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Tema 2: Tratamiento de muestras y técnicas de separación de analitos.
ecosistema(¿contaminado?)
muestratoma y
preparación
sólido, líquido o gas
técnicaanalítica
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) M étodos “de campo”: medidas in-situ, teledetección.
UN EJEMPLO DE MOLÉCULAS SUSCEPTIBLES DESER SEPARADAS MEDIANTE CROMATOGRAFÍA
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
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Paso 4: Calibrado del método y análisis de datos
Detección por absorción Ultravioleta a 254 nm
Recta de calibrado para cada analito
M uestreo: algunas consideraciones
Si se cogen N partículas de la m uestra com o analito para realizar una m edida se tiene:
Partículas A: N A= N ⋅ p Partículas B: N B= N ⋅ qdesviación estándar en N A y N B: s = N ⋅ p ⋅ q
¿Q ué cantidad de muestra es necesaria?
desviación relativa (% ) RA= s/N A x 100 RB= s/N B x 100
(porcentaje m ayor para las com ponentes m inoritarias)
Constante de m uestreo Z : m asa de analito tal que R= 1%
m ezcla de dos especies A y B con fracciones molares p y q, respectivam ente
K
M asa necesaria si se requiere un valor de R: M = Z/R2
s (desviación estándar)
xvalorm edio
M edidas de 24N a en el hígado
M asa de m uestra
¿Q ué cantidad de muestra es necesaria?
R = s/x % desviación relativa
M étodos de transformación y extracción de gases
gas
- disolución - condensación- atrapamiento químico líquido o
disolución
- congelación- adsorción sobre superficies
sólido
líquido odisolución
- evaporación - ebullición - volatilización de llama o electroquímica
gas
- precipitación - congelación- adsorción enporos y superficies
sólido
M étodos de transformación y extracción de líquidos
extracción líquido-líquido
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M étodos de transformación y extracción de sólidos
sólido
- fusión- disolución- digestión- extracción por recirculación y supercrítica
líquido odisolución
- evaporación/desorción- combustión- ablación (láser, eléctrica)- bombardeo (iones)
gas
Digestión de sólidos: disolución con ácidos, bases, agentes oxidantes (HCl, HN O 3, H 2SO 4, H 3PO 4, HF, N aO H, ...)
disolución ácida de metales: M + nH + → M n+ + (n/2)H 2
problema: se forman muchas sustancias volátiles. Se deben usar reactores cerrados y paredes gruesas protonación de aniones de la muestra: H 2CO 3 (→ CO 2), H 2S, PH 3, H 3BO 3 , ... formación de haluros metálicos volátiles: HgCl2, SnCl4,
Familias de analitos y su polaridad(tabla 24.2 libro de Harris)
N o PolaresHidrocarburos saturadosy arom áticosM ercaptanos y sulfuros
Polaridad Intermedia débilÉteresCetonasÉsteresAm inas terciariasN itritos
Polaridad Intermedia fuerteAlcoholesÁcidos carboxílicosFenolesAm inas prim arias y secundariasN itrilos
Polaridad FuertePolihidroxialcoholesAm inoalcoholesHidroxácidosÁcidos polipróticosPolifenoles
Extracción de analitos con disolventes
Isooctano (99ºC)
Hexano (69ºC)
Tolueno (101ºC)
Benceno (80ºC)
Diclorometano (39ºC)
Acetato de Etilo (77ºC)
Cloroformo (61ºC)
Etanol (78ºC)
Acetona (56ºC)
Dimetilsulfóxido (189ºC)
Metanol (64ºC)
Agua (100ºC)
Algunos disolventes típicos en Análisis Q uímico(una tabla mas completa en S.Lago et al. J.Phys.Chem. 101, 6763, (1997))
Polaridad decreciente
Disolvente (pto. Ebullición normal)
inm iscibles m iscibles
Disolución de la m uestra
Extracción en fase sólida
M uestra:disolvente 1con analitos
disolvente 2 disolvente 3
m atriz sólida
disolvente 1 disolvente 2 disolvente 3
M étodos de separación y extracción de analitos
Extracción: Pasar un soluto de una matriz a otra
Coeficiente de repartode un analito entre dos K =matrices (o fases)
[C]2[C]1
Fase 1 Fase 2Fase 1
K=0.5
K=5
(VA = VB)
V V V
Extracción Líquido-líquido
4
Extracción líquido-líquido
Coeficiente de reparto yEficiencia de extracción
[C]1 = q n /V1
[C]2 = (1-q) n /V2
Fase acuosa
Fase orgánica
Disolventes inmiscibles
Disolventes orgánicosCCl4, CHCl3tolueno, hexano, benceno
calor
disolvente extractorm ás denso
disolvente extractor
m enos denso
Extracción líquido-líquido
en modo continuo(analito no volátil)
condensador(refrigerado)
muestra
muestra
Separación crom atográfica clásica en colum naLos analitos A y B fluyen con velocidades distintas
a través del m aterial de la columna (fase estacionaria)Por su distinta interacción con el m ism o
Disolvente conSolutos A y B(fase móvil)
Relleno de la columna(fase estacionaria)
A
B
Aem erge
Bem erge
Em erge sólo disolvente
C
D B
A
tiempo
Horno con columna de separacióncrom atográfica
detector
señal
M uestra con analitosA, B, C ,D
Cromatografía de gases
Los analitos A, B, C, D, etc fluyen con velocidades distintas
a través de la columna por su distinta interacción con la m ism a
M ayor interacción = m ayor tiempo de retención
horno
Columnas cromatográficas modernas
Colum na em paquetada(crom atografía de líquidos)
Colum na abierta(crom atografía de gases)
Fase estacionaria(sólida o líquida) grosor 0.1 - 5 µmdiám etro internocolum na 0.1 - 0.5 m m
Fase estacionaria(sólido poroso)diám etro internocolum na 1 - 5 m m
Un ejem plo: Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por
Crom atografía de gases con Tem peratura program ada
Tem peratura Program ada50º-250º en 8 m in.
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Composición del “Chapapote” del Prestige
Fuel pesado (residuo de la destilación del petróleo crudo)
Utilización - com bustión industrial (centrales térm icas, hornos, cem enteras) y - combustible de barcos con m otores diesel lentos, de gran potencia
Composición (fuente: Laboratorio Le-Cedre (Francia) http://www.le-cedre.fr/fr/prestige)
Técnica Utilizada: Crom atografía de gases con detección por Espectrom etría de masasResultadosHidrocarburos saturados 25 % Hidrocarburos aromaticos 50 %Resinas 10 % Asfaltenos 25 %
Vertido delPrestige
Hidrocarburos
Saturados
Hidrocarburos
Arom áticos