Contaminación Introducción por el hombre, directa o indirectamente, de sustancias o energía en el medioambiente resultando perjudicial para la salud



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Pretratamiento de la muestra.

Operaciones físicas antes del análisis o tratatmiento




  • Secado de la muestra: El agua en muestras sólidas, suele provocar resultados erróneos.

  • Puede producir alteraciones de la matriz.

  • El contenido de humedad puede alterarse por condiciones atmosféricas, hay que cuantificarlo o eliminarlo antes del análisis.

El secado se realiza con el empleo de hornos y liofilización.


  • Trituración y homogenización: El objetivo es garantizar la representatividad, cuanto más heterogénea es la muestra mayor importancia tiene la etapa de trituración.

  • Trituradores para muestras sólidas: rodillos, de cono, de bolas.

  • Trituradores para muestras blandas: picadores, molinillos, etc.




  • División y submuestreo: Implica elegir una porción de la muestra para realizar el análisis.

  • Muestras sólidas:

  • Muestras líquidas: Agitación, centrifugación o filtración.



  1. Almacenaje y transporte

Gran importancia para el análisis, ya que se puede variar la concentración y composición de los analitos.

Tanto las condiciones de almacenaje como el tipo de contenedor se elegirán en función de la naturaleza de la muestra. Los contenedores pueden ser de naturaleza


Tema 5
Preparación de la muestra


  • Compuestos orgánicos:

Implica someter a la muestra a procesos físico-químicos para eliminar sustancias interferentes.




  • Problemática inherente al análisis de compuestos orgánicos:

  • Compuestos por C, H, O, N y, en algunos casos, S y halógenos. La composición química no es específica de una sustancia. Sólo lo es su estructura.

  • El método de análisis no debe alterar el compuesto, o si lo hace debe ser de forma controlada. Conocimiento del analito y matriz.

  • Hay pocos detectores y son poco específicos.




  • Etapas en la preparación de la muestra:




  1. Extracción: Separación del analito de la matriz. Difícil conocer sus eficacia.

  • Extracciones sucesivas: Disolvente adecuado sucesivamente, comprobar la presencia del analito en cada extracción.

  • Muestras enriquecidas: Añadir una cantidad conocida de analito a la muestra y evaluar la eficacia de la extracción, comparando la cantidad de analito determinada con la añadida.




  1. Limpieza: Se extrae analito y otras sustancias que hay que eliminar, peligro de perder analito.




  1. Preconcentración: Porque muchos analitos están a niveles traza. Cuidado con volátiles.


  1. Extracción

La muestra se pone en contacto con un extractante para debilitar las interacciones analito- matriz e incrementar las interacciones analito- extractante. La mayor parte de las técnicas analíticas requieren el analito en disolución. Para ello, si son:



  • Muestras sólidas, se emplea un líquido para separar el analito de la muestra.

  • Muestras líquidas, se realiza la preconcentración del analito, cambio de disolvente o limpieza de interferentes.



  • Extracción sólido-líquido

Muy usado con muestras sólidas. Contacto entre la muestra y un disolvente adecuado.

Objetivo: obtener la mayor cantidad posible de analito y la mínima de interferentes

Depende de: disolvente, temperatura, presión y tiempo.





  • Agitación: Proceso sencillo, laborioso (necesita filtración del extracto y evaporación del disolvente) que requiere elevados volúmenes de disolventes tóxicos.Para interacciones más intensas puede utilizarse radiación de ultrasonidos que provoca la vibración de las moléculas aumentando la eficacia de los choques entre ellas.



  • Extracción Soxhlet (1879): Se utiliza cuando las interacciones analito-matriz son más intensas. La mezcla disolvente/muestra se calienta de forma continua, inconvenientes, el largo tiempo de extracción (12- 48 h) y el elevado volumen de disolventes orgánicos empleados (300-500 mL); además no puede utilizarse para analitos termolábiles.

E

l solvente se evapora y sube hasta la cámara de condensación, por donde circula agua fría (refrigerante); aquí se condensa y cae a la cámara con el sólido, donde interferirá con este, se acumula aquí y cuando alcanza el nivel de la válvula vuelve al matraz inferior. Este continúa calentándose y vuelve a destilarse durante varias horas de forma cíclica y continua.

Es el método más utilizado y de referencia de todas las técnicas de extracción actuales. Destaca su uso en la extracción de grasa (lípidos y fosfolípidos) en alimentos (galletas, leche, carnes y pescados).





  • Extracción con microondas: Alternativa a la extracción Soxhlet con un calentamiento más rápido y eficaz. La muestra se coloca en un recipiente (abierto o cerrado) junto al disolvente y se somete a la radiación. Posteriormente el extracto se debe filtrar. La energía microondas es absorbida por moléculas con momento dipolar permanente produciendo su rotación, siendo esta rotación la responsable del calentamiento de la muestra. Los disolventes, generalmente son mezclas hexano-acetona. Tiempos de 30 min. a 1 h, utiliza volúmenes de disolvente de 25-50 mL y se pueden procesar muchas muestras a la vez. Se usan para la determinación de PAHs, fenoles y pesticidas organoclorados, organofosforados y triacínicos en distintos tipos de muestras (suelos, sedimentos, etc.)





  • Extracción acelerada con disolvente (1994): Usa disolventes orgánicos a alta P y T (200º y 20Mpa), unos 15 y 40 mL durante 10-15 min. No necesita filtración.

Se usa para la extracción de PAHs, bifenilos policlorados, dioxinas, organofosforados y organoclorados en suelos, lodos, sedimentos, etc.


  • Extracción líquido-líquido

Es una de las técnicas más utilizada para la extracción, preconcentración y limpieza de muestras líquidas. Consiste en la transferencia de analitos de la muestra al disolvente líquido inmiscible. Se alcanza el equilibrio:




La constante de distribución es diferente para cada analito y pareja de disolventes.


La fracción de analito extraída se calcula por:




  • Ventajas: Se pueden combinar variables (pH, fuerza iónica, utilización de mezclas de disolventes) para aumentar la selectividad.




  • Inconvenientes: Formación de emulsiones, elevados volúmenes de muestra, disolventes tóxicos e inflamables, riesgo de pérdidas y contaminación son algunas limitaciones. Por otro lado es una técnica cara, lenta y tediosa. Hay que repetir el proceso varias veces



  • Extracción en fase de vapor:

Técnicas basadas en el reparto de los analitos entre la muestra (sólida o líquida) y una fase gaseosa. Determina a niveles de trazas y ultratrazas en volátiles.

Ejemplos: hidrocarburos clorados en aguas, aromas en alimentos, esencias en perfumes, compuestos de azufre, óxidos de nitrógeno, etc.


  • Espacio de cabeza (head space): Los analitos extraídos son aislados mediante una jeringuilla de CG (estático) o utilizando una corriente de gas inerte (dinámico), luego se lleva el gas al cromatógrafo. La T suele ser de 25 a 30º C. Presenta una gran sensibilidad



  • Métodos de purga: Semejante al espacio de cabeza dinámico. El gas inerte (nitrógeno, argón, helio…) burbujea en la muestra arrastrando los compuesto volátiles. Los analitos extraídos son retenidos en una trampa criogénica o sorbente adecuado.

  • Sistemas cerrados (closed-loop stripping analysis). El gas recircula continuamente a través de la muestra y la trampa durante un tiempo determinado.

  • Sistemas abiertos (purge and trap). El gas se libera a la atmósfera tras su paso por la trampa. Evita la contaminación del sistema y favilita su acoplamiento a la cromatografía de gases.



  • Extracción en fase sólida

Basada en la diferente afinidad del analito (o la matriz) por una fase sólida o por la propia muestra líquida (o el extracto obtenido). Al hacer pasar la muestra a través de la fase sólida algunos compuestos quedarán retenidos en ella y otros pasarán inalterados. Si los analitos de interés han quedado retenidos podrán ser diluidos con un pequeño volumen de disolvente. Es muy adecuada para:



  • Eliminación de interferencias

  • Preconcentración de analitos

  • Cambio de fase

  • Conservación y transporte de la muestra




  • Extracción con cartuchos: La fase sólida está colocada en un cartucho de vidrio o polietileno sobre la que se pasa un determinado volumen de muestra quedando retenidos los analitos.

  • Capacidad del sorbente: es la máxima cantidad de analito (y compuestos interferentes) que puede ser retenida en una determinada cantidad de sorbente.

  • Volumen de ruptura: es el volumen máximo de muestra que puede hacerse pasar a través del sorbente sin que se produzcan pérdidas de analito.




  • Microextracción en fase sólida: Puede llevarse a cabo en espacio de cabeza (para volátiles en muestras líquidas y sólidas) o por inmersión directa de la fibra en la muestra (líquida o extractos orgánicos de muestras sólidas).



Grupos funcionales de los sorbentes:


  • Apolares: para la preconcentrar y limpiar compuestos orgánicos presentes en muestras líquidas polares. Los más utilizados son los alquil-sílicas (C18, C8…). Los analitos orgánicos interaccionan con la fase sólida mediante fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas quedando retenidos. Se eluyen con 1-10 mL de disolvente orgánico (metanol, acetonitrilo…).




  • Polares: para purificar extractos orgánicos. Los más utilizados son el gel de sílice (SiO2 – H2O) y alúmina (Al2O3 – H2O). Disolvente y analitos compiten por los sitios activos de adsorción del sorbente. Mediante una adecuada selección de disolventes (de menos a más polar) se pueden eluir de forma diferencial los interferentes de los analitos.




  • Intercambiadores iónicos: para preconcentrar compuestos orgánicos iónicos o fácilmente ionizables. EL sorbente son partículas de sílice rodeadas de aminas + o grupos carboxilos n -, se realiza a un pH en el que el analito esté en su forma iónica para ser retenido por el sorbente. Los materiales poseen distinto tamaño de poro para permitir la separación en función del tamaño molecular. (Exclusión molecular)



  • Sorbentes de exclusión molecular: para separar compuestos orgánicos en función de su tamaño molecular. Poseen poros en los que solo pueden penetrar las moléculas pequeñas.




  • Sorbentes de afinidad: extraen selectivamente un determinado compuesto. Están compuestos por un soporte inerte (resina, gel, sílica, etc.) sobre el que se inmoviliza un anticuerpo, enzima u hormona con los que interacciona su correspondiente antígeno, substrato o receptor .

  • Compuestos Inorgánicos



  • Preparación de la muestra para la determinación de analitos inorgánicos

La mayoría de las técnicas de análisis requieren disponer de la muestra en disolución.


  • Muestras sólidas: transformación en fase líquida

  • Disolución total: destrucción de la materia orgánica o de otros constituyentes de la matriz que puedan interferir en la recuperación del analito.

  • Vía húmeda

  • Fusión

  • Vía seca

  • Lixiviación: no es necesaria la disolución completa de la muestra




  • Muestras líquidas: eliminación de partículas en suspensión y materia orgánica

  • Filtración

  • Centrifugación

  • Mineralización

  • Extracción


  1. Disolución por vía húmeda (disolución total)

Transformación de la muestra sólida en fase líquida




  • Sin reacción química: disolver sales y compuestos inorgánicos en agua o disoluciones reguladoras.

  • Con reacción química: para la mayor parte de las sustancias. Reactivos en orden creciente de complejidad:

  • Ácidos diluidos (en frío o en caliente)

  • Ácidos concentrados (en frío o en caliente)

  • Mezclas de ácidos

  • Ácidos más otros agentes

Procesos ácido-base y de formación de complejos. Sirven para determinar metales pesados.




  1. Descomposición por fusión (disolución total)

Para compuestos resistentes a la disolución por vía húmeda.




  • Presenta gran efectividad por:

  • La elevada temperatura (hasta 1200ºC)

  • La elevada capacidad de disolución de los electrolitos fundidos(disolventes muy enérgicos)

  • El comportamiento como ácidos o bases o como reactivos redox de los electrolitos.




  • Limitaciones:




  • Tipos de fusiones:

  • Carácter acido-base:

  • Fusiones alcalinas: carbonatos, hidróxidos y boratos.

  • Fusiones acidas: disulfatos, fluoruros, oxidos de boro.

  • Carácter redox:

  • Fusiones oxidantes: agentes alcalinos + oxidantes, peróxidos.

  • Fusiones reductoras: fundentes alcalinos + reductores, sulfuro y alcalinos


  1. Mineralización por vía seca (disolución total)

Para eliminar de la materia orgánica y disoluir el residuo por tratamiento con ácidos. Se realiza en horno a elevadas temperaturas y se aplica a muestras complejas del tipo de alimentos, biológicas, etc.




  1. Lixiviación (sin disolución total)

Para conocer la disponibilidad biológica y físicoquímica del analito (toxicidad) en muestras de suelos Implica extracciones secuenciales con distintos reactivos y diferentes condiciones.




  1. Filtración (muestras liquidas)

Elimina las partículas en suspensión. La eficacia del proceso depende del tamaño de poro del filtro, el aparato de filtración y el procedimiento utilizado. Se suelen utilizar filtros de celulosa de 0.45 um.




  1. Centrifugación (muestras liquidas)

Separación de fases en muestras líquidas. Las condiciones se deben seleccionar en función del tamaño de las partículas en suspensión.




  1. Extracción (muestras liquidas)

Separación del analito del resto de la matriz.



  • Mejora la sensibilidad mediante la preconcentración de analitos

  • Mejora la selectividad mediante la eliminación de interferencias

  • Favorece la detección de analitos en el nuevo medio donde se encuentran




  • Extracción líquido-líquido

  • Extracción en fase sólida

  • Extracción con fluidos supercríticos



  1. Especiación

Necesitamos conocer las concentraciones de los analitos inorgánicos. Su importancia está relacionada con la relaccion entre la forma química y su toxicidad, ya que algunos compuestos de un mismo elemento pueden ser inocuos y otros altamente tóxicos (formas organometálicas).

Es una tarea compleja debido a:


  • Se ha de conservar la forma química de las especies durante el tratamiento de la muestra.

  • Son necesarias técnicas de elevada sensibilidad (trazas)

  • Carencia de patrones comerciales y materiales de referencia.

  • No se conoce la estabilidad de las distintas especies en disolución.




  • Muestras líquidas: Tratamiento mínimo con el objetivo de discriminar las especies de interés. Los procedimientos habituales incluyen la extracción en fase sólida, cromatografía de gases o HPLC seguida de detectores atómicos o de masas.

  • Muestras sólidas: Las especies han de pasar a la disolución sin transformación química. Sólo pueden utilizarse técnicas de separación/disolución blandas como extracciones secuenciales con disolventes o digestiones enzimáticas.


Ejemplo para los compuestos organoplúmbicos

  • Extracción de las especies más abundantes con disolventes orgánicos tipo hexano o benceno.

  • Concentración de los extractos mediante evaporación controlada del disolvente.

  • Formación de los derivados más volátiles de las especies iónicas.

  • Separación mediante cromatografía de gases.

  • Detección por varios tipos de detectores.


Tema 6
Métodos clásicos de análisis

Basados en leyes que se materializan en ecuaciones matemáticas:

Gravimétricas: instrumento  balanza  Mide masa

Volumétricas: instrumento  bureta  Mide volumen


Volumetrías: La reacción tiene que ser completa y rápida. La muestra se sitúa en Erlenmeyer y el reactivo valorante en una bureta.


    • Valoraciones

Técnica analítica basada en una reacción química (reacción de valoración), en la que se determina la cantidad de analito presente en una muestra, por adición de una cantidad conocida de otra sustancia (valorante), en presencia de un sistema que permita identificar (indicador) en que momento se ha consumido la totalidad del analito por adición de la cantidad estequiométrica de valorante (punto final).
Cuando se determina el volumen de disolución valorante gastado = VOLUMETRÍA


  • Tipos de valoraciones (según la naturaleza de la reacción de valoración)

  • Ácido-base : HCl + NaOH  NaCl + H2O

  • Formación de complejos : Ca2+ + EDTA  Ca-EDTA2-

  • Precipitación : AgCl  Ag+ + Cl-

  • Redox : 5C2O2-4 + 2MnO4- + 16H+  10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O




  • Requisitos de las reacciones de valoración

  • Estequiometría definida.

  • Constante de equilibrio elevada.

  • Debe ser rápida, necesarios catalizadores o elevar la temperatura.

  • Indicadores del punto final

  • Selectividad.




  • Procedimientos de valoración

  • Valoración directa: Se añade valorante hasta la reacción completa. La reacción debe ser: estequiométrica, cuantitativa, rápida, selectiva y con indicadores del punto final.



  • Valoración por retroceso: Se añade al analito en exceso medido del reactivo valorante. Este exceso se determina mediante un nuevo valorante. La reacción no cumple alguno de los requisitos anteriores.




  • Valoración indirecta: El analito no reacciona directamente con el valorante. Hay una reacción auxiliar del analito por la que se produce una cantidad estequiométrica de un tercer reactivo, que es el que se valora con la disolución patrón.


  • Términos:

  • Patrón primario: pureza 99,9%. No se descompone, no es higroscópico, estable al calor, soluble en medio de reacción, masa relativa elevada. Ej: AgNO3, Na2CO3.




  • Patrón secundario: no cumple las condiciones del patrón primario. Se estandariza con un patrón primario. Condiciones: concentración cte, reacciona de forma completa, rápida, selectiva y sencilla. Ej: NaOH, HCl.




  • Reactivo valorante: se prepara a partir de un patrón primario en disolución (concentración exacta conocida). Si no hay un patrón primario se usa un patrón secundario.




  • Sistema indicador del punto final:

  • Visuales: origina un cambio brusco perceptible (color, turbidez, precipitado, etc.)

  • Instrumentales: cambio en magnitud físicoquímica del analito, valorante o producto de reacción que se monitoriza con un instrumento.




  • Punto de equivalencia: punto de una valoración en el que la cantidad añadida de reactivo valorante equivale exactamente a la de analito (proporción estequiométrica). Es un punto teórico que no se puede determinar experimentalmente.




  • Punto final: punto de una valoración en el que se produce un cambio físico asociado a la condición de equivalencia química. depende del sistema indicador utilizado.




  • Error de valoración: diferencia de volumen entre el punto de equivalencia y el punto final. Es la combinación de tres errores independientes:

  • Error químico: el punto final puede no coincidir con el punto de equivalencia.

  • Error de discriminación visual: limitación del ojo humano.

  • Error del indicador: consume una pequeña cantidad de valorante para poner de manifiesto el punto final.


    • Valoraciones ácido-base

Procedimiento rápido y útil para el análisis cuantitativo de sustancias con propiedades ácidas o

básicas.

Consiste en determinar el volumen añadido de reactivo valorante equivalente a la cantidad de ácido o base presente. El reactivo valorante será un ácido fuerte para la determinación de bases y una base fuerte para la determinación de ácidos.

Ácido1 + base2 ↔ base1 + ácido2



  • Curva de valoración: Es la representación gráfica de pH en función de la cantidad de reactivo valorante añadida. Para evaluar la exactitud de la determinación, elegir el indicador más adecuado o mejorar las condiciones experimentales de la valoración.

Se descompone en 4 zonas

  1. Punto inicial (antes de añadir valorante)

  2. Antes del punto de equivalencia (zona con defecto de valorante)

  3. Punto de equivalencia

  4. Después del punto de equivalencia (zona con exceso de valorante)






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