UNIDAD I

OBJETIVO GENERAL DEL CURSOEl alumno comprender los principios generales de la absorcin de la radiacin electromagntica y espectrometra de masas y los aplicar como mtodos analticos para la identificacin de sustancias y cuantificacin de las mismas rn trabajos de investigacin, resolucin de problemas y toma de decisiones.UNIDAD 1 GENERALIDADES DEL ANLISIS INSTRUMENTAL1.1 Mtodos Clsicos e Instrumentales1.2 Clasificacin de las Tcnicas Instrumentales1.3 Sensibilidad y Lmites de Deteccin1.4 Relacin Seal-Ruido1.5 Calibracin de los Mtodos Instrumentales1.6 Curvas de Calibracin1.1. Mtodos clsicos e instrumentalesQu es la Qumica Analtica?

Mtodos Es una rama de la Qumica que trata acerca de los mtodos de determinacin de la composicin de la materia CualitativosCuantitativosClsicos Anlisis

Precipitacin, extraccin, destilacin

Cualitativo: identificacin por olor, color, punto de ebullicin, ndice de refraccin, etc.Cuantitativo: Mediciones gravimtricas y volumtricas Instrumentales Anlisis directo utilizando mediciones de las propiedades fsicas: conductividad, absorcin o emisin de radiacin, potencial de electrodo, relacin masa/carga, etc. Tanto cualitativos como cuantitativos.

INSTRUMENTO PARA EL ANLISIS QUMICO: Transforma la informacin relacionada con las propiedades fsicas o qumicas del analito en informacin que pueda ser manipulada e interpretada por un ser humano.

Puede considerarse como un dispositivo de comunicacin entre la muestra y el cientfico o el analista

Componentes bsicos de un instrumento para el anlisis qumico

GENERADOR DE SEAL

TRANSDUCTOR DE ENTRADAPROCESADORDE SEALDISPOSITIVO DE LECTURA1.2 CLASIFICACIN DE LAS TCNICAS INSTRUMENTALES Una posible clasificacin de los mtodos instrumentales se basa en la naturaleza de la seal analtica estudiada:

Emisin de radiacin

Cambio en las propiedades de un haz de radiacin que pasa por la muestra (absorcin, dispersin, difraccin, rotacin)

Medida de propiedades elctricas (potencial, carga, corriente,resistencia)

Otras (relacin masa/carga, velocidad de reaccin, propiedades trmicas o radioactivas)

Los dos primeros grupos forman los mtodos pticos, el siguiente da lugar a los mtodos elctricos.PARMETROS DE CALIDAD RELACIONADOS CON EL FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS PARA EL ANLISIS QUMICOPRECISINEXACTITUDSENSIBILIDADLMITE DE DETECCININTERVALO DE CONCENTRACINSELECTIVIDAD

PRECISINDescribe la reproducibilidad de los resultados, esto es, la concordancia entre los valores numricos de dos o ms mediciones repetidas, que se han realizado exactamente de la misma forma.

Para describir la precisin de un conjunto de datos se usan tres parmetros: Desviacin estndar, varianza y coeficiente de variacinEXACTITUDDescribe la veracidad de un resultado experimental.

Es un trmino relativo, ya que por lo general, se obtiene comparando con un patrn.

Se expresa en trminos de error absoluto o error relativo

Si el error absoluto es positivo indica que el valor obtenido es mayor que el verdadero y si es negativo, lo contrario

INTERVALO DE CONCENTRACINEs el intervalo til de un mtodo analtico, va desde la concentracin ms pequea con la que pueden realizarse medidas cuantitativas (lmite de cuantificacin) hasta la concentracin en la que la curva de calibrado se desva de la linealidad.Concentracin RESPuESTALODLOQINTERVALO TILLOD= LIMITE DE DETECCINLOQ= LMITE DE CUANTIFICACINLOL= LIMITE DE RESPUESTA LINEALLOLSELECTIVIDADDenota el grado de ausencia de interferencias debido a otras especies contenidas en la matriz. Por lo regular todas las determinaciones estn sujetas a interferencias y con frecuencia se realizan diversas etapas para minimizar estas afectaciones1.3 SENSIBILIDAD Y LIMITES DE DETECCINSENSIBILIDAD

Definicin general: Es una medida de la capacidad de un mtodo o instrumento de diferenciar pequeas variaciones en la concentracin del analito.

Depende de:La pendiente de la curva de calibracinLa reproducibilidad o precisin del sistema de medida.Definicin cuantitativa:

Sensibilidad de calibracin (IUPAC): Es igual a la pendiente de la curva de calibracin del analito de inters

Para la representacin de una curva de calibracin:

S = mC + Sbl

Donde:S= Seal medidam= Pendiente de la linea rectaC= Concentracin del analitoSbl= Seal instrumental de un blanco Sensibilidad analtica (Mandel & Stiehler):

= m/s

Donde: = Sensibilidad analitica, s = Desviacin estndar de las medidas

LIMITE DE DETECCIN

Definicin:

Concentracin o peso mnimo del analito que puede detectarse para un nivel de confianza dado.

Depende de:

La relacin entre la magnitud de la seal analtica con el valor de la fluctuaciones estadsticas de la seal del blancoLa mnima seal analtica distinguible Sm se toma como la suma de la seal media del blanco Sbl mas un mltiplo k de la desviacin estndar del mismo:Sm = Sbl + kbl

Donde: Sm== Seal minima distinguibleSbl= Seal del blancobl = Desviacin estndar de la seal del blancoK= Multiplicador

Experimentalmente, Sm se puede determinar realizando 20 o 30 mediciones del blanco

Segn Kaiser, estadsticamente se considera que 3 es un valor razonable para K, con un nivel de confianza de deteccin del 95%.Finalmente, Cm que es el lmite de deteccin, se determina con la frmula siguiente:

Cm= (Sm Sbl)/ m

RESOLVER PROBLEMAS DE SENSIBILIDAD Y LIMITE DE DETECCIN

1.4 RELACIN SEAL-RUIDO Cada medida analtica tiene dos partes: la seal (que suministra informacin acerca del analito) y el ruido (informacin no deseada).

El valor promedio del ruido (R) de un instrumento suele ser constante e independiente del valor de la seal (S). Por ello, para seales pequeas el valor del ruido da lugar a errores ms importantes que en el caso de seales grandes.

En general, se considera imposible detectar seales cuando la relacin S/R es menor de 2 o 3.

Para una seal, la magnitud del ruido se define como la desviacin estndar de numerosas medidas de la intensidad de la seal, por lo que se tiene:

S/R = Media/Desviacin estndar= X/

RESOLVER PROBLEMAS DE RUIDO

Existen dos tipos fundamentales de ruido:

Ruido qumico: Proviene de la variacin no controlable de las variables que afectan la qumica del sistema estudiado (variaciones en temperatura, presin, humedad, etc.).

Ruido instrumental: Asociado a cada parte del instrumento. Puede ser de distintos tipos y provenir de distintas fuentes, por lo que consiste en una mezcla compleja. Se pueden reconocer ciertos tipos de ruido:

1). Ruido trmico o Johnson 2). Ruido de disparo 3). Ruido de parpadeo o ruido 1/f 4). Ruido ambiental

Es imposible eliminar completamente el ruido, pero es posible minimizar su efecto aumentando la relacin S/R, tanto a nivel de hardware (empleando componentes que eliminan o atenan el ruido sin afectar a la seal), como de software (empleando programas informticos capaces de separar las seales analticas de un entorno ruidoso).

1.5 CALIBRACIN DE LOS MTODOS INSTRUMENTALES Los mtodos clsicos son mtodos absolutos (se relacionan con patrones bsicos, como el Kg, el Amperio o el segundo; ejemplo: gravimetra) o estequiomtricos (la determinacin se basa en la relacin estequiomtrica de una reaccin entre el analito y un agente valorante; ejemplo: volumetra).

Los mtodos instrumentales son mtodos relativos, en los cuales se compara la seal analtica obtenida para una muestra, con la seal obtenida con uno o ms patrones.

En este contexto, el calibrado consiste en obtener una relacin matemtica entre la seal analtica y la concentracin/composicin de la muestra, siguiendo un proceso en el que intervienen uno o ms patrones.

La funcin analtica encontrada podr utilizarse para calcular la concentracin de un analito en una muestra a partir de la seal instrumental obtenida.

En la prctica, y siempre que es posible, se prefiere trabajar en una situacin de linealidad, en la cual la ecuacin que relaciona la seal analtica y concentracin es una lnea recta.Los tres mtodos de calibrado aplicables son:

Calibrado directo a travs de Curvas de calibracin: obtencin de la funcin analtica mediante la medida de patrones y clculo de la concentracin de analito por interpolacin.

Mtodo de estndar externo: adicin a una muestra de cantidades crecientes de patrn y clculo de la concentracin de analito por extrapolacin.

Mtodo de estndar interno : similar al calibrado directo, pero aadiendo un patrn interno a las disoluciones patrn y a la muestra, con el fin de compensar posibles fluctuaciones en la seal analtica.1.6. CURVA DE CALIBRACINPara construir una curva de calibracin se sigue el siguiente procedimiento:

Se prepara una solucin estndar de la sustancia que se desea determinar

Generalmente se hace una dilucin de la solucin anterior, a una concentracin conveniente para trabajar (solucin patrn)

De la solucin patrn se toman diferentes cantidades, de tal forma que se tenga una serie de soluciones de concentraciones diferentes y conocidas

Se agregan reactivos y se mide en un espectrofotmetro a la longitud de onda analtica (en el caso de espectrofotometra)

Se grafican los valores de concentracin en funcin de la absorbancia

Si al graficar no se obtiene una lnea recta debe realizarse un ajuste matemticoMTODOS DE MNIMOS CUADRADOSEs un mtodo matemtico utilizado para ajustar, a una lnea recta, una serie de puntos o valores cuando se presentan algunas desviaciones. Se basa en la ecuacin de la lnea recta:Y = mX + bEn donde:Y = son los datos determinados o valores a ajustar m = La pendienteX = son valores o datos conocidos b = es la ordenada de origen

Frmulas para el ajuste

Toma valores entre -1 y 1, un valor de 0 indica que no existe asociacin lineal entre las dos variables en estudio.

Coeficiente de determinacin r2 , indica la variabilidad de los datos relacionada con la asociacin entre dos variablesCoeficiente de correlacin rDa informacin sobre la asociacin entre dos variables cuantitativasRESOLVER PROBLEMAS PARA DETERMINAR LA CONCENTRACIN UTILIZANDO UNA CURVA DE CALIBRACIN