Tema 1 (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED)
Grado Química - 3º curso
Asignatura QUIMICA DE LOS ELEMENTOS METALICOS
Año del apunte 2017
Páginas 5
Fecha de subida 05/07/2017
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Introducción al análisis instrumental.
Clasificación de los métodos analíticos.
a) Métodos cualitativos: la información buscada es la identidad de las especies atómicas, moleculares o grupos funcionales. Dicho de otra forma, el objetivo es saber la presencia o ausencia de un determinado componente.
b) Métodos cuánticos: la información buscada es una información numérica de la cantidad relativa. Dicho de otra forma, una vez conocida la composición de la muestra queremos la proporción de cada uno de sus componentes.
Sin embargo, los métodos analíticos también los podemos clasificar en base a la forma de obtener la información: a) Métodos clásicos o químicos: en este grupo se engloban los primeros métodos analíticos usados. Se denominan químicos, ya que básicamente se fundamentan en la reacción química. Los métodos clásicos son la gravimetría y las volumetrías. Recordemos que en las gravimetrías, la única parte física era la pesada; y en el caso de las volumetrías la mediad del volumen; pero en ambos casos es imprescindible conocer la reacción química correspondiente.
b) Métodos instrumentales: se conocen también como métodos físicoquímicos. Los métodos incluidos en este grupo comenzaron a usarse a partir de la segunda mitad del siglo XX. En estos métodos, en algunos casos se requiere conocer la reacción, pero no siempre. Sin embargo, es imprescindible un conocimiento químico. A diferencia de los métodos clásicos, la medida instrumental es tan compleja que es la causa principal del conocimiento, por lo que nos centramos en conocer el instrumento de medida.
Tipos de métodos instrumentales Los métodos instrumentales los podemos dividir en tres grupos: a) Métodos ópticos: están basados en la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Estos métodos ópticos los podemos dividir en métodos de emisión y métodos de absorción.
b) Métodos electroanalíticos: están basados en la interacción de la energía eléctrica con la materia. La manera de poner en contacto la energía eléctrica con la materia, la cual se encontrará casi siempre en disolución, es mediante un circuito eléctrico en el que haya un electrodo. Lo que realmente ocurre son reacciones de intercambio de electrones, bien para oxidar la materia, bien para reducirla.
c) Métodos de separación: consiste en separar compuestos para posteriormente analizarlos. La principal técnica de separación es la cromatografía.
Instrumentos para el análisis Los instrumentos para el análisis químico constan solamente de unos cuantos componentes básicos, se pueden ver resumidos en la siguiente tabla.
Calibración de los métodos instrumentales Para aplicar cualquier método analítico instrumental tengo que realizar una calibración, es decir, tengo que saber la respuesta del aparato ante una concentración de una muestra concreta. La calibración, va a depender de las condiciones instrumentales y de las propiedades químicas de la muestra.
Existen distintos tipos de calibrado. La calibración más sencilla consiste en construir la recta de calibrado: una vez fijadas las condiciones de medida de un aparato y de una muestra, preparamos disoluciones de esa muestra a distinta concentración conocida. En esas condiciones se obtiene una señal analítica. Con esas señales obtenemos una línea, que en la mayoría de los casos se va a ajustar a una recta: Cuanto más se ajuste la recta a los puntos experimentales mejor será la curva de valoración. El hecho de denominarla curva de valoración se debe a que se ampliamos el intervalo de concentraciones obtendríamos una curva. Sin embargo, a nosotros sólo nos interesa la parte lineal.
De esta forma hemos calibrado el aparado. Con esta calibrado y nuestra muestra problema detectamos la señal. Esa señal obtenida experimentalmente la llevamos a la recta de calibrado, pudiendo determinar la concentración de la especie: Construir esta recta no plantea ninguna dificultad siempre que la especie que estemos determinando se comporte exactamente igual en las disoluciones estándares que hemos preparado y en la disolución problema.
En ocasiones, dependiendo de las condiciones químicas en las cuales se encuentre la especie a determinar obtenemos un comportamiento algo distinto al ideal, al de las disoluciones estándares. Dicho de otra forma, nos aparece una interferencia inespecífica en la matriz. Cuando ocurre este hecho no podemos realizar la curva de calibrado con agua, sino que realizaremos el calibrado (las disoluciones de los estándares) en unas condiciones químicas lo más parecidas posibles a las de la muestra problema. Sin embargo, aún realizando esta aproximación sigue existiendo diferencias en el comportamiento Por tanto, cuando aparecen interferencias inespecíficas solemos recurrir al método de las adiciones estándares, el cual consiste en realizar un calibrado sobre la muestra real. Así, si queremos determinar la cantidad de hierro en un suelo y tenemos una muestra de 5ml, sobre esos 5 ml realizaremos un calibrado. En 5 matraces de 25 ml pondremos 1 ml de la muestra en cada uno.
A uno de ellos no le añadiremos más cantidad de hierro, pero al resto le añadiremos la cantidad de hierro suficiente para que haya 1g/ml más que inicialmente, 2g/ml, 3 g/ml y 4 g/ml. Medimos la señal analítica y representamos gráficamente: en abcisas representamos las concentraciones de hierro añadidas, de manera que el primer punto esté situado en el cero de abcisas pese a que de una señal: Si extrapolamos la recta hasta que corte el eje de abcisas obtendremos un valor negativo, el cual en valor absoluto será la concentración de hierro de la muestra real: Realmente lo que hace la interferencia es cambiar el valor de la pendiente. En caso de realizar este calibrado y obtener la misma pendiente que un calibrado normal es señal de que no existe interferencia alguna.
Otra forma de realizar un calibrado es mediante el uso de un patrón interno.
Este método consiste en añadir a la muestra real una cantidad conocida de una especie química que no esté presente en la muestra y que además tenga características analíticas similares a las de la especie que estemos queriendo determinar. En el tema de emisión atómica veremos este método de manera más detallada y clara.
Relación entre señal y ruido. Fuentes de ruido en los análisis instrumentales Hablar de la relación señal-ruido es hablar de la relación límite de detección y del de cuantificación. Por ruido, vamos a entender las fluctuaciones aleatorias del aparato aún en ausencia de analito. Este ruido va a influir a la hora de cambiar de un instrumento a otro. Tenemos dos tipos de ruido: a) Ruido químico: engloba a las variables que afectan a la química del sistema, como el efecto de la presión y la temperatura en el equilibrio o la variación de humedad.
b) Ruido instrumental: se refiere a las fluctuaciones de frecuencia o voltaje en la fuente de alimentación y a las fluctuaciones en los elementos que procesan la señal.
La relación señal-ruido es una característica más del método, la cual podemos calcularla: S x  R s Teniendo en cuenta esta relación podemos comprobar que siempre tendremos ruido, siempre tendremos oscilaciones, incluso en una muestra: Sin embargo, en ocasiones el ruido es muy importante, hasta tal punto que es más grande que las señales de la especie, encontrándonos con el siguiente resultado: En este caso no somos capaces de diferenciar el blanco de la muestra.
Aumento de la relación señal/ruido Va a ser a menudo un factor limitante en la precisión de una medida, cuando aumentan las exigencias de sensibilidad y exactitud.
Para mejorar la relación señal/ ruido de los métodos instrumentales van a existir métodos de hardware y software. Estos dispositivos eliminan o atenúan el ruido sin afectar de manera significativa a la señal analítica.
Los métodos de software necesitan suficientes hardware para acondicionar la señal de salida del instrumento y transformarla de analógica a digital.
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