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Tema 11.- Introducción al análisis instrumental
1. Fundamentos del análisis instrumental
2. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
3. Señales y ruido
4. Criterios de selección de una técnica instrumental
5. Calibración en análisis instrumental
Tipos de calibrados
Características analíticas del método
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Fundamentos del análisis instrumental
¿QUÉ ES LA QUÍMICA ANALÍTICA?
Disciplina científica que desarrolla y aplica métodos, instrumentos y estrategias para obtener información sobre
la composición y naturaleza de la materia
INFORMACIÓN DE CALIDAD
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Fundamentos del análisis instrumental
CUESTIONES QUE SURGEN AL PLANTEARSE UN ANÁLISIS QUÍMICO
Tomada de Tema 2 (Bloque I)
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Fundamentos del análisis instrumental
¿POR QUÉ?
Su desarrollo sebasa en medidas
y resultadosde calidad
Industriaproductiva yde servicios
Poder legislativo
Poder judicial
Poder ejecutivo
Información generada
Ciencia yTecnología
Economía Sociedad
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MÉTODOS DEANÁLISIS
CUALITATIVO
MÉTODOS DEANÁLISIS
CUANTITATIVO
MÉTODOS DECRIBA
(SCREENING)
¿QUÉ HERRAMIENTAS?Fundamentos del análisis instrumental
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Fundamentos del análisis instrumental
¿¿QUQUÉÉ??
Presencia de varias especies Presencia de varias especies de Hgde Hg
Presencia de HgPresencia de Hg
ConcentraciConcentracióón total de Hgn total de Hg
Problema analíticoProblema analProblema analííticotico ContaminaciContaminacióón por mercurialesn por mercuriales
ConcentraciConcentracióón discriminada den discriminada devarias especies de Hgvarias especies de Hg
¿¿QUQUÉÉ??
Presencia de varias especies Presencia de varias especies de Hgde Hg
Presencia de HgPresencia de Hg
ConcentraciConcentracióón total de Hgn total de Hg
Problema analíticoProblema analProblema analííticotico ContaminaciContaminacióón por mercurialesn por mercuriales
ConcentraciConcentracióón discriminada den discriminada devarias especies de Hgvarias especies de Hg
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¿¿CUCUÁÁNDO? NDO?
EXIGENCIA,EXIGENCIA,ALERTA,ALERTA,CONTROL RUTINARIOCONTROL RUTINARIOETC.ETC.
LABORATORIOS LABORATORIOS CUALIFICADOS Y/ OCUALIFICADOS Y/ OACREDITADOSACREDITADOS
¿¿DDÓÓNDE? NDE?
¿¿QUIQUIÉÉN? N?
PERSONALPERSONALCUALIFICADOCUALIFICADO
¿¿CUCUÁÁNDO? NDO?
EXIGENCIA,EXIGENCIA,ALERTA,ALERTA,CONTROL RUTINARIOCONTROL RUTINARIOETC.ETC.
LABORATORIOS LABORATORIOS CUALIFICADOS Y/ OCUALIFICADOS Y/ OACREDITADOSACREDITADOS
¿¿DDÓÓNDE? NDE?
¿¿QUIQUIÉÉN? N?
PERSONALPERSONALCUALIFICADOCUALIFICADO
Fundamentos del análisis instrumental
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Etapas generales de un Proceso de Medida Química, PMQ
Fundamentos del análisis instrumental
Tomada de Tema 2 (Bloque I)
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PMQ
TÉCNICA MÉTODO PROCEDIMIENTO
Principio científicoutilizado para extraer
información. Implica el uso de un instrumento
Es la aplicación concreta
de la técnica para ladeterminación de unanalito o mezcla en
una muestra definida
Descripciónpormenorizada
del método
Fundamentos del análisis instrumental
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Tema 11.- Introducción al análisis instrumental
1. Fundamentos del análisis instrumental
2. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
3. Señales y ruido
4. Criterios de selección de una técnica instrumental
5. Calibración en análisis instrumental
Tipos de calibrados
Características analíticas del método
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ANÁLISISCLÁSICO
ANÁLISISINSTRUMENTAL
MÉTODOS DESEPARACIÓN
Interaccionesmateria-materia
(reacciones químicas)
Análisis Cualitativo
Análisis Cuantitativo
Análisis CualitativoAnálisis CuantitativoAnálisis Estructural
Métodos Clásicos
Métodos Instrumentales
Sólo separan
Separan, identificany cuantifican
Interaccionesmateria-energía
Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
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Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
Técnicas espectroscópicasEspectrofotometría ultravioleta-visibleEspectrofotometría de fluorescencia y fosforescenciaEspectrometría atómica (absorción y emisión)Espectrofotometría de infrarrojoEspectroscopía RamanEspectroscopía de rayos XTécnicas radioquímicas, incluyendo el análisis por activaciónEspectroscopía de resonancia magnética nuclearEspectroscopía de resonancia de spin electrónico
Técnicas electroquímicasPotenciometría (electrodos de pH y selectivos de iones)Técnicas voltamperométricasCoulombimetríaElectrogravimetríaTécnicas de conductancia
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Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
Técnicas cromatográficasCromatografía de gases (CG)Cromatografía de líquidos de alta eficacia (HPLC)Técnicas electroforéticas (electroforesis capilar, EC)
Técnicas diversasAnálisis térmicoEspectrometría de masas (MS)Técnicas cinéticas
Técnicas acopladas(CG-MS) (cromatografía de gases -espectrometría de masas)(LC-MS) (cromatografía de líquidos- espectrometría de masas)(ICP-MS) (plasma con acoplamiento inductivo-espectrometría de masas)(CG-IR) (cromatografía de gases -espectrometría de infrarrojo)(MS-MS) (espectrometría de masas-espectrometría de masas)
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Tema 11.- Introducción al análisis instrumental
1. Fundamentos del análisis instrumental
2. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
3. Señales y ruido
4. Criterios de selección de una técnica instrumental
5. Calibración en análisis instrumental
Tipos de calibrados
Características analíticas del método
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Señales y ruido
Un instrumento analítico es un dispositivo que convierte una señal, que no suele ser detectable
directamente por el ser humano, en una forma que si lo es
Absorbancia Espectrofotometría UV-Vis
Área de pico HPLC, CG, EC
Intensidad Fluorescencia Molecular
Intensidad de corriente Voltamperometría
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Cada medida analítica consta de dos componentes:
• Señal (S): Componente con información del analito• Ruido (N): Componente con información ajena y no
deseada
Señales y ruido
Señal distorsionada por el ruido
S/N : GRANDE
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Señales y ruido
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• Ruido Químico: Proviene de variables incontroladas.• Variaciones no detectadas de temperatura o
presión que afectan al equilibrio químico.• Variaciones en la humedad relativa.• Variaciones en la intensidad de la luz.
• Ruido Instrumental: Se asocia a cada componente del instrumento.
• Ruido térmico (o Johnson).• Ruido de disparo.• Ruido de parpadeo.• Ruido ambiental
Señales y ruido
ORIGEN DEL RUIDO
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Tema 11.- Introducción al análisis instrumental
1. Fundamentos del análisis instrumental
2. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
3. Señales y ruido
4. Criterios de selección de una técnica instrumental
5. Calibración en análisis instrumental
Tipos de calibrados
Características analíticas del método
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Criterios de selección de una técnica instrumental
Tomada de Tema 3 (Bloque I)
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Criterios de selección de una técnica instrumental
PREC
ISIÓ
N
SEN
SIB
ILID
AD
SELE
CTI
VID
AD
BU
ENM
UES
TREO
EXACTITUD REPRESEN-TATIVIDAD
CALIDAD DERESULTADOS
CALIDAD DEL
PROCESOANALÍTICO
RAPIDEZ
COSTEFACTORES PERSONALES
SUPREMAS
BÁSICAS
COMPLEMEN-TARIAS
RO
BU
STEZ
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Consulta bibliográfica(artículos científicos, revisiones bibliográficas, monografías, etc)
Evaluación de los diferentes métodos posibles(muestra y disponibilidades del laboratorio)
Optimización experimentalModificación del método ⇒ Revalidación
Desarrollo de un método nuevo ⇒ Validación
Criterios de selección de una técnica instrumental
Calidad y Química Analítica Aplicada, 4º curso, optativa
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¿Es soluble lamuestra?
¿Hay una propiedadmedible?
Seleccionar un método
Muestreo
Preparación dela muestra
Eliminar posiblesinterferencias
Medida Obtener resultados Estimar la calidad delos resultados
Proceder a sudisolución
Cambiar la formaquímica
NO
NO
Criterios de selección de una técnica instrumental
SI
SI
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Tema 11.- Introducción al análisis instrumental
1. Fundamentos del análisis instrumental
2. Clasificación de las técnicas instrumentales de análisis
3. Señales y ruido
4. Criterios de selección de una técnica instrumental
5. Calibración en análisis instrumental
Tipos de calibrados
Características analíticas del método
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Calibración en análisis instrumental
1. CALIBRACIÓN INSTRUMENTALGarantizar el funcionamiento correcto del instrumento empleado, para locual se utilizan PATRONES que NO contienen el analito.
2. CALIBRACIÓN MEDODOLÓGICAEstablecimiento de una relación clara e inequívoca entre la respuestainstrumental (señal) y la concentración o cantidad de analito. Se empleanPATRONES que SI contienen el analito.
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Calibración en análisis instrumental
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
A) Método del patrón externo (recta de calibrado)
“BLANCO*”
• Disolvente• Reactivos
auxiliares**
* Su presencia depende de la técnica empleada ** Disoluciones reguladoras, para fijar fuerza iónica, ligandos…
Disol.1 Disol.2 Disol.3 Disol.4 Disol.5 Disol.6….
• Disolvente• Reactivos
auxiliares*
• CONCENTRACIONES CRECIENTES DE UN PATRÓN DEL ANALITO
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Calibración en análisis instrumental
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
A) Método del patrón externo (recta de calibrado)
señal
concentración del patrón (unidades)
SMUESTRA
C
INTERPOLACIÓN
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B) Método de las adiciones patrón
Calibración en análisis instrumental
MISMO VOLUMEN DE LA MUESTRA EN TODOS LOS MATRACES
• Disolvente• Reactivos
auxiliares**
• Disolvente• Reactivos
auxiliares**• CONCENTRACIONES CRECIENTES DE UN PATRÓN DEL ANALITO
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
“BLANCO*”
* Su presencia depende de la técnica empleada ** Disoluciones reguladoras, para fijar fuerza iónica, ligandos…
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B) Método de las adiciones patrón
Calibración en análisis instrumental
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
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Se utiliza cuando existen efectos o interferencias de matriz
B) Método de las adiciones patrón
Calibración en análisis instrumental
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
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C) Método del patrón interno
Calibración en análisis instrumental
MISMA CONCENTRACIÓN DEL PATRÓN INTERNO EN TODOS LOS MATRACES
• Disolvente• Reactivos
auxiliares*
• CONCENTRACIONES CRECIENTES DE UN PATRÓN DEL ANALITO
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
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C) Método del patrón interno
Calibración en análisis instrumental
CALIBRACIÓN METODOLÓGICA
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[ ]patrónbaSeñalXbaY+=
+=
MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS
( )( ){ }
( ) ( )calibradounen
yyxx
yyxxr
ii
ii
iii
999,0)
2/122
≥
−
−
−−=
∑∑
∑
Coeficiente de correlación
Calibración en análisis instrumental
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2
2
/ −
−
=∑
∧
n
yys i
ii
xy
Estima los errores aleatoriosen la dirección Y
MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS
Calibración en análisis instrumental
Los valores de X no están sujetos a error
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( )( ){ }( )∑
∑−
−−=
ii
iii
xx
yyxxb 2 ( )∑ −
=
ii
xyb
xx
ss
2
/
Valor de la pendiente y error asociado
Valor de la ordenada y error asociado
xbya −= ( )∑
∑−
=
ii
ii
xyaxxn
xss 2
2
/
MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS
Calibración en análisis instrumental
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Características analíticas del método (basado en el método del PATRÓN EXTERNO)
Sensibilidad: Es la capacidad de un método o instrumento de discriminar entrepequeñas diferencias en la concentración del analito. Depende de lapendiente de la curva de calibrado.
Calibración en análisis instrumental
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Características analíticas del método (basado en el método del PATRÓN EXTERNO)
Límite de detección, LOD: La mínima señal analítica distinguible YLOD setoma como la suma de la señal media del ruido odel “blanco” Ybl mas 3 veces su desviaciónestándar, sbl.
Límite de cuantificación, LOQ: La mínima señal analítica cuantficable YLOQ setoma como la suma de la señal media del ruido odel “blanco” Ybl mas 10 veces su desviaciónestándar, sbl.
YLOD e YLOQ se interpolan en la recta de calibrado para obtener la concentración
Calibración en análisis instrumental
LOD = 3 sa / b
LOQ = 10 sa / b
LOD = 3 sy/x / b
LOQ = 10 sy/x / b
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Intervalo útil de un método analítico, intervalo lineal o rango dinámico:Intervalo entre la concentración mas pequeña con la que pueden realizarsemedidas cuantitativas (LOQ), hasta la concentración a la el calibrado se desvía dela linealidad.
Características analíticas del método (basado en el método del PATRÓN EXTERNO)
Calibración en análisis instrumental
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LOL(l ímite de linealidad)
LOQ
LOL(l ímite de linealidad) o (límite superior del intervalo lineal)
LOD
señal
[patrón], unidades
Calibración en análisis instrumental
cuantificable
SMUESTRA
cuantificable
SMUESTRA
DetectableNo cuantificable
SMUESTRA
No detectableNo cuantificable
SMUESTRA
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Calibración en análisis instrumental
Características analíticas del método (basado en el método del PATRÓN EXTERNO)
Robustez: Propiedad analítica de un proceso de medida que describe suresistencia al cambio en la respuesta cuando se varían ligeramentelas condiciones experimentales en las que se desarrolla. (Compararlas pendientes de varias rectas de calibrado realizadas durantevarios días)
Deben considerarse como pequeños cambios en las condicionesoperatorias aquellos que pueden derivarse de la transferencia delos métodos entre laboratorios, operadores, equipos, tiempo,procedimientos, etc.
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Selectividad: Capacidad de un método analítico para originar resultadosque dependan de forma exclusiva (especificidad) o casiexclusiva del analito (o analitos) para su identificación ocuantificación en la muestra.
SEÑAL
Aumentar o disminuir la señal en una matriz particular, el efecto es
proporcional a la señal y por tanto a la concentración de analito
Señal debida a interferencias presentes en la disolución de
estudio. Es independiente de la concentración de analito
ADICIONES PATRÓN
Calibración en análisis instrumental