Química Analítica: Introducción y Conceptos Clave

Introducción a la Química Analítica

• La química analítica actual se centra en resolver problemas complejos,
• Implica la identificación y cuantificación de trazas de diversos elementos y compuestos en medios complicados de separar
• Requiere proponer, diseñar, predecir y utilizar otros conocimientos.

Importancia de la Química Analítica

• La química analítica estudia los equilibrios químicos para el tratamiento, identificación, separación y cuantificación de los componentes de una muestra
• La "Ciencia Analítica" engloba un concepto más amplio
• Para desarrollar métodos de análisis, utiliza reacciones o procesos químicos,
• También utiliza señales instrumentales, procesos físicos o biológicos que dan información sobre los componentes de la muestra

Terminología analítica

• Un problema requiere información específica
• Un objeto es el sistema del que se obtiene información
• Una muestra es una alícuota del objeto en un lugar y tiempo concretos
• Un mesurando es la cantidad a medir en el objeto
• Un analito es un mensurando en forma de especie química cuya presencia o ausencia se debe establecer
• Un análisis es el estudio de la muestra
• La determinación es el estudio del mesurando o del analito
• La medición es obtener una propiedad del analito o de un producto con el que reacciona
• Una muestra se analiza, un analito se determina, y varias propiedades físicas o químicas del analito o de alguna sustancia derivada son medidas

Ejemplo: Determinación de Ca en leche

• La leche está compuesta por agua (87%) y extracto seco total (13%).
• El extracto seco total se divide en grasa (3.9%) y extracto seco no graso.
• El extracto seco no graso contiene minerales (0.7%), carbohidratos como lactosa (4.6%), y proteínas (3.2%).
• Las proteínas se dividen en caseínas (2.6%) y proteínas del suero (0.6%).
• Algunos de los minerales presentes son K, Na, Ca, P y Fe.
• En este ejemplo, el analito es el calcio (Ca).

Etapas de un análisis cuantitativo

• Implica la elección del método, la obtención de la muestra y su procesamiento
• Se debe determinar si la muestra es soluble y, de no serlo, modificar la forma química
• Evaluar si se puede medir una propiedad específica y eliminar las interferencias
• Implica la modificación de la propiedad a medir, calcular los resultados y estimar la fiabilidad de los mismos
• Incluye la definición del problema, el estudio, la preparación y el análisis de la muestra
• Se necesitan métodos analíticos para la evaluación, el análisis de errores, el procesamiento de datos y la documentación, lo que lleva a un resultado final y conclusiones

Clasificación de los métodos analíticos según su finalidad

• Cualitativo: Se identifican elementos, iones o compuestos en una muestra.
• Estructural: Se elucida o confirma la identidad de compuestos orgánicos.
• Cuantitativo: Se cuantifica el analito, expresando la fracción de muestra que contiene.
• Separación Analítica: Se separan los componentes de una muestra, y en ocasiones se identifican y/o cuantifican los analitos (multianálisis).

Clasificación de los métodos analíticos según la técnica

• Químicos o clásicos: Análisis cualitativo, gravimétrico y volumétrico.
• Instrumentales o fisicoquímicos:
  • Óptico-espectroscópicos
  • Electroquímicos
  • Térmicos
  • Radioquímicos
  • Separativos

Métodos clásicos

• Fundamento en reacciones químicas en equilibrio.
• Análisis gravimétrico: Se mide la masa de un producto (precipitación) o una pérdida de masa (volatilización), proporcional a la concentración del analito.
• Análisis volumétrico: Se mide el volumen de un líquido (volumetrías o titulometrías) o de un gas (gasometrías), proporcional a la concentración del analito.

Métodos instrumentales

• Miden una propiedad analítica relacionada con la masa o la concentración de la especie a analizar
• Tipos:
  • Espectroscópicos: Espectrometría óptica, de masas y electrónica
  • Electroanalíticos: Electródicos e iónicos
  • Térmicos: Termogravimétricos, de barrido diferencial, térmico diferencial y valoraciones termométricas
  • Radioquímicos: Decaimiento
  • De Separación: Cromatográficos y no cromatográficos

Propiedades analíticas

• Exactitud: Representatividad y calidad del resultado
• Precisión
• Sensibilidad
• Selectividad: Calidad del proceso
• Rapidez
• Costos
• Seguridad

Escogencia del método de análisis

• Se deben considerar las características de la muestra o matriz, y la cantidad de analitos a determinar
• Es importante la cantidad de muestra a tomar y la forma de obtención
• Se tienen en cuenta las facilidades de equipo de muestreo e instrumentación de laboratorio
• Se debe considerar el costo del análisis (presupuesto) y la experiencia y destrezas del analista
• Es crucial la presencia de interferencias en la matriz, el tiempo de investigación y análisis, y la presentación de los resultados

Ventajas de los métodos instrumentales

• La determinación puede ser rápida.
• Se pueden usar cantidades muy pequeñas de muestra.
• Pueden manejarse muestras complejas.
• Se obtiene alta sensibilidad

Limitaciones de los métodos instrumentales

• Requisitos:
  • Calibrado inicial o frecuente
  • Sensibilidad y exactitud dependen del instrumental y procedimientos de calibrado
  • Exactitud final cercana al 5%
  • Alto costo inicial y de mantenimiento
  • Ámbito de concentración pequeño
  • Preparación especializada y entrenamiento
  • Condiciones especiales de funcionamiento.

Ventajas de los métodos clásicos

• Los procedimientos son simples
• Los resultados son precisos
• Se basan en medidas absolutas
• A menudo no se requiere preparación especializada
• El equipo no es costoso

Limitaciones de los métodos clásicos

• Carecen de especificidad
• Los procedimientos demoran más tiempo
• La exactitud disminuye con menor muestra
• No se pueden aplicar a muchas situaciones analíticas
• El ambiente químico es crítico

Consideraciones de Concentración

• Los métodos varían en sensibilidad y selectividad según el nivel de concentración del analito.
• La exactitud del método de análisis puede depender de si el análisis es macro o ultratraza.

Resolución de problemas

• Implica identificar el problema, el diseño experimental, conducir el experimento y analizar los datos
• Requiere identificar el tipo de información necesaria, el contexto del problema, y establecer criterios de diseño experimental basados en exactitud, precisión, escala, sensibilidad, selectividad, costo y velocidad
• Se debe realizar una evaluación externa y plantear una solución al problema