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GENERALIDADES DE LA QUMICA ANALTICA

01Qumica AnalticaSe puede definir como una ciencia de medicin basada en un conjunto de ideas, leyes y tcnicas cuya finalidad es caracterizar la composicin de la materia.

Por tanto la qumica analtica se ocupa de separar, identificar y determinar la composicin relativa de cualquier muestra.

Qumica analtica y anlisis qumico

Aire12Anlisis QumicoSe considera al Anlisis Qumico como la parte prctica de la Qumica Analtica, que aplica los mtodos desarrollados por la misma para la resolucin de problemas.

Comprende un conjunto de tcnicas, fsicas y qumicas, para la observacin de las propiedades de una muestra con el fin de identificar y determinar las proporciones en que las sustancias se hayan presentes en la misma.

El Anlisis Qumico es el conjunto de tcnicas operatorias y su estudio, puestas al servicio de la Qumica Analtica.

La Qumica Analtica es la CIENCIA,El Anlisis Qumico es la TCNICA

Qumica analtica y anlisis qumico23Qumica analtica y anlisis qumicoANLISIS QUMICOAnlisis CualitativoAnlisis CuantitativoIdentificacin de las especiesque componen la muestra o gruposfuncionales en la mismaDeterminacin de la cantidad relativa de los componentes de la muestra en trminos numricosMuestra de Sangre

Glucosa, triglicridos, hierro,albmina,Glucosa: 100 mg/dLTriglicridos :160 mg/dLHierro: 150 g/dLAlbmina: 5 g/dL34Anlisis CualitativoSe basa en el reconocimiento de propiedades fsicas o qumicas de los compuestos.

Una Propiedad es cualquier aspecto que puede ser observado o medido y cuya naturaleza y magnitud puede relacionarse inequvocamente con la naturaleza y/o cantidad de un compuesto.

En ocasiones llega a ser semicuantitativo (nada, poco, mucho).

Se pueden realizar anlisis cualitativos con ensayos qumicos simples y tambin con instrumentos analticos.

Qumica analtica y anlisis qumico45Propiedades en Anlisis CualitativoSe utilizan las propiedades de las sustancias con caractersticas fcilmente identificables:

Qumica analtica y anlisis qumico

Visualmente (lo ms frecuente): formacin de precipitados, colores en la disolucin, desprendimiento de gases

Olfativamente: sustancias voltiles de olor caracterstico.

El anlisis cualitativo tambin lo puede realizar un Instrumento de laboratorio.

56Anlisis CuantitativoNormalmente se determinan cantidades relativas: Concentraciones.

Por ser cuantitativo requiere medidas y clculos.

Siempre habr, al menos, dos medidas:

Qumica analtica y anlisis qumico

Primera: medida de masa o volumen de muestra a analizar.Segunda: medida de alguna propiedad relacionada con la cantidad presente de un compuesto.

67TRMINOS EN ANLISIS QUMICOMUESTRA: Parte representativa de la materia objeto de anlisis.ALCUOTA: Fraccin o porcin de muestra. ANALITO: Especie qumica objeto del anlisis (lo que interesa)MATRIZ DE LA MUESTRA: Especies qumicas que acompaan al analito en la muestra. (lo que no interesa)TCNICA ANALTICA: Medio empleado para obtener informacin sobre el analito.MTODO ANALTICO: Secuencia de operaciones y tcnicas aplicadas para el anlisis de una muestra.Trminos en Anlisis QumicoEJEMPLO: Anlisis de glucosa en sangre.Muestra: SangreAnalito: GlucosaMatriz: Protenas, sales minerales, colesterolTcnica analtica: Espectrofotometra de absorcin molecular visible Mtodo analtico: Implica desde la toma de muestra hasta la obtencin del resultado final.78Clasificacin de las Tcnicas de AnlisisMtodos Clsicos o Qumicos:Tcnicas de Anlisis de Anlisis QumicoLos mtodos analticos se clasifican en funcin de la naturaleza de la segunda medida.

En los mtodos volumtricos se mide el volumen de una disolucin de concentracin conocida que contiene la cantidad de reactivo necesaria para reaccionar completamente con el analito.

En los mtodos gravimtricos se determina la masa de analito o de algn compuesto relacionado qumicamente con l.89Clasificacin de las Tcnicas de AnlisisLos mtodos electroanalticos conllevan la medida de alguna propiedad elctrica como potencial, corriente o resistencia.

Los mtodos espectrofotomtricos se basan en la medida de alguna propiedad de la radiacin electromagntica tras la interaccin con los tomos o molculas de analito.

Los mtodos cromatogrficos se basan en la separacin de analitos en una mezcla cuando estos se distribuyen entre dos fases.Tcnicas de Anlisis de Anlisis QumicoLos mtodos analticos se clasifican en funcin de la naturaleza de la segunda medida.

Mtodos Instrumentales:910Clasificacin de las Tcnicas de AnlisisMtodos Miscelneos:

Las tcnicas trmicas como la calorimetra de barrido diferencial.

Los tcnicas magnticas como la resonancia magntica nuclear.

La espectrometra de masas que mide razones carga/masa de iones y permite la identificacin de analitos.

La electroforesis capilar que permite la separacin de analitos cargados mediante la aplicacin de un campo elctrico.

Tcnicas de Anlisis de Anlisis Qumico1011EL PROCESO ANALTICO Un anlisis cuantitativo implica una secuencia de etapas que van desde la definicin del problema planteado hasta la elaboracin de un informe.

Es posible omitir una o ms etapas; por ejemplo, si la muestra se encuentra en el estado adecuado para ser analizada mediante la tcnica seleccionada, puede que no requiera ningn tratamiento previo de la misma.El proceso Analtico1112EL PROCESO ANALTICO Son los pasos necesarios para alcanzar los objetivos de un Anlisis Qumico ProblemaEleccin del mtodo analticoMTODO ANALTICOToma demuestraTratamientode la muestraProceso de medidaTratamiento de los datosInforme y conclusionesValoracin de los resultadosEl proceso Analtico12 PROBLEMA GENERALPROBLEMA ANALTICO

Contaminacin de un roDeterminacin de pesticidas o plaguicidasDoping en los Juegos OlmpicosDeterminacin de anfetaminas, hormonas, etc, en orinaToxicidad en juguetesDeterminacin de plomo en pinturas amarillasDEFINICIN DEL PROBLEMA ANLITICOEn esta etapa se plantea el tipo de anlisis requerido, convirtiendo as las cuestiones generales en cuestiones especficas que puedan responderse a travs de medidas.El proceso Analtico1314SELECCIN DEL MTODO DE ANLISISEtapa fundamental para el xito del proceso analticoExactitud requerida, Concentracin prevista del analito en la muestraDisponibilidad de tiempoFactor econmico.Complejidad de la muestra

En ocasiones puede ser la etapa ms difcilRequiere conocimiento, algo de experiencia e intuicin. La seleccin del mtodo de anlisis generalmente representa un compromiso entre:El proceso Analtico1415Toma de la muestraMuestreoProcedimiento por medio del cual se toma una parte de una sustancia, material o producto, para proporcionar una pequea cantidad representativa del total de la sustancia que se desea analizar.

El proceso Analtico1516Toma de la muestra Caracterstica ms importante de una muestra: que sea representativa del material u objeto a analizar. Es decir, de la misma composicin (cualitativa y cuantitativa)

Asegurar la representatividad es ms difcil cuanto ms heterogneo y variable es el objeto.

Es necesario aplicar criterios estadsticos: tomar submuestras en diferentes partes o zonas y mezclar adecuadamente para homogeneizar. Finalmente quedarse con una muestra de tamao apropiado.Para algunos es la operacin ms importante de un anlisis.El proceso Analtico1617Toma de la muestra No basta con que el material parezca homogneo: hay que asegurarse de ello.

No todas las muestras lquidas son homogneas: ej. diferente composicin del agua de un ro a distintas distancias de la orilla y a diferentes profundidades.

Si en el material se pueden diferenciar zonas de diferente composicin (ej. suelo): se debe aplicar un muestreo estratificado.

Es importante seguir siempre procedimientos de toma de muestra estandarizados o recomendados por organismos reconocidos.

El proceso Analtico1718Conservacin y almacenaje de muestras Los riesgos de alteracin de las muestras son mltiples (oxidacin, evaporacin, deshidratacin, contaminacin, alteraciones bioqumicas).

Es necesario un envasado adecuado segn el material. A veces, varios envases si los momentos de anlisis van a ser diferentes.

En caso de muestras perecederas es necesario prolongar su tiempo til: refrigeracin, congelacin, adicin de conservantes.

Identificacin de las muestras: Se han de etiquetar con algn cdigo de identificacin y datos bsicos que incluyan responsable del muestreo, lugar, fecha, tratamientos previos, etc.

El proceso Analtico1819Tipos de muestreoTipos de muestreo Al azar: consiste en un procedimiento de muestreo para el anlisis de materiales que se presentan como unidades uniformes, por ejemplo pastillas, botellas de agua mineral, etc. Las unidades para el anlisis son escogidas totalmente al azar.

Intuitivo: se selecciona por decisin personal la porcin del material a analizar, por ejemplo debido a un cambio de textura o color de la sustancia a analizar, o cuando se observa alguna alteracin puntual en un proceso productivo, etc.

1920Tratamiento de la muestra Lo habitual, es que la muestra necesite algn tipo de tratamiento, con el fin de:

1. Preparar la forma y tamao de la muestra, as como la concentracin del analito(s), ms adecuada para la tcnica analtica seleccionada

2. Eliminar interferencias matriciales.Son escasos los problemas que se resuelven sin necesidad de tratamiento de la muestra.Tratamiento de la muestra2021Consideraciones importantes durante la etapa de preparacin de muestraLa preparacin de la muestra no puede implicar prdidas de analito, ni tampoco contaminaciones.

Se debe transformar el analito en la mejor forma qumica para el mtodo analtico seleccionado.

Si es necesario, se eliminarn las interferencias de la matriz, mejorando as la selectividad del mtodo.

No se deben introducir nuevas interferencias.

Debe considerarse la dilucin o preconcentracin del analito, de manera que se halle en el intervalo de linealidad del mtodo seleccionado.

Tratamiento de la muestra2122Tratamiento de la muestra

Molienda: Disminucin tamao de partculaSi la muestra es slida

Almacenamiento: luz, T, tipo de recipientesSi la muestra es lquidaEvitar evaporacin del disolventeSi el analito es un gas disuelto en un lquidoDoble recipiente selladopara su almacenamientoSi el anlisis nova a ser inmediatoMorteroMaza

2223Tratamiento de la muestraPreparacin de la muestraSe encuentra el analito disuelto?SEs mensurable la propiedad analtica?NoExtraccin del analito a una fase lquida

OBTENCION DEL ANALITO EN FASE LQUIDAAPARTIR DE MUESTRA EN ESTADO SLIDOSe recoje el lquido el sobrenadante

2324Tratamiento de la muestraDisoluciones acuosas de:- cidos fuertes- bases fuertes- agentes oxidantes - agentes reductores- combinaciones de reactivos

Aplicacin de energa externa:- microondas- ultrasonidos

En ocasiones, se requieren condiciones ms enrgicas para la extraccin del analito a la fase lquida.EJEMPLO: DETERMINACIN DE AAS EN PRODUCTO FARMACUTICO MEDIANTE VOLUMETRA CIDO-BASE

2425Preparacin de la muestraSe encuentra el analito disuelto?SEs mensurable la propiedad analtica?NoExtraccin del analito a la fase lquidaSNoCambio de la forma qumica del analitoEliminar interferencias si las hubiereSulfonamidaSe adicionan reactivosEspecie fluorescenteTRANSFORMACIN DEL ANALITOEjemplo: Determinacion de sulfonamidas porespectrofluorimetra

Especie No fluorescente

Medicin de la propiedad analtica

Disolucin2526DEFINICIN DE RPLICAS DE MUESTRASEl proceso de medida debe llevarse a cabo en varias alcuotas idnticas de la muestra1 mL 110 mg/dL

1 mL 109,6 mg/dL

1 mL 187,5 mg/dL

1mL 110,3 mg/dLFinalidad

Establecer la variabilidad del anlisisEvitar un error grave

LA INCERTIDUMBRE ES TAN IMPORTANTE COMO LA MEDIDA MISMA X SD

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La mayora de los mtodos necesitan de disoluciones estndar o patrnS = K x CA S = Seal analticaK= constante de proporcionalidadCA= concentracin de analitoDisolucin patrn

CA = 80 mg/dLS = 0,1990,199 = K 80K = 0,0025 dL/mgDisolucin problema

CA = ?S = 0,2610,261 = 0,0025 CACA = 104,4 mg/dLPROCESO DE MEDIDAEmpleo de un patrn

El proceso de medida puede considerarse la quinta etapa del proceso analtico. Todos los resultados analticos dependen de la medida final de una propiedad fsica o qumica del analito.

En la calibracin con un estndar externo, la muestra se prepara por separado del estndar. La propiedad analtica medida (S) depende de manera conocida y reproducible de la concentracin del analito (CA). En teora, la medida de la propiedad es directamente proporcional a la concentracin: S = K x CA. Salvo dos excepciones, todos los mtodos instrumentales requieren la determinacin emprica de K con estndares o patrones del analito. La determinacin del valor de K se denomina calibracin.En una primera aproximacin es posible obtener el valor de K con el uso de un nico estndar externo y seguidamente calcular el contenido de analito en la muestra problema. Generalmente resulta ms seguro trabajar no con una nica disolucin patrn sino con varias, como vemos en la siguiente diapositiva.

2728PROCESO DE MEDIDACurva de calibracin con varios patronesConcentracinmg/dL04080120160200Seal analtica = ordenada origen + K x CA Seal analtica = 0,00129 + 0,0024 x CA

mg/dL

Seal analtica0,0010,1010,1990,3030,4010,498Los estndares externos se usan para calibrar instrumentos y procedimientos cuando no hay efectos de interferencias de los componentes de la matriz en la disolucin del analito. Se preparan una serie de estndares externos de distintas concentraciones conocidas del analito. Idealmente se utilizan tres o ms disoluciones en el proceso de calibracin. La calibracin con un nico patrn, que sera la propuesta en la diapositiva anterior, no es recomendable pues conlleva un alto riesgo de error.La calibracin se lleva a cabo al obtener la seal de respuesta (altura o rea de pico, absorbancia, voltaje, etc.) como funcin de la concentracin conocida del analito. Al representar grficamente los datos y ajustarlos a una ecuacin matemtica se obtiene la curva de calibrado. El mtodo de mnimos cuadrados es el mtodo de anlisis de regresin ms empleado para datos bidimensionales. La constante de proporcionalidad (K) corresponde a la pendiente de calibracin.

2829PROCESO DE MEDIDACLCULO DE CA EN LA MUESTRA A TRAVS DE LA CURVA DE CALIBRADO

Seal analtica = 0,0013 + 0,0024 x CAEl mtodo de calibracin frente a patrones externos es vlido si no hay interferencias de la matriz de la muestra.

Muestra problema

0,261 = 0,0013 + 0,0024 x CACA = 108,2 mg/dLmg/dLAplicacin de factores de dilucin preconcentracin,si procedeSeguidamente la seal analtica obtenida para la muestra analizada se sustituye en la ecuacin de calibracin obtenindose la concentracin del analito. Los factores de dilucin o precocentracin a los que hubiese sido sometida la muestra antes del proceso de medida, habrn de ser considerados para la obtencin del resultado final.Cuando se emplean estndares externos, se supone que cuando el analito se halle en la muestra y en la disolucin estndar en la misma concentracin, se obtendr la misma respuesta. Sin embargo, esto no siempre ocurre as y, en esos casos, es necesario recurrir a otros mtodos de calibracin como el del estndar interno o el de adiciones estndar a las muestras.

2930EVALUACIN DE LOS RESULTADOSInforme y conclusionesEl informe del anlisis ha de:Indicar claramente los resultadosLas condiciones experimentales empleadasLimitaciones concretas de la tcnica analtica empleadaConcentracin de glucosa :x SD2. Tcnica espectrofotomtrica 3. Intervalo de linealidad, LD, LQArsnico en orina

Concentracin de arsnico x SDTcnica analtica3. Intervalo de linealidad, LD, LQ

Los resultados han de ser evaluados por estimacin de su fiabilidadGlucosa en sangreLos resultados analticos se consideran incompletos sin una estimacin de su fiabilidad. Por tanto, debe proporcionarse alguna medicin de la incertidumbre relacionada con los clculos obtenidos si pretendemos que los resultados tengan valor.Adems, el informe final no slo debe plasmar los resultados obtenidos sino tambin las limitaciones concretas del mtodo de anlisis empleado: intervalo de linealidad, lmite de deteccin, lmite de cuantificacin, etc.En cualquier caso, el informe puede ir dirigido a un especialista o para el pblico en general, de modo que ser necesario asegurarse de que es apropiado para el destinatario previsto.

3031EVALUACIN DE LOS RESULTADOSInforme y conclusionesConcentracin de glucosa: 520 1 mg/dL2. Tcnica espectrofotomtrica 3. Intervalo de linealidad, LD, LQIngreso hospitalario del individuoConcentracin de As en orina: 403 2 ng/LTcnica HG-AASIntervalo de linealidad, LD, LQEnvenenamiento crnico del individuoEl analista puede o no implicarse en lo que se vaya a hacer con su informacin. Como mnimo debera asegurarse que las conclusiones que se extraigan de sus datos sean coherentes con los mismos.Una vez escrito el informe, el analista puede o no estar implicado en el uso de su informacin. Como mnimo el analista tiene la responsabilidad de asegurar que las conclusiones que se extraigan de sus datos sean coherentes con los mismos.

31Medir la propiedad analticaCalcular los resultadosy estimar su fiabilidadInformeConclusionesPreparacin de la muestraSe encuentra el analito disuelto?SEs mensurable la propiedad analtica?NoExtraccin del analito a la fase lquidaSNoCambio de la forma qumica del analitoEliminar interferencias si las hubiereA modo de resumen, se muestra en la diapositiva los principales pasos del proceso analtico a partir de la eleccin del mtodo de anlisis.

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