UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA ESCUELA DE QUIMICA FACULTAD DE CIENCIAS INSTRUMENTAL ANALITICO

MÉTODOS CUANTITATIVOS DE ANÁLISIS EMPLEADOS EAA Y EAA CON LLAMA

Caracas 2003

INTRODUCCION El análisis de los elementos mediante estas técnicas requiere la disolución eficaz de las muestras. Las soluciones de las muestras deben ser límpidas y no deben contener sólidos suspendidos ni sedimentados, de lo contrario es necesario emplear procedimientos apropiados de filtración. Debe optarse por el empleo de la menor cantidad posible de ácidos ya que su empleo masivo conduce a cambios importantes en las propiedades físicas de la muestra en relación a la de los patrones acuosos por lo que pueden presentarse interferencias no espectrales asociadas al transporte de la muestra al atomizador. En las determinaciones por emisión atómica se recomienda el empleo de los supresores de ionización adecuados en las concentraciones recomendadas (1:1000 analito : supresor). La determinación de los elementos se realizan empleando técnicas de calibración que incluyen curvas de calibración externa, curvas de adición de estándar o de estándar interno. Procedimiento analítico El método o procedimiento analítico es un conjunto de instrucciones empleadas para obtener la información requerida. La cadena de operaciones contempladas en el procedimiento que incluye: el muestreo, el tratamiento de la muestra, la medida de la señal analítica, el tratamiento de la señal analítica y finalmente la obtención del resultado analítico. En el proceso de muestreo es vital ya que él define si el resultado analítico es representativo. En el muestreo se encuentran diferentes variables importantes a tener en cuenta ya que la representatividad de una muestra tiene que ver con las variaciones de concentración de una sustancia dentro del volumen total de la muestra y la homogeneidad de su concentración dentro de la muestra tomada. También es necesario definir la cantidad o tamaño de muestra para asegurar su representatividad. De manera adicional, la estabilidad de la sustancia a analizar puede variar con el tiempo y otras condiciones. Por ultimo, la posible contaminación de la muestra al momento del muestreo es algo crítico, sobre todo si la determinación a realizar es sobre elementos que se encuentran a en cantidades minoritarias o a nivel de trazas. El tratamiento de la muestra tiene como objetivo llevarla a un estado adecuado para el análisis. Esto puede requerir el empleo de procedimientos de disolución, vaporización, reducción, separación etc. y operaciones de transvase, dilución etc. en las cuales puede contaminarse o perderse parte de la muestra o, a veces, introducir sustancias que posteriormente pueden conducir a interferencias.

La señal analítica a obtener debe ser una expresión exacta de la propiedad a medir del componente. Sin embargo, la señal obtenida generalmente se divide en dos términos: y = F(c) + yo

F(c) Función conocida de la concentración yo Variable aleatoria asociada con las perturbaciones y errores involucrados en el procedimiento analítico El procedimiento analítico debe ser optimizado de manera de reducir la expresión: yo /F(c) Errores aleatorios Las condiciones ideales no pueden ser reproducidas en un análisis real. Cada etapa del procedimiento analítico genera perturbaciones que actúan como fuente de ruido. Los orígenes de este ruido pueden ser diversos: - El ruido puede ser consecuencia de imperfecciones del sistema de medida o del modo en que se opera el sistema: diferentes interferencias, errores de calibración. Estos ruidos generan los errores sistemáticos, los cuales pueden detectarse y eliminarse. -Puede relacionarse con el carácter discreto de la materia y energía, la agitación térmica y el principio de incertidumbre. -Se relaciona con las condiciones en las que se opera el sistema, tales como por ejemplo vibraciones y fluctuaciones de temperatura, humedad, fuentes de tensión, fuentes de luz, etc... Estos dos últimas fuentes de ruido, denominadas generalmente fuentes de ruido instrumental y ambiental, originan los errores aleatorios, los cuales junto a los ruidos de tipo químico siempre existirán en las medidas analíticas y por ende conducirán a la fluctuación de la señal analítica y a la imprecisión del resultado analítico. A veces conducen, de manera adicional a errores en la exactitud de la determinación. La inevitable fluctuación de la señal analítica debido a razones instrumentales, conduce a la necesidad de realizar réplicas de lectura. De manera adicional, para garantizar la representatividad de un resultado es necesario realizar réplicas de la muestra, aplicándole a cada una de ellas el mismo procedimiento analítico. El número de réplicas depende de la homogeneidad de la muestra, pero comúnmente se emplean tres réplicas ya que de lo contrario, el tiempo de análisis se eleva sin aumentar de manera significativa la exactitud y representatividad del resultado. El tratamiento de los datos analíticos, los errores aleatorios y los resultados analíticos es un paso importante en la obtención del resultado analítico. Pruebas de descarte de datos y resultados, determinaciones de valores medios y la magnitud de los errores aleatorios propagados durante el procedimiento analítico son, entre otros cálculos, parte del procedimiento analítico. Finalmente, se requiere en general, la aplicación

de pruebas estadísticas para comparar los resultados obtenidos, determinar el intervalo de confianza del resultado, etc...

Curvas de calibración externa En esta técnica de calibración se preparan diferentes soluciones patrones que contengan concentraciones exactamente conocidas del elemento a determinar. La curva de calibración es aquella que resulta cuando se grafica la señal de absorción o intensidad de emisión obtenida para cada solución versus la concentración de dichas soluciones patrón. La señal de la muestra debe ser corregida con la correspondiente señal obtenida por el blanco. En condiciones ideales, el blanco contiene todos los componentes de la muestra original excepto el analito. La representación grafica de los datos permitirá obtener, en general, una relación lineal entre la señal y la concentración dentro del intervalo dado de concentración. Lo más aconsejable es emplear zonas lineales dentro de las curvas de calibración ya que el error dentro de ellas es determinable de una manera más eficaz y directa. La ecuación de la curva de calibración debe ser ajustada apropiadamente y para ello se emplea generalmente el método de ajuste lineal por mínimos cuadrados. Una vez obtenida la curva de calibración, la señal obtenida para la muestra, medida en las mismas condiciones que la curva de calibración, permitirá la determinación de la concentración del elemento en la muestra dada. El éxito de la aplicación técnica de curva de calibración externa depende, en gran medida, de la exactitud con la que se preparen las soluciones patrón y de la similitud entre la matriz de dichas soluciones y la de las muestras. Lamentablemente, reproducir la matriz de muestras complejas puede ser difícil o imposible y sus efectos dan a lugar interferencias que conducen a un error en la determinación cuantitativa. La presencia de otras interferencias no espectrales (de tipo químico o de la matriz) afecta también la exactitud de este método por lo que en estos casos debe optarse por otras técnicas como la curva de adición estándar. Sin embargo, aún cuando algunas técnicas son más robustas que otras, es importante tener en cuenta que la única garantía de obtener un resultado cuantitativo confiable es mediante la validación previa del método. Para ello se emplean muestras estándar de referencia. Lamentablemente, debido al elevado costro de este tipo de muestras, ellas no serán empleadas en este laboratorio.

Técnica de adición de estándar La técnica de adición de estándar es especialmente útil para analizar muestras cuya matriz compleja hace altamente probable la presencia de interferencias no espectrales. Este método puede aplicarse de diferentes formas. Una de las más habituales implica la preparación de diferentes soluciones, mediante la adición de diferentes volúmenes de una disolución patrón a una misma alícuota de muestra. Todas las soluciones se llevan a un volumen final fijo. Este proceso se conoce como adición de muestra. Hay que tener en cuenta que cuando la cantidad de la muestra es limitada, las adiciones de

estándar se pueden llevar a cabo por adiciones sucesivas de volúmenes del patrón a un único volumen de muestra. Las medidas, se van haciendo en la muestra original y después de cada adición del patrón en la muestra. En la mayoría de las versiones del método de la adición de estándar, la matriz de la muestra es casi idéntica después de cada adición y la única diferencia es la concentración del analito agregado, o la concentración de reactivo en el caso de que se añada un exceso de un reactivo analítico. Como los patrones se preparan en alícuotas de la muestra y la dilución de la muestra es la misma en cada solución, la matriz es idéntica. Por esta razón, en cada solución, las señales serán afectadas de manera similar por las interferencias no espectrales producto de la matriz de la muestra por lo que la curva obtenida permite, en principio, realizar la determinación cuantitativa de manera adecuada. Es importante destacar que esta técnica no elimina las interferencias sino que las compensa, ya que permite obtener la señal de patrones y muestra bajo las mismas condiciones de matriz. También es importante tener en cuenta que la aplicación de esta técnica NO garantiza la obtención de un resultado cuantitativo “verdadero” ya que la presencia de algunas interferencias de tipo aditivo o multiplicativo podrían afectar el resultado. La determinación de la concentración de la muestra se realiza mediante la extrapolación de la curva ajustada (señal versus concentración de patrón agregado a la muestra) hasta un valor de señal igual a cero. Al emplear esta técnica de calibración, se tiene la seguridad de compensar y solventar los efectos que producen las interferencias debidas a las diferencias en las propiedades físicas de las soluciones patrones y la muestra y algunas interferencias por parte de la matriz. Sin embargo, otras interferencias no espectrales que se originan por la matriz de la muestra, como algunas de tipo químico, no siempre son compensadas por lo que, aún aplicando esta técnica de calibración, existe la probabilidad de que la determinación cuantitativa sea errónea. La verificación del método empleando muestras estándar de referencia es obligado para garantizar el resultado de la determinación.

Técnica del patrón interno Esta técnica se emplea en aquellos métodos instrumentales, bien sea de emisión o absorción atómica, que permiten la determinación multielemental. Un patrón interno es una sustancia que se añade a todas las muestras, blancos y patrones de calibrado en una cantidad fija. También puede ser un componente mayoritario de las muestras que se agrega a los patrones en una concentración lo suficientemente elevada como para que se pueda considerar que es la misma en todos los casos. En este caso, el calibrado es una representación gráfica ajustada del cociente entre la señal del analito y la señal del patrón interno en función de la concentración de analito de los patrones. En las muestras, este cociente se utiliza para determinar la concentración del analito a partir de una curva de calibrado. Si se elige y se usa adecuadamente un patrón interno, se pueden compensar algunos errores aleatorios o sistemáticos, como derivas, ruido de parpadeo y algunas interferencias no espectrales producto de la matriz., ya que el cociente de las señales del analito y del patrón interno es independiente de dichas fluctuaciones y algunos efectos de la matriz. Cuando el patrón interno es el

componente mayoritario de las muestras y de los patrones, también puede suceder que se compensen los errores producidos en la preparación de las muestra, disolución y filtrado. La mayor dificultad para aplicar el método del patrón interno es encontrar la sustancia adecuada que sirva para compensar estos efectos, así como para incorporarla a las nuestras y a los patrones de forma reproducible. El patrón interno deberá dar una señal similar a la del analito en la mayoría de los casos. De manera adicional, las interferencias no espectrales deben afectan al estándar interno de igual manera que al analito a determinar. Por esta razón la escogencia del estándar interno es vital para que la aplicación del método de los resultados deseados. Los criterios de escogencia del estandar interno es variable dependiendo de la técnica analítica a emplear en la determinación. Esta técnica de calibración no es empleada en el Laboratorio de Instrumental Analítico ya que no se cuenta con ninguna técnica de emisión o absorción atómica de detección multielemental.

BIBLIOGRAFÍA 1- Análisis instrumental, K. Rubinson y J. Rubinson, 1era edición, Prentice

Hall, Madrid, 2001. 2- Principios de Análisis Instrumental, D.A. Skoog, F.J. Holler y T.A.

Nieman, 5ta edición, McGraw Hill, España, 2001. 3- Analytical Methods Committee, Is my calibration Linear?, Analyst, 119,

2363-2369, 1994. 4- Análisis químico cuantitativo, D. Harris, Grupo Editorial Iberoamericana,

S.A., México, 1992. 5- A Simple Meted for Spectrophotometric Determination of two-

Components with Overlapped Spectra, M. Blanco, H. Iturriaga, S. Maspoch and P. Tarín, Journal of Chemical Education, 66, 2,178-180, 1989.

6- Química Analítica Cuantitativa, R.A. Day Jr. y A.L. Underwood, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., México, 1989.

7- Análisis Químico e instrumental moderno, H.F. Walton y J. Reyes, Editorial Ruerte S.A., Barcelona, 1978.

8- Métodos modernos de análisis químico, 2da edición, R. Pecsok y otros, 1976.

9- Preparation of Standard Solutions, B.W. Smith and M.L. Parsons, Journal of Chemical Education, 50, 10 679-681, 1973.