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TEMA 1.- INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA ANALÍTICA
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Definición
Ciencia que estudia los métodos de reconocimiento
y determinación de la composición de las
sustancias, tanto en lo que respecta a la
naturaleza de las sustancias más simples que las
constituyen (análisis cualitativo) como en lo que
se refiere a la cantidad de las mismas (análisis
cuantitativo) (Babor J.A., Ibarz J.I. Química
General Moderna)
La química analítica se ocupa de la separación,
identificación y determinación de la composición
de una muestra de materia
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Antecedentes históricos sobre Química Analítica

• Robert Boyle (1627-1691). Químico irlandés
• Empleó muchos reactivos, como el AgNO3, el NH3
  para detectar HCl y el sulfhidrato amónico
  (licor de Boyle)
• Utilizó el jarabe de violeta como indicador para
  distinguir los ácidos de las bases
• Sus ensayos sobre la oxidación del Cu casi le
  llevaron al descubrimiento de la composición del
  aire

Sigismund Marggraff (1709-1782). Químico
alemán Distinguió por la coloración de la llama
las sales sódicas de las potásicas
Joseph Black (1728-1799). Químico inglés Sus
estudios cuantitativos acerca de los carbonatos
sirvieron para tener una idea clara de la
naturaleza de la combinación química
T. Olaf Bergmann (1734-1784). Químico
sueco Edifica las bases del análisis químico.
Descubre la composición cualitativa del aire El
ácido aéreo (gas carbónico), el aire viciado
(nitrógeno) y el aire puro (oxígeno)

• Henry Cavendish (1731-1810). Aristócrata inglés
• Al hacer actuar el H2SO4 y el HCl sobre el Fe, Zn
  y S descubrió el H2 (reacción redox). Al medir la
  densidad, comprobó en cada caso que se trataba
  del mismo gas y al quemarlo en el aire ordinario
  y en O2, encontró con sorpresa que se formaba H2O
  (1781) y que la proporción era 2 volúmenes de H2
  por 1 de O2
• Halló la composición del O2 en el aire (20.8 ),
  valor muy próximo al verdadero (21 )

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La Química Analítica en la industria

• a) Toma de muestra y control de materias primas
• La muestra obtenida debe ser representativa
  (materiales tipo Bulk)
• Análisis de la composición (la calidad del
  producto fina dependerá de la calidad de la
  materia prima)
• b) Control del proceso
• La verificación y el control de calidad se
  realiza mediante el análisis de muestras tomadas
  en distintos puntos del proceso. Una vez
  interpretados los datos obtenidos se procede al
  cambio de las condiciones de fabricación si fuese
  necesario
• La tendencia es hacia el análisis en línea,
  utilizando sensores (temperatura, presión,
  caudales, tiempos de residencia en los reactores
  y concentración de gases y líquidos) conectados a
  ordenadores
• c) Control de calidad del producto acabado
• Realización de un muestreo representativo
  (materiales tipo batch)
• Análisis de la composición
• Control efluyentes industriales
• Para evitar la contaminación mediambiental

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La Química Analítica en el deporte

• 1) La Química Analítica está presente en
• La mejora del rendimiento deportivo Ej.
  Comprobación de que el deportista está
  desplazando a la derecha su umbral anaerobio
  (Ej. La fracción espiratoria de anhídrido
  carbónico, etc.
• La lucha contra el consumo de dopantes
• 2) Técnicas analíticas usadas
• Espectrometría de masas Se basa en el bombardeo
  electrónico, del vapor de la muestra que se va a
  analizar, en una cámara a alto vacío. Las
  moléculas se fraccionan en iones positivos que se
  separan en un campo magnético en función de su
  relación m/z (ver espectro).
• Cromatografía técnica de separación que se
  caracteriza porque los componentes de una mezcla
  se distribuyen entre dos fases no miscibles. Se
  puede acoplar a un gran número de detectores (ver
  cromatograma en capa fina)
• Inmunoensayo. Es una técnica muy selectiva
• Analizadores de gases Son analizadores
  especificos para el análisis de gases como el O2,
  el CO2 y otros de importancia biológica.

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Conceptos básicos I
Problema Asunto planteado por la sociedad (o
grupo) de forma genérica   Objeto Consecuencia
de la concreción del problema   Muestra Parte
del objeto tomada en el espacio y
tiempo   Analito Especie a determinar
Proceso Conjunto general de etapas que separan a
una muestra de un resultado. La muestra sin tomar
y el resultado expresado según requerimiento   Téc
nica Se basa en un principio científico que se
materializa en un instrumento y que genera
información que sirve de base para la
determinación cualitativa, cuantitativa y/o
estructural   Método Conjunto de instrucciones
generales para desarrollar el proceso analítico
  Procedimiento Conjunto de instrucciones
concretas para llevar a cabo un método
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Conceptos básicos II
 Análisis Conjunto global de operaciones
analíticas aplicadas a la muestra
  Determinación Se refiere a la especie que se
va a determinar   Medida Se refiere a la
propiedad física o físico-química que nos sirve
de base para la determinación del analito   La
muestra se analiza, el analito se determina y la
propiedad se mide
Instrumento Sistema que proporciona información
cualitativa, cuantitativa y/o estructural de la
materia   Aparato Sistema que realiza una
función determinada pero que por si no genera
ninguna información de relevancia   Dispositivo
Partes del instrumento o aparato
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CONCEPTOS GENERALES EN QUÍMICA ANALÍTICA
? Análisis cualitativo Identificar químicamente
a las especies que hay en la muestra ? Análisis
cuantitativo Determinar la concentración de una
o varias de estas especies en base a ? El peso
o volumen de la muestra y ? Una señal que es
proporcional a la cantidad de analito ? Etapa de
separación Proceso mediante el cual se separa
una o varias especies de la muestra Técnicas
comunes en Química Analítica Gravimetría Se
determina la masa de analito o de algún
compuesto relacionado químicamente con
él Volumetría Se mide el volumen de una
disolución de reactivo (valorante), necesario
para reaccionar con todo el analito Electroanális
is Se miden propiedades eléctricas como el
potencial, la intensidad, resistencia y cantidad
de electricidad Espectroscopía Se basa en la
interacción entre la radiación electromagnética
y el analito, o bien en la producción de
radiaciones por los analitos
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Ensayos de separación de especies

•  Separación del Grupo I
• Se toman 5 ml de la disolución problema obtenida
  tras la digestión del sólido (comprobar pH
  básico) HNO3 2N hervir para destruir
  complejos
• Si es violeta o rojo H2O2 hervir hasta
  decoloración
• Eliminar exceso de H2O2 Na2CO3 hasta basicidad
  3 ml de exceso. Si se desprende NH3 seguir
  hirviendo hasta eliminación
• Centrifugar
• Lavar dos veces con 1 ml de agua caliente y
  centrifugar

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Ensayos de identificación de especies

• Amonio
• 1 ml de problema original NaOH 2N calor para
  liberar NH3. Color azul de papel indicador
  humedecido aplicado en la boca del tubo indica
  amonio
• Cromato
• 1 ml de disolución G.I HCl 2N hasta acidez 2
  gotas exceso (color naranja) H2O2 (color azul
  de percrómico que va evolucionando a verde cuando
  se forma más)
• Calentar para expulsar H2O2 4 gotas AEDT
  calor baño de agua (10-15 min). Color violeta
  (del complejo CrY-) indica cromato
• Potasio
• 1 ml de disolución G.I AcH (o tampón AcH/Ac-)
  hasta acidez débil cobaltonitrito sódico
  (disolución reciente). Precipitado amarillo
  indica potasio
• Arsenito (Ensayo de Fleitman)
• 0.5 ml de disolución G.I NaOH 2N Al metal
  calor ? AsH3. Papel impregnado AgNO3 en boca del
  tubo, mancha parda o negra (Agº) indica AsO2-

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Ensayos de cuantificación de especies

• Determinación de Fe y Al en una roca
• Puede haber materia inerte
• Se pesa (P) y se disuelve o disgrega la muestra
• 1ª determinación (NH3, pH7.8). Precipitamos y
  calcinamos (a g de Fe2O3, Al2O3)
• 2ª determinación (NaOH pH11-12). No precipita
  Al (b g de Fe2O3)
• Cálculos

a-b g de Al2O3
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Ensayo de Gutzeit (lo dan AsO43-, AsO2-, Sb3 y
PO43-)
2.5 ml de problema Zn (granalla) H2SO4
calor ? AsH3 papel impregnado de AgNO3 en boca
de tubo. Mancha parda o negra (Agº) indica iones
mencionados
Método gravimétrico por precipitación

• Ej. Determinación de la cantidad de calcio en
  aguas naturales
• Se añade un exceso de ácido oxálico, H2C2O4, a un
  volumen de muestra medido cuidadosamente
• En presencia de amoniaco, todo el calcio
  precipita como oxalato de calcio
• Ca2(ac) C2O42-(ac) ? CaC2O4(s)
• El precipitado se transfiere a un cresol,
  previamente pesado, se seca y se calcina al rojo
  vivo. El precipitado se transforma
  cuantitativamente en óxido de calcio
• CaC2O4(s) ? CaO(s) CO(g) CO2(g)
• El crisol con el precipitado se enfría, se pesa
  y, por diferencia, se determina la masa de óxido
  de calcio. A continuación se calcula el contenido
  de calcio en la muestra

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Método volumétrico

• Procedimiento general
• Objetivo Determinar la concentración de una
  disolución problema
• Se añade lentamente desde una bureta una
  disolución patrón de reactivo (de concentración,
  N1, perfectamente conocida) a un volumen
  exactamente medido (V2) de la disolución con el
  analito hasta que la reacción se completa (punto
  de equivalencia)
• Analito Reactivo ? Producto
• El volumen (V1) de reactivo requerido para
  completar la valoración se determina por
  diferencia entre las lecturas inicial y final de
  la bureta
• En el PE se cumple que
• meq de Analito meq de Reactivo
• ?
• N () x V2 N1 x V1

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Método espectrofotométrico
A log (I0/I) ??L?C
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Metodología
IDENTIFICACION DE LA INFORMACION REQUERIDA
PLANIFICACION DE LA ESTRATEGIA ANALITICA
TOMA DE MUESTRA
NO
TRATAMIENTO DE LA MUESTRA
MEDIDA Y TRANSDUCCION DE LA SEÑAL ANALITICA
RESPONDEN AL PROBLEMA PLANTEADO?
ADQUISICION DE SEÑALES Y TRATAMIENTO DE DATOS
SI
INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS
PROBLEMA RESUELTO
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Selección del método
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Toma de muestra

• El programa de muestreo debe tener en cuenta
• Estudios Preliminares
• Definición de los parámetros a determinar
• Frecuencia de muestreo y tamaño de muestra
• Elección de los puntos de muestreo
• Tipo de muestra a analizar
• Estado físico de la fracción que se va a analizar
• Propiedades químicas del material
• Selección del sistema de preparación, transporte
  y almacenamiento
• Reducción de la muestra a un tamaño adecuado
• Preparación de la muestra para el laboratorio

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Calibración y medida
Calibración instrumental
Calibración metodológica Conjunto de operaciones
que establece, bajo condiciones específicas, la
relación entre las señales producidas por un
instrumento analítico y los correspondientes
valores de concentración o masa del juego de
patrones de calibrado.
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Robustez Un proceso es robusto cuando pequeñas
modificaciones de las condiciones experimentales
no afectan de manera considerable a los resultados
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Visualización gráfica de la sensibilidad
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Otras formas de definir los mismos términos
SENSIBILIDAD 1) capacidad de un método analítico
para discriminar entre concentraciones semejantes
del analito en la muestra o 2) capacidad para
poder detectar (análisis cualitativo) o
determinar (análisis cuantitativo) pequeñas
concentraciones del analito en la muestra. La
sensibilidad (S) de un método viene dada por la
pendiente de la curva de calibrado señal
analítica vs concentración de analito. Límite de
detección (LD) concentración del analito que
origina una señal yLD que puede diferenciarse
estadísticamente de la señal del blanco yB. Por
convenio yLD yB 3 sB yB señal media
de n blancos
sB desviación estándar de
los blancos. 3 sB CLD ------------------
Sensibilidad Límite de Cuantificación (LC)
cantidad mínima de analito que puede determinarse
con un método determinado.
yLC yB 10 sB
10 sB CLC ------------------
Sensibilidad Cuanto mayor S y menor CLD más
sensible es un método.
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Otras formas de definir los mismos términos

• SELECTIVIDADCapacidad de un método para originar
  resultados que dependan de forma exclusiva del
  analito para su identificación o cuantificación
  en la muestra.
• Se materializa en la presencia o ausencia de
  INTERFERENCIAS.
• Interferencias perturbaciones que alteran
  algunas o todas las etapas del proceso analítico
  y hacen que los resultados se vean afectados por
  errores sistemáticos.
• Químicas
• Físicas
• Instrumentales