QUIMICA ANALITICACLASE 1

QF EDWIN POMATANTA PLASENCIA

La Química Analítica es una Ciencia de medición basada en un conjunto de ideas y métodos que son útiles en todos los campos de la Ciencia y la Farmacia .

La Química Analítica requiere de información tanto Cualitativa como Cuantitativa.

El Análisis Cualitativo revela la identidad de los elementos y compuestos de una muestra.

En cambio, el Análisis Cuantitativo indica la cantidad de cada sustancia en una muestra.

Otro concepto relacionado son los Analitos. Este corresponde a los componentes de una muestra que se pretende determinar.

Función de la Química AnalíticaLa Química Analítica se aplica en la Industria, la Medicina y todas las Ciencias. Consideraremos algunos ejemplos:El Análisis del Acero durante su producción permite ajustar las concentraciones de elementos como el Carbono, Níquel y Cromo, para lograr la fuerza.Las concentraciones de Oxígeno y Dióxido de Carbono se determinan todos los días en millones de muestras sanguíneas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.Las cantidades de Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno y Monóxido de Carbono presentes en los gases del escape de motores automovilísticos se miden para evaluar la efectividad de los dispositivos de control de la contaminación atmosférica.

Función de la Química AnalíticaLas mediciones cuantitativas de Calcio Ionizado en el suero sanguíneo ayudan a diagnosticar las enfermedades de las Glándulas Paratiroides en seres humanos.La determinación cuantitativa de Nitrógeno en los alimentos establece su contenido de proteínas y, por tanto, su valor nutricional.El contenido de Mercaptano del gas para uso doméstico se vigila continuamente con el fin de garantizar que dicho gas tenga un aroma fácilmente distinguible desagradable para que las personas adviertan posibles fugas de riesgoLos agricultores modifican sus programas de fertilización e irrigación para satisfacer en cada caso las necesidades variables de las plantas durante su fase de crecimiento, para lo cual evalúan esas necesidades a partir de análisis cuantitativos de las mismas plantas y del suelo donde crecen.

Las medidas Analíticas Cuantitativas también desempeñan una función vital en muchas áreas de investigación de la Química, farmacia , Bioquímica, Biología, Geología, Física y otras ciencias. Por ejemplo:Las medidas cuantitativas de los Iones Potasio, Calcio y Sodio en los líquidos corporales de animales permiten que los fisiólogos estudien la función que esos iones tienen en la conducción de impulsos nerviosos y en la contracción y relajación musculares.Los químicos estudian los mecanismos de las reacciones químicas mediante estudios de porcentajes o estimaciones de reacción. El porcentaje de consumo de los reactivos o de formación de los productos en una reacción química puede calcularse a partir de mediciones cuantitativas efectuadas a intervalos de tiempo iguales.

Muchos químicos, bioquímicos y químicos médicos dedican mucho tiempo en los laboratorios, recopilando información cuantitativa acerca de sistemas que les revisten importancia e interés.La naturaleza multidisciplinaria del análisis químico convierte a éste en una herramienta vital para Laboratorios Médicos, Industrias, Entidades Gubernamentales y Académicas en todo el mundo.

Descripción del curso

La asignatura “QUÍMICA ANALÍTICA” es imprescindible para la formación integral del futuro graduado en Farmacia y Bioquímica. Uno de los objetivos de la asignatura es la adquisición por parte de los estudiantes de las competencias necesarias acerca de los principios y la metodología de trabajo en el área de Química Analítica. El análisis cuantitativo ocupa una parte importante de la asignatura.

El fundamento de los denominados “métodos clásicos” de análisis cuantitativo es la aplicación de las leyes de la estequiometria. La forma de proceder es tomar una cantidad perfectamente determinada de muestra (en peso o el volumen) y someterla a reacciones químicas que tengan lugar de forma prácticamente completa y en las que intervenga el componente a determinar (analito), deduciéndose la cantidad buscada del peso del producto de reacción (métodos gravimétricos) o del volumen de reactivo consumido (métodos volumétricos).

Para una buena comprensión de estos métodos se incluyen unos temas en los que se tratan las cuestiones básicas de los equilibrios químicos correspondientes. Además, como los resultados de un análisis cuantitativo se expresan con números, es necesario indicar también la precisión con que se han obtenido dichos resultados. Por ello se incluye un tema en el que se tratan estas cuestiones. Finalmente, para que el alumno obtenga una panorámica completa de los métodos químicos de análisis se presenta la metodología que se sigue para llevar a cabo un análisis cualitativo inorgánico por estos métodos.

Química Analítica y el Análisis Cuantitativo

Los resultados de un Análisis Cuantitativo típico se calculan a partir de dos medidas:

Una es la masa o volumen de la muestra que se analiza.

La segunda es la medida de alguna cantidad proporcional a la del Analito en la muestra, como la masa o volumen. Esta segunda medida, generalmente, completa el análisis, y su naturaleza sirve de base para clasificar los métodos analíticos.

Algunos métodos que siguen este tipo de análisis cuantitativo son:

Los métodos gravimétricos determinan la masa del Analito o de algún compuesto rela cionado químicamente con él.

En los métodos volumétricos se cuantifica el volu men de una solución que contiene reactivo suficiente para reaccionar por completo con el Analito.

Los métodos electroanalíticos comprenden la medición de propie dades eléctricas tales como el potencial, corriente, resistencia y cantidad de carga eléctrica.

Los métodos espectroscópicos se basan en la medida de la interacción de la radiación electromagnética con los átomos o moléculas del Analito o en determi nar la producción de tal radiación por el Analito mismo.

El Análisis Cuantitativo TípicoUn Análisis cuantitativo típico incluye la secuencia de pasos que se muestra en el diagrama de flujo de la figura.

Elección del método

El primer paso esencial de todo análisis cuantitativo es la elección de un método. esta decisión a veces es muy difícil y que requiere ex periencia al igual que intuición. Uno de los primeros factores que se considera en el proceso de elección es el grado de exactitud necesario. Desgraciadamente, la alta fia bilidad casi siempre requiere invertir mucho tiempo. El método elegido suele ser un término medio entre la exactitud necesaria, por un lado, y el tiempo y dinero dispo nibles para el análisis, por el otro.

Obtención de la muestra

El paso siguiente del análisis cuantitativo es la obtención de la muestra. A fin de tener información significativa, debe efectuarse el análisis de una muestra que tenga la misma composición que el resto del material del cual se obtuvo.

El muestreo es el proceso para obtener una pequeña masa de un material cuya composición represente con exactitud a todo el material muestreado.La adquisición de muestras de origen biológico representa un tipo de problema de muestreo. El muestreo de la sangre humana para la determinación de los gases sanguíneos ilustra la dificultad de obtener una muestra representativa de un sistema biológico complejo. La concentración de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre depende de diversas variables fisiológicas y ambientales. Por ejemplo, la aplicación incorrecta del torniquete o la flexión de la mano por el paciente puede hacer que fluctúe la concentración sanguínea de oxígeno. Los médicos toman decisiones de vida o muerte basadas en las mediciones de los gases sanguíneos, por lo que se han desarrollado procedimientos estrictos de muestreo y transporte de muestras a los laboratorios clínicos. Esos procedimientos garantizan que la muestra sea representativa del paciente en el momento de su obtención y que su integridad se preserve hasta el momento de su análisis.

Si el muestreo es sencillo como si es complejo, el analista debe cerciorarse de que la muestra en el laboratorio sea representativa antes de proceder al análisis.

El muestreo es frecuentemente el paso más difícil y la fuente de mayores errores.

La fiabilidad de los resultados finales del análisis no puede ser mayor que la del paso de muestreo.

Preparación de la muestra

El tercer paso del análisis es la preparación de la muestra.

En ciertos casos no se requiere preparación de la muestra antes del paso de medida. Por ejemplo, una vez obtenida una muestra de agua de un río, lago u océano, es posible medir directamente su pH. En muchos casos, debe prepararse la muestra de distintas maneras. El primer paso suele ser la preparación de una muestra de laboratorio.

Preparación de muestras de laboratorio

Una muestra de laboratorio sólida se tritura para disminuir el tamaño de partícula, se mezcla para garantizar su homogeneidad y se almacena durante diferentes periodos antes de proceder a su análisis. La absorción de agua es posible en cada paso, según la humedad ambiental. La pérdida o ganancia de agua modifica la composición química de los sólidos, por lo que es conveniente desecar las muestras justo antes de iniciar el análisis. También, el contenido de humedad de la muestra puede determinarse en el mismo momento del análisis con procedimiento analítico aparte.

Preparación de muestras de laboratorio

Las muestras líquidas presentan una leve diferencia a la vez que relacionada con los problemas en el paso de preparación. Si se permite que estén en recipientes abiertos. el disolvente podría evaporarse y, con ello, se modificaría la concentración del analito.

Definición de réplicas de muestras

Muchos análisis se llevan a cabo con réplicas de muestras, cuya masa o volumen se determinan con mediciones cuidadosas en las que se usa una balanza analítica o un dispositivo volumétrico preciso.

La realización de réplicas mejora la calidad de los resultados y constituye una medida de fiabilidad.

Las medidas cuantitativas de replicas de muestras suelen promediarse y luego se aplican diversas pruebas estadísticas a los resultados para establecer la fiabilidad.

Preparación de disoluciones: cambios físicos y químicos

La mayoría de los análisis se llevan a cabo en disoluciones de la muestra preparadas con un disolvente adecuado.

En teoría el disolvente debe disolver toda la muestra, incluido el analito, de manera rápida y completa.

Las condiciones de disolución deben ser tales que resulten imposibles las pérdidas del analito.

Preparación de disoluciones: cambios físicos y químicos

En el diagrama se plantea la pregunta. Si la muestra es soluble en el disolvente elegido. Desgraciadamente, numerosos materiales que deben analizarse son insolubles en disolventes comunes. Ejemplos de ello son los minerales de silicatos, polímeros de alto peso molecular y especímenes de tejidos animales. En tales circunstancias, debe seguirse el diagrama continuando por el cuadro de la derecha y llevar a cabo su modificación química. La conversión del analito en esos materiales en una forma soluble suele ser la tarea más difícil y larga del proceso analítico. Podría requerirse el calentamiento de la muestra con disoluciones acuosas de ácidos fuertes, bases fuertes. agentes oxidantes, agentes reductores o una combinación de estos reactivos. También podría ser necesaria su ignición al aire o con oxígeno, o la fusión de la muestra a alta temperatura en presencia de diversos flujos. Aun cuando el analito se ha disuelto, cabe preguntarse si la muestra tiene una propiedad que es proporcional a la concentración del analito y que sea mensurable. En caso de no serlo, pueden ser necesarios otros pasos químicos para la conversión del analito en una forma susceptible de medida.

Eliminación de interferencias

Una vez que la muestra está en disolución y se ha convertido el analito en una forma apropiada para su medida el paso siguiente es eliminar sustancias de la muestra que interfieran en su medida. Pocas propiedades químicas o físicas de importancia en el análisis químico son exclusivas de una especie química. Por el contrario. las reacciones utilizadas y las propiedades medidas son características de un grupo de elementos o compuestos. Las especies ajenas al analito con efecto en la medida final se llaman interferencias o interferentes. Debe idearse un plan para aislar los analitos de las interferencias antes de emprender la medida final. No se cuenta con reglas generales para la eliminación de interferencias; de hecho, la resolución de este problema puede ser el aspecto más difícil de un análisis.

Calibración y medida de la concentración

Todos los resultados analíticos dependen de una medición final X de una propiedad física o química de un analito. Esta propiedad varía de manera conocida y reproducible con la concentración, (Ca) del analito. En teoría, la medida de la propiedad es directamente proporcional a la concentración, es decir:

donde k es una constante de proporcionalidad. Salvo dos excepciones, los métodos analíticos que requieren la determinación empírica de A con estándares o patrones químicos cuya Ca es conocida, Así el proceso de determinación de k es un paso importante en la mayoría de los análisis, paso conocido con el nombre de calibración

Cálculo de los resultadosCalcular las concentraciones de analitos a partir de datos experimentales suele ser relativamente sencillo, en particular con las calculadoras modernas y computadores. Se basa en datos experimentales iniciales obtenidos en el paso de medida, las características de los instrumentos de medida y la estequiometria de la reacción analítica.

Evaluación de resultados por estimación de su fiabilidadLos resultados analíticos están incompletos sin una estimación de su habilidad. El experimentador debe proporcionar alguna medida de la incertidumbre relacionada con los cálculos obtenidos si se pretende que los datos revistan valor.

Introducción • Los métodos que utiliza la Química Analítica para la caracterización de la materia suelen clasificarse en : – Químicos e Instrumentales.

• Los métodos químicos están basados en interacciones materia materia, esto es, en reacciones químicas: El analíto se determina por medidas gravimétricas o volumétricas

• Los métodos instrumentales, basados en interacciones materia energía, : utilizan un instrumento más o menos complejo para evaluar una propiedad física o físico-química del sistema objeto de análisis.

• Un método analítico se considera físico cuando no incluye reacción química alguna y la operación de medida no modifica la composición química del sistema

Clasificación Métodos de Análisis

• Cualitativos los que de la medida de una propiedad se puede indicar la presencia de un analito en una matriz.

• Cuantitativos la magnitud de la propiedad medida es proporcional a la concentración del analito en la matriz

Reactivos

Clasificación

La pureza de los reactivos es fundamental para la exactitud que se obtiene en cualquier análisis. En el laboratorio se dispone de distintos tipos de reactivos (sólidos, líquidos o disoluciones preparadas) tal y como se comercializan.

En general, las casas comerciales ofrecen un mismo producto con varias calidades. Es importante que cuando seleccionemos un reactivo su calidad esté en concordancia con el uso que se le va a dar.

Reactivos

En el laboratorio de análisis se utilizan reactivos de calidad analítica que se producen comercialmente con un alto grado de pureza. En las etiquetas de los frascos se relacionan los límites máximos de impurezas permitidas por las especificaciones para la calidad del reactivo o los resultados del análisis para las distintas impurezas. Dentro de los reactivos analíticos pueden distinguirse tres calidades distintas:

• Reactivos para análisis (PA): Son aquellos cuyo contenido en impurezas no rebasa el número mínimo de sustancias determinables por el método que se utilice.• Reactivos purísimos: Son reactivos con un mayor grado de pureza que los reactivos “para análisis” .• Reactivos especiales: Son reactivos con calidades específicas para algunas técnicas analíticas, como cromatografía líquida (HPLC), espectrofotometría (UV)…

Hay reactivos que tienen características y usos específicos como los reactivos calidad patrón primario, que se emplean en las técnicas volumétricas, o los patrones de referencia

Clasificación

Todo envase de reactivos debe llevar obligatoriamente, de manera legible e indeleble, una etiqueta bien visible que contenga las distintas indicaciones que se muestran en las siguientes figuras:

Los pictogramas, las frases R de RIESGO y las frases S de SEGURIDAD aparecen en las etiquetas del producto informando sobre la peligrosidad del mismo.

Etiquetado de los Reactivos

Frases R. Riesgos específicos atribuidos a las sustancias peligrosasR1. Explosivo en estado secoR10. InflamableR23. Tóxico por inhalaciónR38. Irrita la piel….

Frases S. Consejos de prudencia relativos a las sustancias peligrosasS3. Consérvese en lugar frescoS22. No respirar el polvoS29. No tirar los residuos por el desagüeS50. No mezclar con (especificar producto)

Al trabajar con cualquier reactivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para evitar la contaminación accidental del mismo. Para ello han de seguirse las siguientes reglas:

1.-Escoger el grado del reactivo apropiado para el trabajo a realizar, y siempre que sea posible, utilizar el frasco de menor tamaño.2.-Tapar inmediatamente el frasco una vez extraído el reactivo, paraevitar posibles confusiones con otros frascos.3.-Sujetar el tapón del frasco con los dedos; el tapón nunca debe dejarse sobre el puesto de trabajo.4.-Evitar colocar los frascos destapados en lugares en que puedan ser salpicados por agua u otros líquidos.5.-Nunca devolver al frasco original cualquier exceso de reactivo o de disolución.6.-Mantener limpios y ordenados los estantes de reactivos y las balanzas. Limpiar inmediatamente cualquier salpicadura.7.-Rotular cualquier disolución o frasco de reactivo cuya etiqueta original se haya deteriorado.

Manejo de Reactivos

Material de Uso Frecuente

En el laboratorio se puede encontrar material muy diverso y es importante conocer su función puesto que de su correcto uso depende la calidad de los resultados obtenidos. El material habitualmente utilizado en el laboratorio analítico se puede clasificar en: 1. Material para la medida de volúmenes aproximados 2. Material volumétrico, para la medida de volúmenes con gran precisión. 3. Otro material de uso frecuente

Descripción

Material para la medida de volúmenes aproximados

La medida de un volumen de forma aproximada se puede realizar mediante vasos de precipitados, Probetas y matraces Erlenméyer.

Vasos de precipitados

La precisión que se alcanza con ellos es bastante baja y se emplean para contener líquidos, realizar tratamiento de muestra y precipitaciones.Los hay de distintos tamaños (50, 100, 250 y 1000 mL) y pueden ser de vidrio o de plástico.

Probetas

Permiten medir volúmenes de forma aproximada, o transvasar y recoger líquidos. Se fabrican de distintos tamaños y materiales (vidrio y plástico), siendo las capacidades más frecuentes son 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 y 1000 mL.

Matraces Erlenmeyer

Este tipo de matraces se emplean principalmente en las valoraciones.

Material volumétricoEste tipo de material permite la medida precisa de volúmenes. En este grupo se incluyen buretas, pipetas graduadas, pipetas aforadas, micropipetas y matraces aforados. En función de su calidad, existen pipetas, matraces aforados y buretas de clase A y de clase B. La clase A es de mayor calidad y es la que debe usarse en Química Analítica.

Buretas Se emplean para la medida precisa de volúmenes variables y por lo tanto están divididas en muchas divisiones pequeñas.Se usan principalmente en valoraciones.El tamaño común es de 25 y 50 mL, graduados cada 0,1 mL.

Pipetas aforadasSe emplean para transferir un volumen exactamente conocido de disoluciones patrón o de muestraEn la parte superior tienen un anillo grabado que se denomina línea de enrase. Si se llena la pipeta hasta dicha línea y se descarga adecuadamente se vierte el volumen que indique la pipeta.

Se fabrican en diferentes tamaños y pueden tener una o dos marcas de enrase (pipetas de doble enrase).

Pipetas graduadasSe emplean para la para la medida de un volumen variable de líquido que se vierte.Proporcionan una exactitud inferior a la de las pipetas aforadas salvo en el caso de las de 1 y 2 mL.

Micropipetas

Transfieren volúmenes variables de unos pocos mililitros o microlitros de líquido.Con esta pipeta se desplaza un volumen conocido y ajustable de aire de la punta desechable de plástico haciendo un uso adecuado de las mismas.

Matraces aforados

Un matraz volumétrico o aforado es un recipiente de fondo plano con forma de pera que tiene un cuello largo y delgado. La línea delgada, línea de enrase, grabada alrededor del cuello indica el volumen de líquido contenido a una temperatura definida y se denomina línea de enrase.

Los matraces aforados deben llevar tapones bien ajustados. Los tamaños más comunes son 25, 50, 100, 250, 500 y 1000 mL. Se utilizan para la preparación de disoluciones de concentración conocida.

Otro material

Balanza

Instrumento que se utiliza para medir la masa de un cuerpo en comparación con la de otros cuerpos de masas definidas. Fundamentalmente existen dos tipos:Analítica: precisión comprendida entre 0,1 y 0,05 mg y carga máxima entre 50 y 200 g.Granatario: precisión comprendida entre 0,1 y 0,001 g y carga máxima de hasta 8000 g.

Desecador 

Recipiente de vidrio cerrado, con una tapa de bordes esmerilados, que se engrasan con silicona, de forma que el cierre sea hermético. En su interior suele ponerse un  agente desecante para que la atmosfera interna se mantenga libre de humedad. Se utiliza para guardar objetos y sustancias en atmósfera seca.

Estufa

Armario metálico, aislado térmicamente, que se calienta mediante resistencias eléctricas reguladas por un termostato. Se utiliza para el secado de sólidos y de objetos

Propipeta

Dispositivo que se utiliza para succionar y verter líquidos a través de una pipeta.

Pinza

Soporte de metal formado por dos piezas que sirven para sujetar distinto material de laboratorio.

Otro material

Limpieza del material Para que los resultados obtenidos en el laboratorio sean fiables se ha de mantener la mesa de trabajo perfectamente limpia y se debe limpiar el material de laboratorio de forma adecuada. Y una vez utilizado el material, es aconsejable proceder a su limpieza lo antes posible. Todo el material de vidrio se lava primero con agua y jabón y se enjuaga con agua del grifo. A continuación, se lava el material (por arrastre) con agua destilada/desionizada realizando un mínimo de cuatro enjuagues.El material limpio se deja boca arriba sobre la mesa o boca abajo sobre el papel de filtro.

Cuando se requiere material seco, por ejemplo para pesar sobre un vaso, una vez limpio se introduce en la Estufa, teniendo en cuenta que nunca se debe de poner en la estufa el material volumétrico (pipetas, buretas, matraces aforados). Si debe estar seco pude enjuagarse con etanol o acetona para acelerar el secado. Cuando se usan pipetas y buretas (material volumétrico) se ha de tener la precaución de ENJUAGARLAS ("ensuciarlas") CON LA DISOLUCIÓN QUE SE VA A MEDIR al menos cuatro veces.

En algunos casos la limpieza anterior no resulta adecuada, y deben emplearse agentes limpiadores más específicos o más enérgicos. Jabones especiales: se trata de tensioactivos que se comercializan en forma de polvo o de disolución. Presentan las ventajas de no producir espuma y de no dejar residuos. Para limpiar el material, basta con sumergirlo durante varias horas en una disolución de este tipo de jabón y seguidamente enjuagarlo con agua. Son especialmente adecuados para la limpieza de material de vidrio en general. Ácidos: habitualmente se utiliza una disolución de ácido nítrico al 10%. El material se llena con esta disolución (o se sumerge en ella) durante el tiempo necesario, y a continuación se enjuaga con agua desionizada. Mezcla crómica: disolución de dicromato sódico o potásico en ácido sulfúrico muy concentrado. Esta mezcla es especialmente adecuada para la limpieza y desengrasado del material de vidrio. La disolución se vierte en el recipiente a limpiar y se deja actuar durante la noche. Al día siguiente se vuelve a recoger la mezcla en una botella de vidrio, que se debe mantener bien cerrada, conde se conserva para nuevos usos. Esta disolución puede utilizarse repetidas veces hasta el momento que adquiera un color verdoso en que se desecha. Esta disolución es muy efectiva pero se adhiere fuertemente a las superficies de vidrio y porcelana, por lo que es necesario realizar un enjuague muy exhaustivo del material después de su limpieza con mezcla crómica para separar las últimas trazas de dicromato que se hubieran adherido a las paredes del recipiente. La mezcla crómica tiene los inconvenientes de ser potencialmente peligrosa, y la toxicidad de las sales de cromo(VI).

CLASE 2

OPERACIONES BÁSICAS DEL LABORATORIO ANALÍTICO

4.- En el laboratorio pureza hay una serie de operaciones que se realizan con mucha frecuencia:

4.1 La pesada de un sólido 4.2 La medida de un volumen 4.3 La preparación de disoluciones

La correcta realización de dichas operaciones asegura que los resultados obtenidos a partir de las experiencias realizadas en el laboratorio sean fiables.Es importante, por tanto, tener en cuenta cuales son los errores más comunes que se comenten al realizar la pesada y al realizar una disolución, para evitarlos.

4.1. PesadaEn el laboratorio químico se efectúan medidas de masa de compuestos sólidos y, algunas veces, también de líquidos. Para ello existen dos tipos fundamentales de balanzas que se clasifican en función de la precisión de la pesada: Granatario: balanza de precisión media Balanzas analíticas o de precisión

4.1.1. El granatario

Descripción

Los granatarios son balanzas de precisión media, con una sensibilidad de 0,1 g o 0,01 g. Se suele emplear en los siguientes casos:

- Para la preparación de disoluciones de concentración aproximada.- Para aquellas sustancias que pudieran dañar la balanza analítica.- Para pesar una cantidad grande de compuesto, mayores de 10 g.

Manejo

La pesada en un granatario electrónico es muy sencilla, sólo hay que seguir los siguientes pasos:

Encender el granatario.Poner un vaso de precipitados de tamaño y volumen adecuados para la cantidad que se va a pesar y poner a "0" (tarar).Añadir la cantidad de sustancia necesaria hasta el peso previsto.Apagar el granatario y limpiar si es necesario.

4.1.2. La balanza analítica

Descripción

Se utilizan para pesar sólidos con gran exactitud, ya que tienen una precisión mínima del 0,1 mg.

Se utilizan necesariamente para pesar sustancias que sean patrones primarios y para pesar las muestras.

Existe un protocolo de pesada para cometer el menor error posible al realizar una pesada en una balanzas analítica.

4.2. Medida de volumenEl volumen puede medirse de diferentes formas: para medir un volumen de forma aproximada usaremos probetas y vasos de precipitados; para medir el volumen con precisión emplearemos pipetas o buretas.El material empleado en la medida del volumen debe estar limpio.4.2.1 Medida del volumen con pipeta graduada4.2.2 Medida del volumen con pipeta aforada4.2.3 Medida del volumen con probeta4.2.4 Lectura del volumen4.2.1 Medida del volumen con pipeta graduada4.2.2 Medida del volumen con pipeta aforada

4.2.3 Medida del volumen con probetaLa medida del volumen en una probeta es muy sencillo. Sólo hay que asegurarse de que la probeta está limpia y añadir la cantidad de disolución que deseemos medir. La lectura del volumen se realiza tal y como se explica en el siguiente apartado, teniendo en cuenta que una probeta se encuentra graduada. 4.2.4 Lectura del volumenLa lectura de un volumen se realiza de la misma manera en todos los instrumentos: se ha de tener en cuenta el menisco que forma el líquido en contacto con las paredes del instrumento, como se muestra en las fotografías de abajo.A veces el material graduado, como las buretas, tienen una línea azul que nos ayuda a leer el volumen con mayor precisión.

Menisco aforado Enrase bureta

4.3. Preparación de disolucionesEn el laboratorio químico se preparan dos tipos de disoluciones, en función de la precisión del material empleado: Disoluciones aproximadasA partir de un sólidoA partir de un líquidoDisoluciones exactasA partir de un sólidoA partir de un líquidoY en ambos casos se puede preparar la disolución a partir de un reactivo sólido o a partir de un reactivo líquido o una disolución. El paso previo a la preparación de toda disolución es la realización de unos cálculos previos, que son diferentes en función de la naturaleza del compuesto de partida.

4.3.1. Disoluciones de concentración aproximadaPreparación de una disolución concentrada a partir de un sólidoSe pone en el granatario un vaso de precipitados de tamaño y volumen adecuados, se tara y se añade la sustancia hasta alcanzar el peso deseado.Se disuelve el sólido en el vaso utilizando la mínima cantidad de disolvente, para evitar salpicaduras durante el proceso de agitación.Finalmente se diluye con el disolvente empleado hasta el volumen requerido y se agita la disolución.

Preparación de una disolución de concentración aproximada a partir de un líquidoSe echa en una probeta limpia el volumen de deseado.Se trasvasa de la probeta a un vaso de precipitados limpio y seco de volumen adecuado.Finalmente se diluye con el disolvente hasta el volumen requerido y se agita la disolución.4.3.2. Disoluciones de concentración exactaErrores en la preparación de disoluciones

5. VOLUMETRÍAS5.1. IntroducciónEn las VOLUMETRÍAS se incluye un grupo de métodos analíticos que se basan en la medida del volumen de una disolución de concentración conocida (valorante, prepara a partir de un patrón u otro reactivo, en cuyo caso debe ser normalizada previamente) necesario para reaccionar completamente con el analito. Se basan en una reacción química (REACCIÓN DE VALORACIÓN):Analito (a)+ valorante(v) <-> producto (p)

Las reacciones de valoración más habituales son: - Ácido-base (Ej: determinación de CO3

2- con HCl ) - Formación de complejos (Ej: determinación de la dureza del agua) - Oxidación-reducción (Ej: determinación de Fe con Cr2O7

2-) - Precipitación (Ej: Método de Mohr ) En una VOLUMETRÍA se añade lentamente la disolución valorante (patrón) desde una bureta a una disolución de analito, situada en el erlenméyer, hasta que se completa la reacción entre los dos.

A partir de la cantidad (VOLUMEN) de valorante necesaria para completar la reacción se puede calcular la cantidad de analito presente. ¿Cuándo finaliza la reacción?La reacción finaliza cuando la cantidad de valorante añadida es exactamente la cantidad necesaria para que se complete estequiométricamente la reacción con el analito. Entonces decimos que se ha alcanzado el PUNTO DE EQUIVALENCIA.El volumen necesario para alcanzar el punto de equivalencia (volumen necesario para completar la reacción) se llama VOLUMEN DE EQUIVALENCIA. El PUNTO DE EQUIVALENCIA es un punto teórico imposible de determinar experimentalmente. En la práctica estimamos donde está el punto de equivalencia al observar un cambio físico provocado por la desaparición del analito o aparición de exceso de valorante. A este punto se le llama PUNTO FINAL. El cambio físico que observamos suele ser un cambio de color, aparición o desaparición de turbidez, etc… y nos lo proporciona el INDICADOR.

DISOLUCIONES PATRÓN

En una DISOLUCIÓN PATRÓN es un reactivo de concentración conocida con exactitud. Estas disoluciones desempeñan una función principal en todos los métodos volumétricos. Para establecer la concentración hay dos opciones: prepararlas por unmétodo directo o por un método indirecto o normalización.

Método directo:Se prepara la disolución utilizando un patrón primario (compuesto de elevada pureza). Se pesa cuidadosamente (en balanza analítica) una cantidad del patrón primario (m), se disuelve en el disolvente apropiado y se diluye hasta un volumen (V) conocido con exactitud en un matraz aforado. La concentración se calcula como:

c: concentración (moles/L)m: masa (g)Mr : masa molecular (g/mol)V: volumen (L)

Método indirecto (normalización):Si no se dispone de un patrón primario apropiado se prepara una disolución de concentración aproximada del valorante y posteriormente se determina su concentración mediante normalización.En la normalización se determina la concentración de la disolución patrón mediante valoración frente a una cantidad medida cuidadosamente de un patrón primario, o frente a un volumen conocido con exactitud de otra disolución patrón. El cálculo de la concentración de la disolución patrón se realiza como en cualquier otra valoración.

5.3. CálculosVamos a ver ahora cómo calcular la concentración de un analito a partir de los datos obtenidos en una valoración, para lo cual necesitamos partir de la reacción que tiene lugar entre el valorante y el analito.Si la reacción de valoración es la siguiente:                    a Analito + v Valorante D p Producto1. Establecemos la relación estequiométrica:

2. Relacionamos los moles de analito con los de valorante empleando la relación estequiométrica

3. Expresamos los moles de Analito y de Valorante en función de su concentración molar:

4. Despejamos la concentración de analito:

donde: Vanalito = volumen de muestra valorado Vvalorante = volumen de valorante consumido (medido con la bureta) Cvalorante = concentración de la disolución de valorante

Debemos, por tanto, conocer la concentración de valorante con exactitud para poder obtener la concentración de analito en la muestra. El valorante debe ser una disolución patrón.

Clase 3

Calibracion

6. CALIBRACIÓN6.1. Introducción

La medida de la concentración mediante un método instrumental se basa en la existencia de una relación proporcional entre dicha concentración y la señal analítica o respuesta que genera un instrumento.Generalmente esta relación es lineal, de modo que puede expresarse como

y =a+b·CA

donde CA es la concentración del analito, y la señal medida, a la ordenada en el origen y b la pendiente de la recta.La ecuación de la recta se obtiene mediante calibración con disoluciones de concentración perfectamente conocida (disoluciones patrón) a partir de la medida de la señal analítica proporcionada por éstas. Los pares de valoresconcentración-señal se ajustan a una recta, a partir de la cual pueden obtenerse la concentración del analito en muestras desconocidas.

6.2. Preparación de la recta de calibrado En general, la etapa de calibración y la obtención de la concentración de analito en una muestra consta de los siguientes pasos:Paso 1: Preparación de los patronesPaso 2: Obtención de la relación señal-concentraciónPaso 3: Uso de la recta de calibrado

Paso 1: Preparación de los patrones Se preparan patrones del analito que cubran un intervalo adecuado de concentraciones, y se mide la señal analítica proporcionada por los mismos

Disoluciones del analito de concentración conocida y creciente

Paso 2: Obtención de la relación señal-concentraciónSe traza un gráfico con las señales frente a la concentración de analito y se calcula la recta que "mejor" se ajusta a los datos mediante un ajuste por mínimos cuadrados. De esta forma se obtiene la pendiente (b) y la ordenada (a) en el origen que definen la recta.

Gráfico señal-concentración y recta ajustada por mínimos cuadrados

En la actualidad las calculadoras científicas realizan el ajuste por mínimos cuadrados y, dicho ajuste, también puede realizarse en el ordenador mediante la hoja de cálculo EXCEL.A continuación se os da una plantilla para el ajuste por mínimos cuadrados mediante la hoja de cálculo EXCEL y dos tutoriales que os ayudarán a utilizar dicha plantilla y la herramienta de gráficos de dicho programa.

Pantilla EXCEL para el ajuste por mínimos cuadrados.Tutorial 1 que explica como utilizar la plantilla de EXCEL.

Tutorial 2 que explica como utilizar la herramienta gráficos de EXCELpara obtener una recta ajustada por mínimos cuadrados.

PATRONES CALIBRACION Informe calibradox y np 5

(Conc.) (Señal) X^2 Y^2 XY Sxx 2.08E-10

0.0000046 0.27172 0.000 0.074 0.000 Syy 5.18E-01

0.0000091 0.49287 0.000 0.243 0.000 Sxy 1.04E-05

0.0000137 0.72537 0.000 0.526 0.000 pendiente 4.99E+04

0.0000182 0.95306 0.000 0.908 0.000 ord. origen 4.16E-02

0.0000228 1.17990 0.000 1.392 0.000 Sy 2.81E-03

    0.000 0.000 0.000 s(pdte) 1.95E+02

    0.000 0.000 0.000 s(o.o.) 2.95E-03Límites superior

Límite inferior

Probabilidad

    0.000 0.000 0.000 t(95%)*s(pdte) 6.21E+02 5.05E+04 4.93E+04 1.32E-07

    0.000 0.000 0.000 t(95%)*s(o.o.) 9.39E-03 5.10E-02 3.22E-02 7.72E-04

    0.000 0.000 0.000 r 1.000E+00

    0.000 0.000 0.000 r2 0.99995418

    0.000 0.000 0.000

    0.000 0.000 0.000

    0.000 0.000 0.000 Interpolación muestras (individualmente):    0.000 0.000 0.000 Señal muestra: 6.84E-01<--- (introducir valor)    0.000 0.000 0.000 No. Réplica 1 <--- (no cambiar)    0.000 0.000 0.000 Concentración 1.29E-05<--- (anotar)    0.000 0.000 0.000 Sc 6.18E-08

    0.000 0.000 0.000 t(95%)*Sc 1.97E-07 0.000 0.000

    0.000 0.000 0.000

0.000 3.623 0.000 3.143 0.000

0.0000000 0.0000200 0.00004000.000000.200000.400000.600000.800001.000001.200001.40000

Regresión Lineal

ESTADISTICA BASICA

  x

x1 1,241.8800000

x2 1,260.0000000

x3 1,000.0000000

x4  

x5  

x6  

x7  

Media 1167.29333 

s 145.16328 

sr% 12.43589 

n 3 

     

Datos Media s sr%

(Si los valores no son repetibles aplicar ensayo Q)

1 2 3 4 5 60.0000000

200.0000000

400.0000000

600.0000000

800.0000000

1,000.0000000

1,200.0000000

1,400.0000000

Paso 3: Uso de la curva de calibrado Se mide la señal analítica para las muestras desconocidas y se interpola en la recta de calibrado para obtener valores de concentración de analito.

Obtención de la concentración de analito en las muestras a partir de la gráfica y la recta

Finalmente, para obtener la concentración de analito en la muestra hay que tener en cuenta en los cálculos las posibles diluciones a las que se ha sometido la muestra para obtener las disoluciones M1, M2 y M3 de medida.

http://mmedia.uv.es/buildhtml?lang=es_ES&user=martiny&name=tutorial_excel_plantilla.swf&path=/&id=6534

Tutorial para la obtención de una curva de calibrado por regresión por mínimos cuadrados empleando una plantilla de EXCEL

Tutorial para la obtención de una curva de calibrado por regresión por mínimos cuadrados empleando la herramienta de gráficos de EXCEL

http://mmedia.uv.es/buildhtml?lang=es_ES&user=martiny&name=tutorial_excel_graficos.swf&path=/&id=6530