N. Campillo Seva

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Asignatura: Análisis QuímicoGrado: BioquímicaCurso académico: 2011/12

• 1. Generalidades: – Análisis Cualitativo y Análisis Cuantitativo

• 2. Conceptos básicos en Análisis Químico

• 3. Clasificación de los métodos de Análisis

• 4. El proceso analítico

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CIENCIA DE LA MEDICIÓN: separa, identificay cuantifica los componentes de una muestra de materia.

Para ello desarrolla y mejora métodose instrumentos

QUÍMICA ANALÍTICA

ANÁLISIS QUÍMICO

Parte práctica de la Química Analítica que aplica los métodos de análisis para resolver problemas

1. GENERALIDADES

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ANÁLISIS QUÍMICO

Análisis Cualitativo Análisis Cuantitativo

Identificación de las especiesque componen la muestra

Determinación de la cantidad relativa de los componentes de la muestra en términos numéricos

Glucosa, colesterol total,triglicéridos, hierro,ferritina, albúmina,acido úrico….

Glucosa 100 mg/dLColesterol total 200 mg/dLTriglicéridos 160 mg/dLÁcido úrico 5 mg/dLFe 150 µg/dLFerritina 200 µg/dLAlbúmina 5 g/dL

Sangre

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4F1

IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA ANALÍTICA

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QUÍMICA ANALÍTICA

BiologíaGeología

Ciencias Ambientales

Agricultura

Ciencias Sociales

Ciencias de los materiales

Física

Medicina

Ingeniería

Química

2. CONCEPTOS BÁSICOS EN ANÁLISIS QUÍMICO

• MUESTRA:MUESTRA: Parte representativa de la materia objeto de análisis. • ALÍCUOTA:ALÍCUOTA: Fracción o porción de muestra. • ANALITO:ANALITO: Especie química objeto del análisis. • MATRIZ DE LA MUESTRA:MATRIZ DE LA MUESTRA: Especies químicas que acompañan al analito en

la muestra. • TÉCNICA ANALÍTICA: TÉCNICA ANALÍTICA: Medio empleado para obtener información sobre el

analito.• MÉTODO ANALÍTICO:MÉTODO ANALÍTICO: Secuencia de operaciones y técnicas aplicadas para

el análisis de una muestra.

EJEMPLO: Análisis de glucosa en sangre.Muestra: SangreAnalito: GlucosaMatriz: Proteínas, sales minerales, colesterol…Técnica analítica: Espectrofotometría de absorción molecular visible Método analítico: Implica desde la toma de muestra hasta la obtención del resultado final.

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OTROS CONCEPTOS IMPORTANTESOTROS CONCEPTOS IMPORTANTES

• INTERFERENTE:INTERFERENTE: Especie química distinta del analito que aumenta o disminuye la respuesta del analito bajo el método aplicado. (Ej. Analito: Ca2+, Al3+ es un interferente si la determinación se lleva a cabo por valoración con EDTA. Interferencia positiva)

• ENMASCARAMIENTO:ENMASCARAMIENTO: Transformación del interferente en otra especie química que no es detectada con la técnica analítica empleada.

(Ej. Al3+ + 3OH- → Al(OH)3)

• DISOLUCIÓN ESTÁNDAR:DISOLUCIÓN ESTÁNDAR: Disolución conteniendo el analito en concentración perfectamente conocida. (Ej. Disolución acuosa conteniendo glucosa en una concentración exacta de 75 mg/dL)

• CURVA DE CALIBRADO:CURVA DE CALIBRADO: Gráfica que representa la señal analítica monitorizada frente a la concentración del analito.

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3. CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ANÁLISIS

● Métodos clásicos: se basan en propiedades químicas de los analitos.Volumetrías y gravimetrías.

● Métodos instrumentales: se basan en propiedades químico-físicas de los analitos.Se clasifican según la propiedad que se mide (espectroscópicos,electroquímicos, misceláneos…)

● Métodos de separación: la finalidad inicial de estos métodos era separarinterferentes antes de proceder a aplicar la técnica analítica seleccionada. En la actualidad, existen métodos de separación que son métodos de análisis en sí mismos, como por ejemplola cromatografía.

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Mediciones en Análisis Cuantitativo

- Peso o volumen de muestra

- Cantidad proporcional a la cantidad de analito en la muestra

El Análisis Químico alcanza sus objetivos mediante el PROCESO ANALÍTICO, que es la aplicación del método científico, implicando el proceso de la figura:

Problema

Elección del método analítico

Toma demuestra

Tratamientode la muestra

Proceso de medida

Tratamiento de los datos

Informe y conclusiones

MÉTODO ANALÍTICO

Valoración de los resultados

4. EL PROCESO ANALÍTICO

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ETAPAS DEL PROCESO ANALÍTICOETAPAS DEL PROCESO ANALÍTICO

4.1. Definición del problema: En esta 1ª etapa se plantea el tipo de análisis requerido y la escala de trabajo.

Ejemplo: Se pretende contrastar el contenido real de acido acetilsalicílico (AAS) en un producto farmacéutico con el valor suministrado por el fabricante

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4.2. Selección del método de análisis:

Consideraciones importantes:

☺ Exactitud requerida en los resultados

☺ Disponibilidad de tiempo y de dinero

☺ Número de muestras a analizar

☺ Concentración esperada del analito en la muestra

☺ Complejidad de la muestra bajo análisis

Etapa crucial para el éxito de los resultados finales

Buscar en la bibliografía procedimientos apropiados o, si es necesario, ponera punto nuevos procedimientos analíticos para llevar a cabo el análisis

Volumetría ácido-base

AAS

NaOH

F1

F2

4.3. Toma de muestra o muestreo• Plan de muestreo: estrategia a seguir para garantizar que los

resultados obtenidos reflejen la realidad del material analizado.

• Características que ha de cumplir la muestra:– ser representativa del material a analizar– ser homogénea, lo que significa que debe ser igual en todas

sus partes.

Se reduce el error en los resultados

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F1

4.4. Tratamiento de la muestra

Son escasos los problemas que se resuelven sin necesidad de tratamiento de la muestra

2. Eliminar interferencias matriciales

Lo habitual, es que la muestra necesite algún tipo de tratamiento, con el fin de:

1. Preparar la forma y tamaño de la muestra, así como la concentración del analito(s), más adecuada para la técnica analítica seleccionada

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Consideraciones importantes durante la etapa de preparación de muestra

1) La preparación de la muestra no puede implicar pérdidas de analito, ni tampoco contaminaciones.

3) Si es necesario, se eliminarán las interferencias de la matriz, mejorando así la selectividad del método.

4) No se deben introducir nuevas interferencias.

5) Debe considerarse la dilución o preconcentración del analito, de manera que

se halle en el intervalo de linealidad del método seleccionado.

2) Se debe transformar el analito en la mejor forma química para el método analítico seleccionado.

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Molienda: Disminución tamaño de partícula

Si la muestra es sólidaAlmacenamiento: luz, T, tipo de recipientes…

“Liofilización previa”

Si la muestra es líquida

Evaporación del disolvente

Si el analito es un gas disuelto en un líquido

Doble recipiente selladopara su almacenamiento

Si el análisis nova a ser inmediato

La mayoría de las técnicas analíticas: MUESTRA EN ESTADO LÍQUIDO

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F1

F3

F2

F4

F5

Mortero

Maza

Elección del métodoObtención de la

muestraPreparación de la

muestra

¿Se encuentra el analito disuelto?

Sí

¿Es mensurable la propiedad analítica?

NoExtracción del analito

a una fase líquida

MUESTRA EN ESTADO LÍQUIDO

Recogemos el líquido el sobrenadante

Líquido sobrenadante

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Disolvente (H2O, EtOH,MeOH…

Muestra sólida

Agitación

Suspensión del sólido en el disolvente

Centrifugación

Residuo sólido

Residuo sólido

Decantación

F1

Para la determinación de AAS en producto farmacéutico mediante volumetría ácido-base

- En ocasiones, se requieren condiciones más enérgicas para la extracción del analito a la fase líquida:

Disoluciones acuosas de:- ácidos fuertes- bases fuertes- agentes oxidantes - agentes reductores- combinaciones de reactivos

Aplicación de energía externa:- microondas- ultrasonidos…

Trituración del fármaco y disolución

en etanol

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F2F1 F3

F4

F5

Elección del métodoObtención de la

muestraPreparación de la

muestra

¿Se encuentra el analito disuelto?

Sí

¿Es mensurable la propiedad analítica?

NoExtracción del analito

a la fase líquida

SíNo

Cambio de la forma química del analito

Eliminar interferencias si las hubiere

Ej. Sulfonamida

Adicionamos reactivos (para la determinación mediante fluorimetría)

Especie fluorescente

MÉTODOS DE SEPARACIÓN

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DEFINICIÓN DE RÉPLICAS DE MUESTRAS

El proceso de medida debe llevarse a cabo en varias alícuotas idénticas de la muestra

1 mL 110 mg/dL

1 mL 109,6 mg/dL

1 mL 187,5 mg/dL

1mL 110,3 mg/dL

Finalidad

1.Establecer la variabilidad del análisis2.Evitar un error grave

LA INCERTIDUMBRE ES TAN IMPORTANTE

COMO LA MEDIDA MISMA

X ± SD

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F1

F2

4.5. Proceso de medidaLa mayoría de los métodos necesitan de disoluciones estándar o patrón

VOLUMETRÍASVOLUMETRÍAS: Se mide la cantidad de equivalentes químicos de valorante en el punto final de la valoración

Señal analítica = K x CA K= constante de proporcionalidadCA= concentración de analito

Disolución patrón

CA = 80 mg/dLS = 0,199

0,199 = K 80K = 0,0025 dL/mg

Disolución problema

CA = ?S = 0,261

0,261 = 0,0025 CA

CA = 104,4 mg/dL

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F1F2

4.6. Tratamiento de los datos a través de ecuaciones de calibración

Concentración, mg/dl

Señal analítica

0 0,001

40 0,101

80 0,199

120 0,303

160 0,401

200 0,498

Señal analítica = ordenada origen + K x CA

Señal analítica = 0,00129 + 0,0024 x CA

Concentración, ppm

0 50 100 150 200 250

Se

ña

l an

alít

ica

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

mg/dl

Curva de calibración con patrones externos

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Concentración, ppm

0 50 100 150 200 250

Se

ña

l an

alít

ica

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6 Señal analítica = 0,0013 + 0,0024 x CA

0,261 = 0,0013 + 0,0024 x CA

CA = 108,2 mg/dL

mg/dl

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CÁLCULO DE CA EN LA MUESTRA A TRAVÉS DE LA CURVA DE CALIBRADO

Aplicación de factores de dilución ó preconcentración,

si procede

El método de calibración frente a patrones externos es válido si una determinadaCA tanto en la muestra como en la disolución estándar proporciona la mismarespuesta analítica.

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Si las respuestas analíticas para un mismo valor de CA en la disoluciónestándar y en la muestra son diferentes:

Método del estándar interno Método de adiciones estándar

El patrón interno es una especie de referencia (R),con propiedades químicas y físicas parecidasa las del analito (A)

SA/SR

CACA añadida a la muestra

SA

Se agregan cantidades conocidas de analitoa la muestra

Concentración de analito en la muestra

4.7. Evaluación de los resultados, informe y conclusiones

El informe dirigido al solicitante del análisis ha de:1.Indicar claramente los resultados2.Las condiciones experimentales empleadas3.Limitaciones concretas de la técnica analítica empleada

1. Concentración de glucosa obtenida:

x ± SD1. Técnica

espectrofotométrica …2. Intervalo de linealidad, LD, LQ…

As en orina1. ND (no detectado)2. Espectrometría de absórción atómica

con atomización electrotérmica (ETAAS)3. LD (Límite de detección): 50 ppt

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Los resultados han de ser evaluados por estimación de su fiabilidad

El analista puede o no implicarse en lo que se vaya a hacer con su información.Como mínimo debería asegurarse que las conclusiones que se extraigan de sus datos sean coherentes con los mismos.

1. Concentración de glucosa: 520 ± 1 mg/dL

1. Técnica espectrofotométrica …2. Intervalo de linealidad,

LD, LQ…

Ingreso hospitalario del individuo

1. Concentración de As en orina: 403 ± 2 ng/L

2. Técnica HG-AAS3. Intervalo de linealidad,

LD, LQ…

Envenenamiento crónico del individuo

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Conclusiones

Elección del métodoObtención de la

muestraPreparación de la

muestra

¿Se encuentra el analito disuelto?

Sí

¿Es mensurable la propiedad analítica?

NoExtracción del analito

a la fase líquida

SíNo

Cambio de la forma química del analito

Eliminar interferencias si las hubiere

Medir la propiedad analítica

Calcular los resultados

Informe Conclusiones

Estimar la fiabilidad de los resultados

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CRÉDITOS DE LAS ILUSTRACIONES – PICTURES COPYRIGHTS

-Logo Portada OCW-UM. Autor: Universidad de Murcia. Dirección web: http://ocw.um.es.-Página 5, F1. Dirección web: http://blogdelcancer.blogspot.com/-Página 10, F1. Autor: Mysid (original by Quantockgoblin). Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:burette.svg-Página 10, F2. Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chemistry_flask_matthew_02.svg-Página 11, F1. Dirección web: http://maikelnai.elcomercio.es/wp-content/uploads/2008/04/farmaco_radiacion.jpg-Página 14, F1. Fuente: “Quantitative Chemical Analysis”, Seventh Edition, © 2007 W.H. Freeman and Company.-Página 14, F2. Dirección web: http://profesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s06/projects/GerardoAlvarez/proyecto_final_archivos/image009.gif-Página 14, F3. Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eppendorf_tubes.jpg-Página 14, F4. Dirección web: http://www.sunbox.es/es/envases-industriales-3/botes-5/frascos-roscados-111.html-Página 14, F5. Dirección web: http://www.adendorf.net/-Página 15, F1. Fuente: “Quantitative Chemical Analysis”, Seventh Edition, © 2007 W.H. Freeman and Company.-Página 16, F1. Autor: Hannes Grobe. Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mortar_achat_hg.jpg-Página 16, F2. Autor. User:Ruhrfisch. Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetic_Stirrer.JPG-Página 16, F3. Autor: Hannes Grobe. Dirección web: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volumetric_flask_hg.jpg-Página 16, F4. Dirección web: http://www.inilab.es/media/catalog/product/cache/1/small_image/160x/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/2/2/22001.png-Página 16, F5. Dirección web: http://www.icb.csic.es/fileadmin/grupos/ProcesosQuimicosAvanzados/HornoDeMicroondas-m.jpg-Página 18, F1. Dirección web: http://newsimg.bbc.co.uk/media/images/41203000/jpg/_41203257_050531vihbody.jpg-Página 18, F2. Dirección web: http://us.cdn3.123rf.com/168nwm/dusanzidar/dusanzidar0801/dusanzidar080100075/2443753-parte-la-celebraci-n-de-sangre-en-tubo-de-ensayo-cerca.jpg-Página 19, F1 y F2. Fuente: “Quantitative Chemical Analysis”, Seventh Edition, © 2007 W.H. Freeman and Company.

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