ANALISIS INSTRUMENTAL

1. Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia Escuela de Química Depto. De Fisicoquímica ANALISIS INSTRUMENTAL Lic. RODOLFO OROZCO

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

3. 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.

4. 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

6. 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.

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

8. DIAGRAMA OPTICO DEL FLUOROMETRO

10. La selección de un método analítico • Definición del Problema - De cuántamuestra se dispone - Quécomponentes de la muestrainterferirán - Cuáles son laspropiedadesfísicas y químicas de la matriz de la muestra • Cuántasmuestrasdebenanalizarse • Parámetros de Calidad • Exactitud y Precisión • Sensibilidad Y Selectividad • Límite de detección e intervalo de concentración

11. 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

12. Precisión • Grado de concordancia entre los datosque se obtienen de unamisma forma. • Mide el error aleatorio o indeterminado de un análisis. Ej. % Hum. Vibraciones Cambio T o Susparámetros de calidad son Desv. est. media, absoluta, relativa, CV y varianza

13. Precisión • Repetitividad Precisión determinada cuando las mediciones se realizan en condiciones repetibles, es decir: el mismo método, mismo material, mismo operador, mismo laboratorio; período de tiempo limitado. • Reproducibilidad Precisión determinada cuando las mediciones se realizan en condiciones reproducibles, es decir: el mismo método; diferentes operadores; diferentes laboratorios, diferentes equipos y un largo período de tiempo.

14. Exactitud • Mide el error sistemático, o determinado de un métodoanalítico. • Se define por la ecuación:  = u – xt es la media de la poblaciónpara la concentración del analito en unamuestracuyaconcentraciónverdaderaesxt La exactitud se determinaanalizandoestándares de referencia. Ej. Mala calibración, equipodañado (causasdefindias)

15. Sensibilidad • Capacidad de un método o instrumento de diferenciarpequeñasdiferencias en la concentración de los analitos • La IUPAC, define la sensibilidad como: La pendiente de la curva de calibración a la [ ] de interés • Depende de: 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

16. Sensibilidad de Calibración:Pendiente de la curva de calibración a la concentración de interés. La sensibilidad de calibracióntiene el inconveniente de no tomar en cuenta la precisión. Porello, Mandel y Stiehlerproponen la Sensibilidadanalíticaγ: Es insensible a los factores de amplificación e independiente a lasunidades en quemidenS.

17. Límite de detección • Concentración o peso mínimo de analitoquepuededetectarsepara un nivel de confianza dado. • Cuandonosaproximamos al límite de detección, la señalanalítica se aproxima a la señal del blancoSbl. • La mínimaseñalanalíticadistinguibleSm se tomacomo la suma de la señalmedida del blancoSblmás un múltiplok de la desviaciónestándar del mismo.

18. 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%.

19. Límite de cuantificación • Concentración o peso mínimo de analitoquepuedecuantificarsepara un nivel de confianza dado. • La mínimaseñalanalíticacuantificableSc se tomacomo la suma de la señalmedida del blancoSblmás un múltiplok=10 de la desviaciónestándar

20. • 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.

21. LINEALIDAD Capacidad del método de producir resultados que son 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.

22. Selectividad • Grado de ausencia de interferenciasdebidas a otrasespeciescontenidas 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 respuestarelativa del métodopara la especie B cuando se compara con A Los coeficientes de selectividadpuedenvariardesde 0 (no hay interferencia) hastavaloressuperiores a uno.

23. Calibración de los métodos Instrumentales • ISO (International Estándar Office) Define la calibración como: 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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

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

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

29. 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)

30. 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

31. 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.

32. 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.

33. 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

34. 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