Tema 2: Tratamiento de muestras y técnicas de separación de analitos. ecosistema (¿contaminado?) muestra toma y preparación sólido, líquido o gas técnica analítica

Tratamiento de muestras (algunas directrices) 1) Toma de una muestra representativa: réplica en miniatura del sistema real 2) Transformación en la forma química y física (sólido, líquido, gas) y la concentración adecuadas al método analítico que se va a emplear 3) Si es posible, extracción del analito de interés o de especies interferentes en las medidas analíticas 4) Homogeneizado de la muestra para el análisis: pulverizado de sólidos, homogeneizado de mezclas y disoluciones 5) Métodos “de campo”: medidas in-situ, teledetección.

Ejemplo de un análisis químico: Cuantificación de cafeína y teobromina en chocolate Paso 1: extracción de la materia grasa

Paso 2: extracción de los analitos

Paso 3: separación de los analitos

Paso 4: Calibrado del método Detección por absorción Ultravioleta a 254 nm Paso 4: Calibrado del método y análisis de datos Recta de calibrado para cada analito

Muestreo: algunas consideraciones

¿Qué cantidad de muestra es necesaria? mezcla de dos especies A y B con fracciones molares p y q, respectivamente Si se cogen N partículas de la muestra como analito para realizar una medida se tiene: Partículas A: NA= N p Partículas B: NB= N q desviación estándar en NA y NB: s = N  p  q desviación relativa (%) RA= s/NA x 100 RB= s/NB x 100 (porcentaje mayor para las componentes minoritarias) Constante de muestreo Z : masa de analito tal que R= 1%

K ¿Qué cantidad de muestra es necesaria? Medidas de 24Na en el hígado x valor medio s (desviación estándar) K R = s/x % desviación relativa Masa de muestra Masa necesaria si se requiere un valor de R: M = Z/R2

Métodos de transformación y extracción de gases - disolución - condensación - atrapamiento químico líquido o disolución gas - congelación - adsorción sobre superficies sólido

Métodos de transformación y extracción de líquidos - evaporación - ebullición volatilización de llama o electroquímica gas líquido o disolución - precipitación - congelación - adsorción en poros y superficies sólido extracción líquido-líquido

Métodos de transformación y extracción de sólidos - fusión disolución digestión - extracción por recirculación y supercrítica líquido o disolución sólido evaporación/desorción combustión - ablación (láser, eléctrica) - bombardeo (iones) gas

Digestión de sólidos: disolución con ácidos, bases, agentes oxidantes (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, HF, NaOH, ...) disolución ácida de metales: M + nH+  Mn+ + (n/2)H2 problema: se forman muchas sustancias volátiles. Se deben usar reactores cerrados y paredes gruesas protonación de aniones de la muestra: H2CO3 ( CO2), H2S, PH3, H3BO3 , ... formación de haluros metálicos volátiles: HgCl2, SnCl4,

Extracción de analitos con disolventes Familias de analitos y su polaridad (tabla 24.2 libro de Harris) No Polares Hidrocarburos saturados y aromáticos Mercaptanos y sulfuros Polaridad Intermedia débil Éteres Cetonas Ésteres Aminas terciarias Nitritos Polaridad Intermedia fuerte Alcoholes Ácidos carboxílicos Fenoles Aminas primarias y secundarias Nitrilos Polaridad Fuerte Polihidroxialcoholes Aminoalcoholes Hidroxácidos Ácidos polipróticos Polifenoles

Algunos disolventes típicos en Análisis Químico Disolvente (pto. Ebullición normal) Polaridad decreciente inmiscibles miscibles

Extracción en fase sólida Disolución de la muestra disolvente 2 disolvente 3 Muestra: disolvente 1 con analitos matriz sólida disolvente 1 disolvente 2 disolvente 3

Métodos de separación y extracción de analitos Extracción: Pasar un soluto de una matriz a otra Extracción Líquido-líquido Fase 1 V Fase 1 V Fase 2 V (VA = VB) K=0.5 K=5 Coeficiente de reparto de un analito entre dos K = matrices (o fases) [C]2 [C]1

Extracción líquido-líquido Disolventes inmiscibles Coeficiente de reparto y Eficiencia de extracción Fase orgánica [C]1 = q n /V1 [C]2 = (1-q) n /V2 Fase acuosa Disolventes orgánicos CCl4, CHCl3 tolueno, hexano, benceno

Extracción líquido-líquido en modo continuo (analito no volátil) condensador (refrigerado) muestra muestra disolvente extractor menos denso disolvente extractor más denso calor

A B Separación cromatográfica clásica en columna Los analitos A y B fluyen con velocidades distintas a través del material de la columna (fase estacionaria) Por su distinta interacción con el mismo Disolvente con Solutos A y B (fase móvil) A Relleno de la columna (fase estacionaria) B B emerge A emerge Emerge sólo disolvente

Cromatografía de gases Muestra con analitos A, B, C ,D C D B A tiempo Horno con columna de separación cromatográfica detector señal horno Los analitos A, B, C, D, etc fluyen con velocidades distintas a través de la columna por su distinta interacción con la misma Mayor interacción = mayor tiempo de retención

Columnas cromatográficas modernas Columna abierta (cromatografía de gases) Columna empaquetada (cromatografía de líquidos) Fase estacionaria (sólida o líquida) grosor 0.1 - 5 mm diámetro interno columna 0.1 - 0.5 mm Fase estacionaria (sólido poroso) diámetro interno columna 1 - 5 mm

Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por Un ejemplo: Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por Cromatografía de gases con Temperatura programada Temperatura Programada 50º-250º en 8 min.

Composición del “Chapapote” del Prestige Fuel pesado (residuo de la destilación del petróleo crudo) Utilización - combustión industrial (centrales térmicas, hornos, cementeras) y combustible de barcos con motores diesel lentos, de gran potencia Composición (fuente: Laboratorio Le-Cedre (Francia) http://www.le-cedre.fr/fr/prestige) Técnica Utilizada: Cromatografía de gases con detección por Espectrometría de masas Resultados Hidrocarburos saturados 25 % Hidrocarburos aromaticos 50 % Resinas 10 % Asfaltenos 25 %

Vertido del Prestige Hidrocarburos Saturados Aromáticos