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Tema 2: Tratamiento de muestras y técnicas de separación de analitos.

ecosistema(¿contaminado?)

muestratoma y

preparación

sólido, líquido o gas

técnicaanalítica

Tratamiento de muestras (algunas directrices)

1) Toma de una muestra representativa: réplica en miniatura del sistema real

2) Transformación en la forma química y física (sólido, líquido, gas) y la concentración adecuadas al método analítico que se va a emplear

3) Si es posible, extracción del analito de interés o de especies interferentes en las medidas analíticas

4) Homogeneizado de la muestra para el análisis: pulverizado de sólidos, homogeneizado de mezclas y disoluciones

5) M étodos “de campo”: medidas in-situ, teledetección.

UN EJEMPLO DE MOLÉCULAS SUSCEPTIBLES DESER SEPARADAS MEDIANTE CROMATOGRAFÍA

Ejemplo de un análisis químico: Cuantificación de cafeína y teobromina en chocolate

Paso 1: extracción de la materia grasa

Paso 2: extracción de los analitos Paso 3: separación de los analitos

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Paso 4: Calibrado del método y análisis de datos

Detección por absorción Ultravioleta a 254 nm

Recta de calibrado para cada analito

M uestreo: algunas consideraciones

Si se cogen N partículas de la m uestra com o analito para realizar una m edida se tiene:

Partículas A: N A= N ⋅ p Partículas B: N B= N ⋅ qdesviación estándar en N A y N B: s = N ⋅ p ⋅ q

¿Q ué cantidad de muestra es necesaria?

desviación relativa (% ) RA= s/N A x 100 RB= s/N B x 100

(porcentaje m ayor para las com ponentes m inoritarias)

Constante de m uestreo Z : m asa de analito tal que R= 1%

m ezcla de dos especies A y B con fracciones molares p y q, respectivam ente

K

M asa necesaria si se requiere un valor de R: M = Z/R2

s (desviación estándar)

xvalorm edio

M edidas de 24N a en el hígado

M asa de m uestra

¿Q ué cantidad de muestra es necesaria?

R = s/x % desviación relativa

M étodos de transformación y extracción de gases

gas

- disolución - condensación- atrapamiento químico líquido o

disolución

- congelación- adsorción sobre superficies

sólido

líquido odisolución

- evaporación - ebullición - volatilización de llama o electroquímica

gas

- precipitación - congelación- adsorción enporos y superficies

sólido

M étodos de transformación y extracción de líquidos

extracción líquido-líquido

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M étodos de transformación y extracción de sólidos

sólido

- fusión- disolución- digestión- extracción por recirculación y supercrítica

líquido odisolución

- evaporación/desorción- combustión- ablación (láser, eléctrica)- bombardeo (iones)

gas

Digestión de sólidos: disolución con ácidos, bases, agentes oxidantes (HCl, HN O 3, H 2SO 4, H 3PO 4, HF, N aO H, ...)

disolución ácida de metales: M + nH + → M n+ + (n/2)H 2

problema: se forman muchas sustancias volátiles. Se deben usar reactores cerrados y paredes gruesas protonación de aniones de la muestra: H 2CO 3 (→ CO 2), H 2S, PH 3, H 3BO 3 , ... formación de haluros metálicos volátiles: HgCl2, SnCl4,

Familias de analitos y su polaridad(tabla 24.2 libro de Harris)

N o PolaresHidrocarburos saturadosy arom áticosM ercaptanos y sulfuros

Polaridad Intermedia débilÉteresCetonasÉsteresAm inas terciariasN itritos

Polaridad Intermedia fuerteAlcoholesÁcidos carboxílicosFenolesAm inas prim arias y secundariasN itrilos

Polaridad FuertePolihidroxialcoholesAm inoalcoholesHidroxácidosÁcidos polipróticosPolifenoles

Extracción de analitos con disolventes

Isooctano (99ºC)

Hexano (69ºC)

Tolueno (101ºC)

Benceno (80ºC)

Diclorometano (39ºC)

Acetato de Etilo (77ºC)

Cloroformo (61ºC)

Etanol (78ºC)

Acetona (56ºC)

Dimetilsulfóxido (189ºC)

Metanol (64ºC)

Agua (100ºC)

Algunos disolventes típicos en Análisis Q uímico(una tabla mas completa en S.Lago et al. J.Phys.Chem. 101, 6763, (1997))

Polaridad decreciente

Disolvente (pto. Ebullición normal)

inm iscibles m iscibles

Disolución de la m uestra

Extracción en fase sólida

M uestra:disolvente 1con analitos

disolvente 2 disolvente 3

m atriz sólida

disolvente 1 disolvente 2 disolvente 3

M étodos de separación y extracción de analitos

Extracción: Pasar un soluto de una matriz a otra

Coeficiente de repartode un analito entre dos K =matrices (o fases)

[C]2[C]1

Fase 1 Fase 2Fase 1

K=0.5

K=5

(VA = VB)

V V V

Extracción Líquido-líquido

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Extracción líquido-líquido

Coeficiente de reparto yEficiencia de extracción

[C]1 = q n /V1

[C]2 = (1-q) n /V2

Fase acuosa

Fase orgánica

Disolventes inmiscibles

Disolventes orgánicosCCl4, CHCl3tolueno, hexano, benceno

calor

disolvente extractorm ás denso

disolvente extractor

m enos denso

Extracción líquido-líquido

en modo continuo(analito no volátil)

condensador(refrigerado)

muestra

muestra

Separación crom atográfica clásica en colum naLos analitos A y B fluyen con velocidades distintas

a través del m aterial de la columna (fase estacionaria)Por su distinta interacción con el m ism o

Disolvente conSolutos A y B(fase móvil)

Relleno de la columna(fase estacionaria)

A

B

Aem erge

Bem erge

Em erge sólo disolvente

C

D B

A

tiempo

Horno con columna de separacióncrom atográfica

detector

señal

M uestra con analitosA, B, C ,D

Cromatografía de gases

Los analitos A, B, C, D, etc fluyen con velocidades distintas

a través de la columna por su distinta interacción con la m ism a

M ayor interacción = m ayor tiempo de retención

horno

Columnas cromatográficas modernas

Colum na em paquetada(crom atografía de líquidos)

Colum na abierta(crom atografía de gases)

Fase estacionaria(sólida o líquida) grosor 0.1 - 5 µmdiám etro internocolum na 0.1 - 0.5 m m

Fase estacionaria(sólido poroso)diám etro internocolum na 1 - 5 m m

Un ejem plo: Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por

Crom atografía de gases con Tem peratura program ada

Tem peratura Program ada50º-250º en 8 m in.

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Composición del “Chapapote” del Prestige

Fuel pesado (residuo de la destilación del petróleo crudo)

Utilización - com bustión industrial (centrales térm icas, hornos, cem enteras) y - combustible de barcos con m otores diesel lentos, de gran potencia

Composición (fuente: Laboratorio Le-Cedre (Francia) http://www.le-cedre.fr/fr/prestige)

Técnica Utilizada: Crom atografía de gases con detección por Espectrom etría de masasResultadosHidrocarburos saturados 25 % Hidrocarburos aromaticos 50 %Resinas 10 % Asfaltenos 25 %

Vertido delPrestige

Hidrocarburos

Saturados

Hidrocarburos

Arom áticos