Introducci

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Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia Escuela
de Química Depto. De Fisicoquímica
ANALISIS INSTRUMENTAL
Lic. RODOLFO OROZCO
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Se obtiene una señal S ? Canalito
Separación
Electroquímicos
Opticos
Cromatográfico
Potenciométrico
Emisión
Conductimétrico
Absorción
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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.

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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

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(No Transcript)
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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.

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Componentes de un Instrumento
Generador de señales Transductor de
entrada o detector Procesador de señales
Transductor de salida o dispositivo de lectura
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DIAGRAMA OPTICO DEL FLUOROMETRO
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(No Transcript)
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La selección de un método analítico

• Definición del Problema
• - De cuánta muestra se dispone
• - Qué componentes de la muestra interferirán
• - Cuáles son las propiedades físicas y químicas
  de la matriz de la muestra
• Cuántas muestras deben analizarse
• Parámetros de Calidad
• Exactitud y Precisión
• Sensibilidad Y Selectividad
• Límite de detección e intervalo de concentración

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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

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Precisión

• Grado de concordancia entre los datos que se
  obtienen de una misma forma.
• Mide el error aleatorio o indeterminado de un
  análisis. Ej.
• Hum.
• Vibraciones
• Cambio T o
• Sus parámetros de calidad son Desv. est. media,
  absoluta, relativa, CV y varianza

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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.

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Exactitud

• Mide el error sistemático, o determinado de un
  método analítico.
• Se define por la ecuación ? u xt
• ? es la media de la población para la
  concentración del analito en una muestra cuya
  concentración verdadera es xt
• La exactitud se determina analizando
  estándares de referencia.
• Ej. Mala calibración, equipo dañado (causas
  defindias)

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Sensibilidad

• Capacidad de un método o instrumento de
  diferenciar pequeñas diferencias 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

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• Sensibilidad de Calibración Pendiente de la
  curva de calibración a la concentración de
  interés.

La sensibilidad de calibración tiene el
inconveniente de no tomar en cuenta la precisión.
Por ello, Mandel y Stiehler proponen la
Sensibilidad analítica ?
Es insensible a los factores de amplificación e
independiente a las unidades en que miden S.
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Límite de detección

• Concentración o peso mínimo de analito que puede
  detectarse para un nivel de confianza dado.
• Cuando nos aproximamos al límite de detección, la
  señal analítica se aproxima a la señal del blanco
  Sbl.
• La mínima señal analítica distinguible Sm se toma
  como la suma de la señal medida del blanco Sbl
  más un múltiplo k de la desviación estándar del
  mismo.

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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 k3, el nivel de confianza es 95.
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Límite de cuantificación

• Concentración o peso mínimo de analito que puede
  cuantificarse para un nivel de confianza dado.
• La mínima señal analítica cuantificable Sc se
  toma como la suma de la señal medida del blanco
  Sbl más un múltiplo k10 de la desviación
  estándar

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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.
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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.
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Selectividad

• Grado de ausencia de interferencias debidas a
  otras especies contenidas 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 respuesta relativa del método para la
  especie B cuando se compara con A
• Los coeficientes de selectividad pueden variar
  desde 0 (no hay interferencia) hasta valores
  superiores a uno.

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• 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.

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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.

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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.

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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

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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)
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• La detección de una señal mediante un sistema
  visual resulta imposible cuando la relación
  señal/ruido es lt 2 o 3

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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)

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• 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

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• 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.

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• 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 lt 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.

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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

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• 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