Este documento presenta una introducción a los métodos instrumentales de análisis químico. Explica los tipos de análisis cualitativo y cuantitativo, y describe brevemente métodos clásicos como los gravimétricos y volumétricos. Luego, se enfoca en los métodos instrumentales, describiendo los componentes básicos de un instrumento de análisis químico e introduciendo conceptos como la calibración de métodos a través de curvas de calibración con patrones externos, adición de estándar y patrones internos

1. UNIVERSIDAD DE SONORA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS
QUÍMICA ANALÍTICA II
1. INTRODUCCIÓN A LOS
MÉTODOS INSTRUMENTALES
Dra. Luisa Alondra Rascón Valenzuela

2. La química analítica
1
Cuantificación
Identificación
“Ciencia de las mediciones químicas”
El análisis químico incluye todos los aspectos de
caracterización de una muestra
Separación
Detección

3. La química analítica
Química
analítica
¿Qué?
¿Dónde?
¿Cuánto?
¿Cuál es
su arreglo,
estructura
o forma?
Responde cuatro preguntas
básicas sobre la muestra
Aspirina
Morfina
2

4. Tipos de análisis
Análisis cualitativo:
Revela la identidad de los
elementos y compuestos
de la muestra.
Análisis cuantitativo:
Indica la cantidad de cada
sustancia en una muestra
¿Esta presente el analito
en la muestra?
Si esta presente, que
tanto analito hay?
¿Cuánto analito esta
presente?
Análisis
cuantitativo
3

5. Tipos de análisis
Química
analítica
Cualitativo Cuantitativos
Métodos
gravimétricos
Métodos
volumétricos
Métodos
instrumentales
4

6. Tipos de análisis
Métodos gravimétricos: Se determina
la masa de un analito o de algún
compuesto relacionado con él
Métodos volumétricos: Se mide el
volumen de una disolución que contiene
suficiente reactivo para reaccionar
completamente con el analito
Métodos instrumentales
Métodos electroanalíticos: Miden
propiedades eléctricas
Métodos espectroscópicos: Se
explora la interacción que existe entre
la radiación electromagnética y los
átomos o moléculas del analito
5

7. Clasificación de los métodos analíticos
Métodos
analíticos
Clásicos Instrumentales
Métodos
gravimétricos
Métodos
volumétricos
Métodos
instrumentales
Medición de las
propiedades físicas o
químicas del analito
6

8. Tipos de métodos instrumentales
Interacciones analito-REM
Propiedades eléctricas
Propiedades diversas
7

9. Instrumentos para análisis
Propiedad del
analito
Información
comprensible
Instrumento
Estímulo Muestra Respuesta
Fuente de energía Información analítica
8

10. Instrumentos para análisis
Registrador
Generador de
señales
Transductor de
entrada o detector
Procesador de
señales
Dispositivo de
lectura
Señal analítica
Señal de entrada
mecánica o
eléctrica
Señal de salida
Medida o escala
Unidad digital
Componentes de un instrumento
9

11. Instrumentos para análisis
Produce una señal que denota la
presencia, y con frecuencia también la
cantidad de analito
Generador de señales
Espectrofotómetro de
absorción atómica
Espectrofotómetro
Potenciómetro
10

12. Instrumentos para análisis
Transductor: Dispositivo que convierte un tipo
de energía (señal) en otro.
Transductor de entrada, detector
Termopar
Detector: Dispositivo mecánico, eléctrico
o químico que identifica, registra o indica
un cambio en una de las variables de su
entorno.
Sensor: Dispositivos aptos para
supervisar especies químicas
específicas en forma continua y
reversible
Detector: Dispositivo mecánico, eléctrico o
químico que identifica, registra o indica un
cambio en una de las variables de su entorno.
Sensor: Dispositivos aptos para supervisar
especies químicas específicas en forma
continua y reversible
11

13. Instrumentos para análisis
Procesadores de señales
Modifica la señal transducida
procedente del detector de tal forma que
se adecue al funcionamiento del
instrumento de lectura
Señal
Ruido
Lo que envía el
detector
Acentuación de la señal
1. Mediante métodos electrónicos
(Filtros, amplificación,
integración, atenuación,
derivación)
2. Técnicas estadísticas
12

14. Instrumentos para análisis
Instrumentos de lectura
Transductor que transforma la
información de un dominio eléctrico en
una forma que puede entender un ser
humano
13

15. Instrumentos para análisis
Partes de instrumentos
14

16. Instrumentos para análisis
Longitud, densidad,
composición química,
intensidad de la luz,
presión
RMN, IR, ATD
Espectroscopia
Raman
15

17. Metodología del análisis químico
16
Definición del
problema
Elección del
método
Toma de
muestra
Transformación
de la muestra
Adquisición de
los datos
Tratamiento
de los datos
Valoración de los
resultados
Resultados
Operaciones previas
Método analítico

18. Selección de un método analítico
¿Qué exactitud se requiere?
¿De cuánta muestra se dispone?
¿En que intervalo de concentraciones esta
el analito?
¿Qué componentes de la muestra
interfieren?
¿Cuáles son las propiedades físicas y
químicas de la matriz de la muestra?
¿Cuántas muestras hay que analizar?
Tiempo y esmero
Sensibilidad
Selectividad
Presupuesto
requerido
16

19. Parámetros de calidad para seleccionar
métodos analíticos
Otras características a considerar
para la selección
Características
principales
17

20. Parámetros de calidad para seleccionar
métodos analíticos
18
Ir a la presentación 1.1 y su respectiva lectura

21. Calibración de métodos instrumentales
19
¿Cómo hacer la
determinación de un analito?
Métodos clásicos
Métodos instrumentales
Gravimetrías Volumetrías
Métodos relativos
Métodos
estequiométricos
Métodos
absolutos Curvas de
valoración
Curvas de
calibración
Se compara una señal
obtenida para una
muestra con la señal
obtenida para uno o
más patrones
conocidos

22. Calibración de métodos instrumentales
• MÉTODOS ABSOLUTOS: Se relacionan con patrones básicos, Kg. patrón, Amperio y
segundo (Gravimetría y Culombimetría). Se calibra la balanza.
•MÉTODOS ESTEQUIOMÉTRICOS: Se relacionan con patrones químico analíticos que no
contienen al analito como las volumetrías. La determinación analítica se basa en la relación
estequiométrica de la reacción entre el valorante y el analito de la muestra. Curvas de
valoración.
•MÉTODOS RELATIVOS: Se relacionan con patrones químico analíticos que si contienen al
analito y precisan de calibración metodológica.
20

23. Calibración de métodos instrumentales
21
Curvas de valoración: Representaciones gráficas de cómo varía la
concentración de uno de los reactivos conforme se añade el valorante

24. Calibración metodológica
Operación que permite relacionar la señal analítica con la
concentración/composición de la sustancia que se está analizando
Curvas de calibración: Gráficos que muestran la respuesta de un
método analítico en función de concentraciones conocidas de analito
22

25. Calibración completa
Función de calibrado
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5
y
Implican la obtención de una “función de calibrado” que
define la respuesta equivalente a concentraciones conocidas
del componente analizado. Una vez conocida esta función, se
utiliza su inversa (Función analítica) para determinar la
concentración a partir de la señal instrumental obtenida.
Pueden ser:
•Calibración con un estándar
externo
•Calibración con adición de
patrón
•Calibración con patrón interno
23

26. Calibración con estándar externo
Se usa para calibrar
instrumentos y procedimientos
cuando no hay efectos de
interferencia de la matriz
•Se preparan diluciones de
estándares externos a
concentraciones bien
conocidas
•Se obtiene la señal de
respuesta de cada estándar en
función de la concentración
24

27. Calibración con estándar externo
0
1
2
3
4
5
6
7
CONCENTRACIÓN
Sa
Predicción
y=mx+b
25

28. Calibración con estándar externo
Para calcular la ecuación de la
recta más adecuada se utiliza
el método de los mínimos
cuadrados con dos supuestos:
• Existe una relación lineal
señal-concentración
• Cualquier desviación de los
puntos de la línea recta
surge de errores en la
medición
26

29. Calibración con estándar externo
Errores en la calibración con
patrón externo:
• Se corrige la respuesta con
la medición de un blanco
 Blanco disolvente
 Blanco reactivo
Muestra
Solo el disolvente de
la muestra
Disolvente y reactivos de
tratamiento de la muestra
27

30. Calibración con estándar externo
Errores sistemáticos
• Preparar mal los patrones
• Exactitud en la preparación
• Forma química de los
patrones
Errores aleatorios
• La respuesta de la señal de
la muestra esta hacia los
extremos de la curva de
calibración
28

31. Calibración con estándar externo
29

32. Calibración por adición de patrón
La matriz afecta la
magnitud de la señal
analítica. En el método de
adición de estándar todas
las muestras tienen una
matriz similar
30

33. Calibración por adición de patrón
30
1. Muestra
2. Estándar
3. Disolvente
1. Adicionar
la misma
cantidad de
muestra
2. Adicionar
diferentes
concentraciones
de estándar
3. Aforar con
disolvente
1
2
3

34. Calibración por adición de patrón
31
4 5

35. Calibración por adición de patrón
0
5
10
15
CONCENTRACIÓN
Sa
• Necesario cuando hay interferencia
debida a los constituyentes de la
matriz: EFECTO MATRIZ
32

36. Calibración por adición de patrón
33

37. Calibración con patrón interno
• Útil cuando la señal analítica fluctúa
debido a las características de la técnica
de medida
• El “PATRÓN INTERNO” debe tener un
comportamiento y una estructura
similares a la del analito
Sustancia que se añade en cantidad constante a todas
las muestras, blancos y patrones de calibración al
efectuar un análisis
34

38. Calibración con patrón interno
0
1
2
3
4
5
6
7
CONCENTRACIÓN
Sa/SP.I.
+ Patrón interno
+ Patrón interno
+ Patrón interno
+ Patrón interno
+ Patrón interno
35

39. Calibración con patrón interno
Ventajas de la técnica
•El cociente de las señales es
independiente de las fluctuaciones
instrumentales aleatorias
•El cociente compensa el efecto matriz
que sufren las sustancias
36

41. Ejercicios. Curva de patrón externo
Quiere determinarse la concentración de glucosa en una muestra que al leerla en el
espectrofotómetro obtiene una absorbancia de 0.250. Por otra parte, se prepararon una
serie de soluciones patrón de glucosa cuyas concentraciones se midieron en g/dL. Las
lecturas obtenidas de la serie de patrones se presentan en la siguiente tabla:
Concentración
(g/dL)
Absorbancia
50 0.1
75 0.15
100 0.21
150 0.33
200 0.45
250 0.56

42. Ejercicios. Curva de patrón externo

43. Ejercicios. Curva de adición de estándar
Se pipetean alícuotas de 10 mL de ua muestra de agua mineral en matraces aforados de
50 mL. Se adicionan a cada uno 0,5,10,15 y 20 mL de una solución estándar 11.1 ppmde
Fe+3, con exceso de SCN- para dar Fe(SCN)6
-3. Después de diluir a 50 mL se midió la
absorbancia de cada dilución siendo las que se presentan en la tabla. Calcular la
concentración de Fe+3 en la muestra de agua.
Muestra Volumen de
estándar
Absorbancia
10 mL 0.0 mL 0.240
10 mL 5.0 mL 0.437
10 mL 10.0 mL 0.621
10 mL 15.0 mL 0.809
10 mL 20.0 mL 1.009

44. Ejercicios. Curva de adición de estándar

45. Ejercicios. Curva de patrón interno
Se determinó un compuesto Cx en una muestra por fotometría de llama. Se empleó el
método del patrón interno, agregando cantidades crecientes del analito (obtenido en una
casa comercial) Cx y cantidades iguales del patrón interno Cs. Los resultados obtenidos
se muestran en la tabla. Calcular la concentración de Cx en la muestra cuyas intensidades
de señal fueron 33 para Cx y 9 para Cs.
Muestra Cantidad
de Cx
Cantidad de
patrón interno
Cs
Intensidad
de Cx
Intensidad
de Cs
10 mL 0 ppm 1 ppm 33 9
10 mL 1 ppm 1 ppm 9 9
10 mL 2 ppm 1 ppm 14.3 9.5
10 mL 3 ppm 1 ppm 21.2 8.5
10 mL 4 ppm 1 ppm 34.4 9

46. ¡A echarle
muchas ganas!