiciones repetibles. Igual método, materiales, operador, laboratorio; período de tiempo limitado. Reproducibilidad Precisión determinada cuando las mediciones se realizan en condiciones reproducibles. mismo método; diferentes operadores; laboratorios, equipos. período de tiempo largo.

Exactitud Mide el error sistemático, o determinado de un método analítico. Se define por la ecuación:  = u – xt  es la media de la población para la concentración del analito en una muestra cuya concentración verdadera es xt La exactitud se determina analizando estándares de referencia. Ej. Mala calibración, equipo dañado (causas defindias)

Sensibilidad Capacidad de un método o instrumento de diferenciar pequeñas diferencias en la concentración de los analitos IUPAC, define la sensibilidad La pendiente de la curva de calibración a la [ ] de interés Depende: La pendiente de la curva de calibración y reproducibilidad o precisión del sistema de medición Para dos métodos con igual precisión, el que presente la mayor pendiente en la curva de calibración será el más sensible

Sensibilidad de Calibración: Pendiente de la curva de calibración a la concentración de interés. La sensibilidad de calibración tiene el inconveniente de no tomar en cuenta la precisión. Por ello, Mandel y Stiehler proponen la Sensibilidad analítica γ: Es insensible a los factores de amplificación e independiente a las unidades en que miden S.

Límite de detección Concentración o peso mínimo de analito que puede detectarse para un nivel de confianza dado. Cuando nos aproximamos al límite de detección, la señal analítica se aproxima a la señal del blanco Sbl. La mínima señal analítica distinguible Sm se toma como la suma de la señal medida del blanco Sbl más un múltiplo k de la desviación estándar del mismo.

Los valores obtenidos se utilizan para calcular el límite de detección cm El limite inferior se estima como 10 x Ss cuando la concentración del analito es cero Según Kaiser, estadísticamente se considera que para k=3, el nivel de confianza es 95%.

Límite de cuantificación Concentración o peso mínimo de analito que puede cuantificarse para un nivel de confianza dado. La mínima señal analítica cuantificable Sc se toma como la suma de la señal medida del blanco Sbl más un múltiplo k=10 de la desviación estándar

Rango Lineal o Dinámico • Intervalo de [ ] en que es aplicable un método analítico Rango Lineal o Dinámico LINEALIDAD: Capacidad del método de producir resultados directamente proporcionales a la [ ] del analito en la muestra. ROBUSTEZ: Capacidad del método para no ser afectado por pequeños cambios deliberados en sus parámetros y provee una indicación de su confiabilidad durante su uso normal.

Selectividad Grado de ausencia de interferencias debidas a otras especies contenidas en la matriz de la muestra. El coeficiente de selectividad de B con respecto a A se define como: kB,A = mA/mB Da la respuesta relativa del método para la especie B cuando se compara con A Los coeficientes de selectividad pueden variar desde 0 (no hay interferencia) hasta valores superiores a uno.

Instrumentales ISO (International Estándar Office) Calibración de los métodos Instrumentales ISO (International Estándar Office) Define la calibración El conjunto de operaciones que permiten establecer en determinadas condiciones experimentales, la relación existente entre los valores indicados por el instrumento con los valores obtenidos con la medida de un valor conocido. Curvas de calibración Método de las adiciones estándar Método del estándar interno.

Curva de calibración Se utilizan estándares de concentraciones conocidas del analito de interés. Se requiere un blanco que contenga los componentes de la muestra original excepto el analito Se obtiene una gráfica (recta) de respuesta del instrumento vs concentración del analito. Método de mínimos cuadrados.

Método de las Adiciones Estándar Se utiliza en muestras complejas donde los efectos de matriz son importantes. Implica añadir uno o mas incrementos de una solución estándar a una alícuota de muestra El valor del volumen en la intersección de la línea recta con el eje-x es el volumen del reactivo estándar equivalente a la cantidad de analito en la muestra.

Método del Estándar Interno Se adiciona a todas las muestras el EI en una cantidad constante. La calibración representa la razón entre la señal del analito y la del estándar interno como una función de la concentración del analito El EI compensa distintos tipos de errores indeterminados y sistemáticos. Si el EI y analito responden proporcionalmente a los errores instrumentales y fluctuaciones del método, la razón entre las señales es independiente de las fluctuaciones

Señales y Ruido Cada medida analítica lleva dos componentes: La información del analito de interes La información ajena, no deseada: el ruido Definición de la relación señal/ruido (S/N)

La detección de una señal mediante un sistema visual resulta imposible cuando la relación señal/ruido es < 2 o 3

Fuentes de ruido Ruido químico - Fluctuaciones en la humedad de la muestra - Estratificaciones en un sólido o polvo - Cambios en la intensidad de la luz que afectan sustancias fotosensibles - Cambios de presión o temperatura que afectan el equilibrio (ej. humos)

Ruido instrumental Se asocia a cada componente del instrumento: fuente, transductor de entrada o transductor de salida Puede ser de distinto tipo y provenir de distintas fuentes tipos de ruido instrumental: Ruido térmico (o Johnson) Ruido de disparo Ruido de parpadeo (o 1/f) Ruido ambiental

Ruido térmico, o ruido Johnson Se debe a la agitación térmica de los electrones u otros portadores de carga Dicha agitación o movimiento origina periódicamente heterogeneidades de carga que a su vez crean variaciones de voltaje Ruido de disparo: Se origina siempre que exista una corriente que produzca un movimiento de electrones o de otras partículas cargadas a través de una unión 8p y n o el vacío para un tubo de vacío. Puede minimizarse reduciendo el ancho de banda de las frecuencias.

Ruido de parpadeo - Sus causas no se comprenden bien. - Su valor es inversamente proporcional a la frecuencia de la señal que se observa. Ruido 1/f - Significativo para frecuencias < 100 Hz Ruido ambiental Proviene del entorno; cada conductor de un instrumento es una antena potencial que capta radiación electromagnética y la convierte en señal eléctrica.

Aumento de la relación S/N Puede mejorarse por hardware o software Hardware: Incorpora al diseño del instrumento filtros, cortadores, escudos, moduladores, detectores sincrónicos Software: Se basan en distintos algoritmos digitales de ordenador que permiten extraer las señales de entornos ruidosos

Métodos de hardware - Conexión a tierra o blindaje - Amplificadores diferenciales - Filtrado analógico - Modulación - Corte de la señal (amplificadores de corte) - Amplificadores de cierre Métodos de software - Promediado conjunto - Promediado por grupos (box car) - Filtrado digital - Métodos de correlación - Transformadas de Fourier