Introduccin a la Qumica Analtica

1
Introducción a la Química Analítica

• Química II
• Ingeniería Técnica de Explotaciones Forestales

2
Análisis químico
La parte de la Química dedicada al desarrollo de
métodos y técnicas de análisis que permiten
resolver problemas de análisis se denomina
Química Analítica (QUIMICA II)

• En la explotación forestal estos problemas
  frecuentes, están
• relacionados con temas tales como
• Crecimiento y desarrollo de la plantación(química
  del suelo,
• química de los nutrientes, campañas de
  abono, fumigación.
• contaminación de plantas y suelos,
  regadío...etc)
• Calidad analítica y control de los productos de
  la explotación
• madera, frutales, etc

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OBJETIVOS DE ESTA LECCIÓN
Definir el concepto de Química Analítica y
metodologías de análisis que le son propias.
Introducir los métodos de análisis y comenzar
a fijar los criterios para su aplicación
Estudiar globalmente las etapas más comunes del
análisis químico
De esta forma se contribuye a la
formación científica, básica e imprescindible,
para la comprensión de futuros análisis de
suelos, aguas, plantas..etc a los que un
ingeniero se tendrá que enfrentar en su profesión.
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PROGRAMA
Descriptores
Concepto y expresión de términos analíticos
El proceso analítico
Operaciones básicas del análisis
Criterios de selección del método de análisis
Características analíticas del método Exactitud,
Precisión y Sensibilidad.
Calibración , cálculos y tratamiento de datos
5
Que es la Química Analítica?
Es la parte de la Química que trata de las
separaciones, identificaciones y determinaciones
de los componentes de una muestra.
Hoy día la misma se engloba en un concepto mas
amplio de Ciencia Analítica, puesto que en su
cometido de desarrollar métodos de análisis,
utiliza no sólo reacciones o procesos químicos,
si no también cualquier señal instrumental,
proceso físico o biológico que proporcione informa
ción sobre los componentes de la muestra
Tradicionalmente, se ocupa del estudio de los
equilibrios químicos, debido a su importancia en
el tratamiento, identificación, separación y (o)
determinación de los componentes de la muestra.
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Conceptos Básicos
Muestra
Parte representativa del material objeto del
análisis (un agua, un suelo, una planta..)
Analito
Especie química objeto del análisis
Interferencia(s)
Especies presentes en la muestra que dificulta el
análisis
Técnica
Medio utilizado que proporciona información sobre
el analito
Método
Conjunto de técnicas y operaciones precisas para
el análisis de la muestra.
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TERMINOLOGÍA ANALÍTICA
Identificación
Separación
interferencias
Determinación
analito
(análisis)
Método
Muestra
Ensayo
muestra
Procedimiento
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Tipos de análisis
Análisis
Cuantitativo El analito se cuantifica o
determina expresando la fracción de muestra que
lo contiene (determinación)
Cualitativo Elementos, iones o compuestos se
identifican en una muestra
Separación Analítica
Operación mediante la cual se separan o
resuelven los componentes de una
muestra. Posteriormente, en ocasiones se pueden
identificar y (o) cuantificar el analito o los
analitos (multianálisis)
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EL PROCESO ANALÍTICO
Es el proceso que señala las estrategias a
seguir para resolver un problema de análisis
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Definición del problema
Estudio del problema
Muestra
Preparación de la muestra
Resultados
Resultado Final
Evaluación. Juicio critico. Análisis de errores.
Procesamiento de datos. Documentación
Conclusiones
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Estudio del problema
2
Evaluación Económica
Atomos,iones, grupos funcionales, moléculas,
macromoléculas etc (estado del analito en la
muestra) Matriz
Cantidad, estado, concentración
Información de la muestra precisa
1
12
Evaluación Económica
Costo
Tiempo
Exactitud
Incertidumbre
Formas de evaluar la resolución de un problema de
análisis
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Etapas mas frecuentes del análisis
Operaciones básicas de análisis
Sea cualesquiera el método elegido, casi siempre
se requieren unas operaciones comunes y básicas
de análisis
1 Toma de muestra
2 Tratamiento previo de la muestra
3. Determinación (identificación o cuantificación
analito)
4. Interpretación estadística de resultados
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Muestra
Para que un análisis proporcione información
importante, debe tomarse en una muestra cuya
composición sea representativa de todo el
material de donde se tomó
Esto obliga a
- Procedimiento de muestreo - Conservación de la
muestra - Transporte de la muestra
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• IMPORTANCIA el resultado analítico nunca es
  mejor que la muestra en la que se basa. Es
  necesario controlar el muestreo así como
  cualquier otra parte del trabajo analítico.

INFERIR PROPIEDADES DEL UNIVERSO.
UNIVERSO (OBJETO)
?
EXTRAER MUESTRA REPRESENTATIVA.
Casi siempre son precisas técnicas estadísticas
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• OBJETIVOS DEL MUESTREO
• COLECCIONAR UNA PARTE DEL UNIVERSO SUFICIENTE Y
  SIGNIFICATIVA PARA OBTENER
• DESCRIPCION GLOBAL DEL PROBLEMA
• DESCRIPCION DETALLADA EN ESPACIO O TIEMPO.
• CONTROL DE LA MUESTRA

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• DEFINICION DE MUESTRA
• parte representativa del objeto a ser analizado.
• 
  
• - parte del objeto seleccionado de forma tal que
  posea las propiedades deseadas del mismo.
• Criterios adicionales
• dimensiones
  adecuadas para análisis.
• mantener las
  propiedades en el tiempo o
• cambiar en una
  forma predecible.

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TIPOS DE MUESTRA
HOMOGENEA
HETEROGENEA
DISCRETA
CONTINUA
LIQUIDOS Y GASES BIEN MEZCLADOS.
SUSPENSIONES, ROCAS, SUELOS
FLUIDOS CON GRADIENTES.
La toma de muestra está condicionada al tipo de
objeto!
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• TECNICAS DE MUESTREO
• SIMPLE se toman decisiones basadas en una única
  muestra, la extracción de la muestra no presenta
  dificultades.
• DOBLE se extrae una muestra y en función de los
  resultados se puede extraer una segunda, para
  poblaciones grandes.
• MULTIPLE puede ser necesario en función de los
  resultados extraer un número, previamente
  definido, de muestras.

Una vez seleccionada la muestra esta se almacena
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ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS
Está sometido a los siguientes riesgos

• ALTERACIONES DE LA MUESTRA
• DESHIDRATACION
• HIDRATACION
• OXIDACION
• EVAPORACION
• CONTAMINACION
• Una vez tomada y almacenada se debe procurar
• ENVASE ADECUADO (PREVENCION DE LA ATMOSFERA)
• ETIQUETADO CORRECTO

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ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS
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Etapas mas frecuentes del análisis
Operaciones básicas de análisis
Sea cualesquiera el método elegido, casi siempre
se requieren unas operaciones comunes y básicas
de análisis
1 Toma de muestra
2 Tratamiento previo de la muestra
3. Determinación (identificación o cuantificación
analito)
4. Interpretación estadística de resultados
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Preparación y tratamiento de la muestra
Son escasos los problemas analíticos que se
resuelven sin necesidad de tratamiento
(transformación) de la muestra.
Lo habitual, es que la muestra necesite algún
tipo de tratamiento, con el fin de
Preparar la muestra en la forma, tamaño y
concentración adecuada del analito(s) más
conforme al método (técnica) seleccionado
Eliminar interferencias matriciales
Esto requiere que
No se habrá de producir pérdida de analito(s)
(máxima recuperación)
Se eliminen en algunos casos interferencias
matriciales (mayor selectividad)
No se introduzcan nuevas interferencias
(contaminación cruzada)
la concentración del analito se ajuste al
intervalo de concentraciones optimas del
método seleccionado. (dilución o preconcentración)
Al final se requieren soluciones de compromiso!
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OBJETIVOS A ALCANZAR
Preparación de la muestra
Enriquecimiento del analito (Preconcentración del
mismo) Descomposición de la matriz Reacciones
para separación de los componentes
Conversión del analito a una forma determinable
Separación del analito o de las interferencia
Combinación de métodos
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Tipos de tratamientos más frecuentes
Disolución simple con disolventes o asistida
(ultrasonidos)
Digestión (ataque) simple ácida, alcalina,
oxidante..etc o asistida por
calentamiento en microondas.
Vaporización
Atomización
Ionización
Extracción con disolventes
Con este tratamiento se consigue a veces

• Separar interferencias
• Preconcentrar el analito

c) Dilución de la muestra (disminuir el efecto
de las interferencias en la señal del analito).
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Etapas mas frecuentes del análisis
Operaciones básicas de análisis
Sea cualesquiera el método elegido, casi siempre
se requieren unas operaciones comunes y básicas
de análisis
1 Toma de muestra
2 Tratamiento previo de la muestra
3. Determinación (identificación o cuantificación
analito)
4. Interpretación estadística de resultados
27
Etapa de determinación (medida)
Una vez seleccionada la muestra más adecuada y
tratada convenientemente se procede a la
determinación (identificación) del analito(s)
Existen diversas formas de medir o cuantificar
Métodos Químicos volumétricos, gravimétricos..
Métodos Instrumentales espectroscópicos,
electroquímicos..
Todos los métodos ofrecen características
diferenciadas, por lo que es preciso su selección
en función de su sensibi- lidad y selectividad
requeridas en el problema de análisis.
!No existen métodos ideales que sirvan para
cuantificar siempre cualquier tipo de analito en
cualesquier tipo de muestra
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Métodos y Clasificación
La forma en la que se cuantifica o identifica el
analito permite diferenciar distintos tipos de
técnicas (métodos) de análisis
Métodos Químicos Usan reacciones químicas
Métodos Instrumentales Usan técnicas
instrumentales
En un método químico, se cuantifica un peso
(gravimetría) o un volumen (volumetría)
En un método (técnica) instrumental se mide una
señal S
S ? Canalito
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Métodos químicos por vía húmeda ( se requiere
disolución de la muestra)
Métodos instrumentales
Electro-químicos
Separación
Opticos
Análisis volumétrico
Gravimetría
Cromatografía
Emisión
Potenciometría
Valoración (Titulación)
Precipitación
Amperometría
Absorción
Pesada
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Métodos, Protocolos y Validaciones
Método Estándar
Expresa un procedimiento de análisis que incluye
los pasos secuenciales (etapas) y técnicas a
utilizar en el análisis de muestras específicas
y que viene recogido por la normativa de
organismos y agencias nacionales e
internacionales, competentes en el tema. Si es
de cumplimiento obligado, recibe el nombre de
protocolo.
Cualquier diseño de métodos alternativos,
requiere una validación comparativa de los
resultados obtenidos en el nuevo método con el de
otros métodos estándar. Por lo general se
requieren muestras estándar (composición fija,
conocida y estable)
31
Selección del método de análisis
Debe responder a distintos criterios
1 Naturaleza del problema a resolver?
2 Técnicas analíticas disponibles?
3 Tipo de muestra que hay que recolectar?
Y tener en cuenta
Nivel de concentración del analito
Grado de exactitud requerida
Componentes matriciales

• Coste del análisis
• Existencia de muestras estándar o patrón

Las dificultades en la selección disminuye si se
dispone de estándares o muestras patrón!
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Características de las técnicas de medida
Sensibilidad
Propiedad que se relaciona con la cantidad
mínima de analito que es capaz de detectar y (o)
cuantificar.
Selectividad
Propiedad que tienen las técnicas para
discriminar la señal del analito de la de otras
especies interferentes presentes en la muestra
En las técnicas químicas la selectividad es
imputable a la reacción química que utilizan.
(No requieren calibración)
En las técnicas instrumentales la selectividad es
función del principio o propiedad que proporciona
información del analito (S).(Se requiere siempre
calibración del instrumento).
Las técnicas químicas se aplican sólo para
componentes mayoritarios de la muestra, mientras
que las instrumentales se pueden aplicar
indistintamente!
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Calibración
Consiste en comparar la señal del analito en la
muestra con la proporcionada por una muestra
patrón o estándar
Todas las técnicas instrumentales requieren
calibración
S f (C)analito
S
Calibración externa
S1
El patrón o estándar externo, contiene diversas
cantidades de analito, junto con una
matriz semejante a la de la muestra.
S2
Existen otros métodos de calibración interna
o por adicción de patrones!
(C)analito
C2estándar
C1estándar
Cmuestra
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Propiedades del Calibrado
Sensibilidad Depende de la pendiente de la recta
de calibrado.
dS
Sensibilidad
dCanalito
Límite de detección depende de la señal del
instrumento

• Surge al comparar la señal del blanco (muestra
  sin analito)
• con la del analito en la muestra.

• Se define como la concentración que proporciona
  una
• señal igual a la del blanco mas tres veces la
  desviación
• estándar del mismo.

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Calibración
El conjunto de puntos que forman la recta de
calibrado, definen el intervalo dinámico de
linealidad a partir del Límite de
Cuanti- ficación!
señal
S analito
S blanco
tiempo
Smedida
S analito
S blanco


En el Límite Detección
?
S L.D.
3 ?blanco

Se usa también el Límite de Cuantificación
S L.C.
?
10 ?blanco
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Cálculos e interpretación estadística de los
resultados
La señal o medida debe de interpretarse de
acuerdo con la relación de la misma con la
concentración de analito S f(C)
Los resultados numéricos siempre son objeto de un
análisis estadístico, que tiene por
objeto evaluar la calidad del análisis en
términos de precisión y exactitud del método.
En los métodos químicos los cálculos siempre
son estequiométricos y requieren mas de una
medida.
Si el método no responde a la exactitud y
precisión requeridas, se requiere diseñar otro
nuevo!
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EXACTITUD
Método nada exacto!
38
Método preciso y poco exacto!
39
Método preciso y exacto!
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Formas de expresar la precisión y exactitud
Rara vez los resultados se refieren a un solo
análisis de una sola toma de muestra
Lo habitual es que se analicen 2 o 5 réplicas de
la muestra, al producirse rara vez los mismos
resultados, se promedia el resultado final
(media).
La precisión se estima en términos de desviación
estándar absoluta o mejor relativa o en ocasiones
mediante análisis de la varianza.
Los errores ( falta de exactitud) se estiman como
absolutos o relativos
Los errores se clasifican en
determinados, sistemáticos
indeterminados, aleatorios
crasos, aberrantes
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Causas de errores
Errores sistemáticos (determinados), presentan
tres causas posibles

• Errores instrumentales
• Errores de procedimiento
• Errores personales

Los errores de procedimiento se estiman
analizando muestras estándar
Los errores indeterminados presentan fuentes de
error más difícilmente evaluables debido a las
variables implicadas en ellos.
Son frecuentes en la determinación de trazas,
en las que se trabaja al límite de sensibilidad
del instrumento
Uno y otro tipo de errores son susceptibles de
un tratamiento estadístico de datos para su
aminoración!
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Calidad de un método analítico
Se expresa en términos de
Sensibilidad
Selectividad
Precisión
Exactitud
Seguridad o fiabilidad
Coste, rapidez y sencillez
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QUIMICA II (Laboratorios)   Ing. Tec. Forestal
Esp. Exploraciones Forestales     Se convoca a
los alumnos matriculados en la asignatura para
iniciar las prácticas de laboratorio según los
siguientes grupos   Grupo 1- 2 Del 10 de abril
- 8 de mayo (Todos los martes de 1530 a
1930) AGUIRRE ORMAECHEA, Unai - CARPIO
SANCHEZ, Sergio   Grupo 3- 4 Del 11 de abril  2
de mayo (Todos los miércoles de 1530 a
1930) CARRANDI MONTES, Enrique - GARCIA
PEREZ, M. Teresa   Grupo 5- 6 Del 12 de abril
- 3 de mayo (Todos los jueves de 1530 a
1930) GARCIA RUBIO, Ursula - PALACIOS MOZO,
Paula   Grupo 7- 8 Del 16 de abril - 7 de mayo
(Todos los lunes de 1530 a 1930) PEREZ ARENA,
Anxela Marina - ZAPICO CALZADA,
Alberto       Nota En caso de existir
incompatibilidades con otras asignaturas
contactar, antes del martes 27 de marzo con la
coordinadora de los laboratorios Prof. Rosana
Badía, rbadia_at_uniovi.es o en el laboratorio de
prácticas el día 27 de marzo de 1600 hs a 1800
hs.