"Año de la promoción de la industria responsable y compromiso climático"

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA PRFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

ASPECTOS GENERALES DE LOS METODOS INSTRUMENTALES

Docente:

Ing. Vanesa Melchor Sandoval

Alumno:

TARICUARIMA GARAY Grecia Sarina

IV ciclo

Pucallpa-Perú

13/10/2014

ASPECTOS GENERALES DE LOS METODOS INSTRUMENTALES

INDICE

I. INTRODUCCIÓN

En los últimos años se han producido diversos instrumentos sensibles que han incrementado considerablemente la capacidad del ingeniero para cuantificar y controlar los materiales contaminantes, cuya complejidad va en aumento. Los métodos instrumentales de análisis tienen aplicación en el monitoreo de rutina de la calidad del aire, calidad del agua superficial y subterránea, y la contaminación del suelo, como también durante el proceso de tratamiento de agua y agua residual.

Estos métodos han permitido que las mediciones analíticas se realicen inmediatamente en la fuente, y que el registro se practique a una distancia del sitio donde se realiza la medición. Además, han permitido ampliar considerablemente la variedad de las sustancias químicas orgánicas e inorgánicas que se pueden controlar, las concentraciones que se pueden detectar y cuantificar. En la actualidad se usan rutinariamente varios métodos instrumentales para investigar la magnitud de la contaminación y para controlar la efectividad del tratamiento.

Casi cualquier propiedad física de un elemento o compuesto puede servir como base para una medición instrumental. La capacidad de una solución coloreada para absorber luz, de una solución para transmitir corriente o de un gas para conducir calor puede ser la base de un método analítico para medir la cantidad de un material y para detectar su presencia.

II. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVOS GENERALES

conocer sobre que son los métodos instrumentales en un bosquejo general.

los diferentes metodos y instrumentoa a conocer.

procesamiento de las señales y relacion entre la señal y las propiedades

el diseño de instrumentos y naturaleza de las respuestas

2.2. OBJETIVOS ESPECIFÍCOS

III. MARCO TEORICO

ASPECTOS GENERALES DE LOS MÉTODOS INSTRUMENTALES

3.1conceptos fundamentales: Alrededor de 1930 atención a fenómenos distintos, medición de las propiedades físicas de los analitos, entre ellas:

Conductividad Potencial de electrodo Absorción o emisión de la luz Razón masa/carga Fluorescencia

Algunas técnicas de separación cromatográficas empezaron a desplazar a laextracción, destilación y precipitaciónPara la separación de mezclas complejas,previo a su determinación cualitativa y cuantitativa.A estos métodos recientespara separar y determinar especiesquímicas, se les conoce en conjunto como los métodos instrumentales.

identificación y definición del problema

diseño del procedimiento experimental

ejecución del experimento y recopilación de datos

análisis de los datos experimentales

son modernos que separan, identifican y cuantifican diferentes especies químicas orgánicas, inorgánicas, bioquímica, etc.

Se basan en fenómenos físicos-químicos conocidos. Su aplicación ha sido en paralelo al desarrollo de la electrónica.

Para el análisis cualitativo o cuantitativo se miden las propiedades de los analitos.

Señales analítica, ejemplo: absorción o emisión de luz Conductividad o potencial de electrodo Dispersión, rotación refracción, difracción

.

El desarrollo de los modernos métodos instrumentales de análisis ha sido paralelo al desarrollo de la electrónica y de la industria de la computación.

3.2Métodos instrumentales

Los métodos instrumentales se basan en la medida de alguna propiedad físico-química. Su uso ha aumentado con el desarrollo de la electrónica, por la facilidad de detectar cambios en las propiedades físico-químicas y transformarlos a un lenguaje entendible por el ser humano. Un instrumento analítico es el soporte en el cual se desarrola esa transformación.

Se va a realizar una pequeña introducción a los métodos instrumentales y son:

1. Métodos EspectroscópicosLa espectroscopía es una ciencia que trata la interacción de la radiación electromagnética, u otras partículas, con la materia.

1.1. Espectroscopía Atómica

En este tipo de métodos, las sustancias presentes en una muestra, se convierten en átomos o iones elementales en estado gaseoso, para la posterior medida de la propiedad analítica.

1.1.1. Espectroscopía de Absorción Atómica

La muestra se atomiza mediante un medio de alta temperatura que proporciona una alta energía. El atomizador puede ser una llama o un horno de grafito Irradiamos el vapor atómico y los átomos son capaces de absorber a una característica longitud de onda. La absorbancia medida será función de la concentración en el vapor atómico. Se utiliza una lámpara de cátodo hueco para que la radiación que incide en la muestra sea característica del elemento que queremos cuantificar.

Espectro de absorción atómica de Mg.

1.1.2. Espectroscopía de Emisión Atómica

Los atomizadores más utilizados son los plasmas y el arco y chispa eléctricos. Estos atomizadores consiguen una temperatura de hasta 10000K. Al atomizar la muestra con esta temperatura, los átomos estarán en un estado excitado y cuando regresen al estado fundamental emitirán una radiación característica que será función de la cantidad del elemento en la muestra.

Espectro de emisión atómica del Mo

1.1.3. Espectroscopía de Masas Atómica

Este método consiste en la atomización de la muestra, conversión de átomos a iones, separación de esos iones mediante la diferencia en la relación masa/carga (m/z) y contaje de iones de cada tipo. Para la separación y recuento de iones, se utiliza un espectrómetro de masas.

Espectro de masas atómica del Hg

1.2. Espectroscopía Molecular

Son métodos espectroscópicos en donde el analito que se quiere determinar se encuentra en forma molecular.

1.2.1. Espectroscopía de Absorción Molecular

Las sustancias pueden absorber a una determinada longitud de onda. Si se irradia a esa cierta , la intensidad que llega al detector será menor que la intensidad con que irradiamos la muestra. Esa absorbancia es proporcional a la concentración del analito, según la Ley de Beer.

Usualmente se utiliza la región UV y Visible del espectro electromagnético.

Espectro de absorción molecular

1.2.2. Espectroscopía de Absorción IR

Al aplicar una radiación IR a una molécula, la molécula puede cambiar de unos estados de energía vibracional y rotacional a otros. Esos cambios se definen por una energía característica, o lo que es lo mismo, a una determinada longitud de onda, y dependen de los átomos que corresponden al enlace, al tipo de éste y al tipo de vibración o rotación que sea.

Espectro de IR de los gases más importantes

1.2.3. Resonancia Magnética Nuclear

Se basa en la absorción de la radiación en la región de la radiofrecuencia. En este proceso se ven implicados los núcleos de los átomos.

Es un método para determinación estructural muy bueno, ya que la señal de cada átomo, saldrá a un mayor o menor desplazamiento, dependiendo de los átomos que le rodeen en la molécula.

Espectro de RMN

1.2.4. Espectroscopía de Masas Molecular

Se basa en la separación de distintos radicales o iones moleculares debido a la diferencia de la relación masa/carga entre ellos.Es un método de determinación estructural y puede dar información acerca de mezclas complejas, entre otras aplicaciones.

Espectro de masas molecular de una sustancia orgánica

2. Métodos ElectroquímicosSe basan en las propiedades eléctricas de un analito en disolución. Poseen límites de detección especialmente bajos.

2.1. Métodos Potenciométricos

Se basa en la medida del potencial de equilibrio en una celda galvánica, en la cual disponemos de dos electrodos, indicador y de referencia.Medimos la diferencia de potencial entre los electrodos, esa diferencia de potencial entre los electrodos, esa diferencia de potencial está relacionada con la concentración de analito que queremos medir.

2.2. Métodos Voltamperométricos

Son métodos en los que la concentración de analito se deduce a partir de medidas de la intensidad de corriente en función del potencial aplicado. Tiene grandes ventajas como que el analito no se pierde al realizar el experimento.

3. Métodos CromatográficosLa cromatografía en si es un método de separación de sustancias en mezclas complejas. Se utiliza generalmente para separación, pero a los instrumentos se les acopla algún componente para la posterior determinación por algún método analítico instrumental. La mezcla a resolver se introduce en un sistema formado por un fluido (fase móvil), que circula en contacto con la fase estacionaria. Los componentes de la mezcla que poseen una mayor afinidad por la fase estacionaria, su velocidad de avance se hará más pequeña y se logrará la separación.

Hay dos tipos importantes de cromatografía:

Cromatografía de gases, donde la fase móvil es un gas inerte y la fase estacionaria puede ser sólida o líquida.

Cromatografía de líquidos, donde la fase móvil es uno o varios líquidos y la fase estacionaria es sólida.

Ejemplo de cromatograma

3.3clasificación de los métodos instrumentales

3.4instrumentos para el análisis tipos de métodos instrumentales

3.5componentes de los instrumentos3.6propiedades analíticas

parámetros de calidad

CRITERIOS DE DESEMPEÑO CUANTITATIVOS(PARÁMETROS DE CALIDAD)

1. Precisión

Es el grado de concordancia entre los datosQue se obtuvieron de la misma manera. LaPrecisión proporciona una medida del errorAleatorio o indeterminado de un análisis. Entre losparámetros de la precisión, se encuentran: ladesviación estándar absoluta (S), la desviación estándar relativa (RSD), El error estándarde la media (Sm), el coeficiente de variación (CV) y la varianza (S²)

2. Sesgo

Es una medida del error sistemático o determinado del método analítico Se define mediante la ecuación Δ = - Ƭ, donde es La media de la población para la concentratración de un analito en una muestra y Ƭ esEl valor verdadero. Para determinar el sesgo Se deben analizar uno o más MATERIALES DE REFERENCIA

ESTÁNDAR, cuya concentración de analito sea conocida. Los resultados de dichos análisis contendrán errores tantosistemáticos como aleatorios, pero si se repiten las mediciones una cantidad suficiente de veces, se puede determinar el valor medio con cierto grado de confianza. El promedio de 20 o 30 análisis repetidosse puede tomar como un buen cálculo de la media dela población (de análisis efectuados) de la ecuaciónanterior. Cualquier diferencia entre este promedio yla concentración conocida del analito del materialestándar de referencia, se puede atribuir al sesgo.Generalmente al aplicar un método analítico sepretende identificar el origen del sesgo y eliminarloo corregirlo mediante el uso de blancos y de lacalibración de los instrumentos.

3. SensibilidadEn general, se ha acordado que la sensibilidadde un instrumento o de un método es una medidade su aptitud para discriminar entre pequeñasdiferencias de concentración del analito. Estálimitada por dos factores:

o La pendiente de la recta de calibración y

o La reproducibilidad o precisión del dispositivo

de medición. Entre dos métodos que poseen igual precisión, el que tenga la recta de calibración con mayorpendiente, será el más sensible!

Si dos métodos presentan rectas de calibración conpendientes iguales, el que muestre mejor precisión,será el más sensible.La definición cuantitativa aceptada por laIUPAQ para la Sensibilidad de la Calibración,indica que es la pendiente de la recta decalibración en la concentración de interés.

La mayoría de las rectas de calibración que se usanen química analítica son lineales y se puedenrepresentar por medio de la ecuación:

S = mc + Sbl

S = la señal medidac = la concentración del analitoSbl= la señal del instrumento para un blancom = la pendiente de la recta

2. Límite de detección

3. Intervalo de cuantificación LOQ-LOL

4. Selectividad

CRITERIOS CUALITATIVOS

a-Velocidad

b - Conveniencia y facilidad

c - Habilidad del operador

d - Costo y disponibilidad del equipo

e - Costo por muestra

selección de un método analítico instrumental

3.7calibración como obtener información cuantitativa

3.8tendencias más importantes en los métodos instrumentales3.9importancia de la relación) ruido.

La mayoría de las técnicas instrumentales quedan en una de las tres áreas principales:

1. Espectroscopia2. electroquímica 3. cromatografía Aunque variasTécnicas importantes (incluyendo la espectrometría de masas y el análisis térmico) no seAjustan convenientemente a estas clasificaciones, las tres áreas proporcionan la base deUn estudio sistemático de la instrumentación química.

Los avances en la química y en la tecnología están haciendo posibles nuevasTécnicas y extendiendo el uso de las ya existentes. La espectroscopiafoto acústica es unejemplo de técnica analítica en ciernes. Algunas de las técnicas existentes se hancombinado para extender la utilidad de los métodos componentes. Ejemplos de métodosacoplados o conjuntados exitosamente (que se indican con siglas unidas con guión) sonlos de cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) y el de plasma conacoplamiento inductivo espectrometría de masas (ICP-MS) (Tabla 1.2). La aplicaciónde la capacidad de las computadoras a los instrumentos analíticos ha llevado al usoextenso de métodos como la transformada de Fourier para producir las nuevas técnicas:espectroscopías de infrarrojo según la transformada de Fourier (FTIR), y de resonanciamagnética nuclear de pulsos (de carbono 13).El analista debe estar al tanto de las funciones que realiza(n) la(s)computadora(s). En un método analítico dado. Estas funciones pueden ir desde lacaptura de los datos hasta el control para el manejo de los sistemas de datos delaboratorio. Aunque actualmente pocos químicos analíticos desarrollan programas ydiseñan equipo de computación, deben comprender los conceptos fundamentales tantodel equipo (hardware) como de los programas computacionales (software).1. Introducción a las técnicas instrumentales en el análisis

industrialPrincipales tipos de instrumentación químicaTécnicas espectroscópicasEspectrofotometría de visible y ultravioletaEspectrofotometría de fluorescencia y fosforescenciaEspectrometría atómica (emisión y absorción)Espectrofotometría de infrarrojoEspectroscopíaramanEspectroscopía de rayos XTécnicas radioquímicas, incluyendo el análisis por activaciónEspectroscopía de resonancia magnética nuclear

Espectroscopía de resonancia de espin electrónico (o de resonancia paramagnéticaelectrónica)Técnicas electroquímicasPotenciometría (electrodos de pH y selectivos de iones)VoltamperometríaTécnicas voltamperométricasTécnicas de redisoluciónTécnicas amperométricasCoulombimetríaElectrogravimetríaTécnicas de conductanciaTécnicas cromatográficasCromatografía de gasesTécnicas de cromatografía líquida de alta resoluciónTécnicas diversasAnálisis térmicoEspectrometría de masasTécnicas cinéticasTécnicas conjuntadas o acopladas(GC-MS) (cromatografía de gases -espectrometría de masas)(ICP-NIS) (plasma con acomplamiento inductivo-espectrometría de masas)(GC-IR) (cromatografía de gases -espectrometría de infrarrojo)(MS-MS) (espectrometría de masas-espectrometría de masas)

4 instrumentos para el análisis

5 1.tipos d métodos instrumentales

6 Componentes de los instrumentos

7 Propiedades analíticas

8 1.parametros de calidad

9 2.seleccion de un método analítico instrumental

10 Calibración :como obtener información cuantitativa

calibración• El procedimiento operatorio en análisis instrumental para lacalibración es :• Se prepara una serie de muestras (9 ó 10) con [ ]conocidas de analito.• Se miden en el instrumento en iguales condiciones• seguidamente se medirá las muestras problema.• A partir de la señal obtenida para cada patrón de [ ]conocida, se construye la gráfica de calibración.• A partir de ella se obtiene la [ ] de analito en las muestrasproblema por interpolación.

11 Tendencias más importantes en los métodos instrumentales

12 Importancia de la relación de señal/ ruido

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

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)

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

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

Bibliografía:

Métodos instrumentales de análisis. Willard,H.,MerritL.,y otros. Grupo ed.Iberoamericana, Mexico,1991.

ANALISIS INSTRUMENTAL. Douglas SKoog and James LEARY. Cuarta edición Mc Graw Hill, 1994.

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

ANEXOS