ANALISIS INSTRUMENTAL[1]

Analisis Instrumental ИиФерИх

ANALISIS INSTRUMENTAL

Instrumentos usados en análisis instrumental.

Las técnicas son de dos tipos:

Ópticas Electroanaliticas.

Ópticas: absorción, fluorescencia molecular, IR, absorción y emisión atómica, quimioluminiscentes.

El instrumento, cualquiera sea la técnica , consta generalmente de cinco componentes:

Fuente de energía radiante (FER) Selector de banda (SB) Cubeta (donde se coloca la muestra) Detector (registra la señal) Registrador

Consideraciones generales de cada dispositivo:

Fuente de energía radiante.

Para cualquier técnica la FER debe generar una radiación que sea lo suficientemente potente para ser detectada y medible fácilmente. Además esa FER debe ser estable y la potencia Po , potencia incidente, debe ser constante durante un determinado tiempo. Es decir, durante el tiempo de duración del análisis. Generalmente las FER están conectadas a una fuente reguladora de potencia. Dentro de las FER hay de dos clases:

Continuas De línea

Las FER continuas son aquellas que emiten radiación en forma continua en un todas las longitudes de onda de la región espectral. Es decir son aquellas que presentan un espectro de emisión que es una banda que va generalmente desde la zona del UV (aproximadamente 190- 350 nm) hasta 800nm (visible). A mayor longitud de onda esta el IR.La emisión debe ser en un amplio rango de longitudes de onda. Suelen usarse en técnicas que involucran moléculas como absorción, fluorescencia y fosforescencia molecular.

Fuente de energía radiante continua usada en el UVEn esta región el equipo viene con lámparas de Hidrogeno, de Deuterio, estas emiten radiación en la región del UV.

Conformación de estas lámparas.Constan de un tubo de vidrio al vacío que en su interior tiene H2 o D2 a baja presión que cuando se produce una descarga eléctrica los electrones de esa

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descarga colisionan con las moléculas del gas y provocan la excitación hacia niveles energéticos superiores de los electrones del gas. Cuando esos electrones vuelven a su estado fundamental lo hacen emitiendo radiación continua en la zona del UV. Tienen espectro continuo en la zona del UV

Dentro de la zona del UV hay también lámparas de argon (Ar) , lámparas de xenón (Xe), lámparas de mercurio a alta y a baja presión. Estas también se usan en el UV pero son mas intensas que las anteriores.Particularmente la de Xe se utiliza en fluorescencia molecular.

En la zona del visible se usa generalmente la lámpara de filamento de tungsteno o wolframio, este tipo de lámparas son como las que de los faros de auto. Es un tubo de vidrio al vacío con un filamento de tungsteno (wolframio) adentro. Cuando se hace una descarga eléctrica circula corriente que genera un calentamiento en el filamento de tungsteno y ese calentamiento provoca una emisión de radiación en la zona del visible en la zona del IR cercano. Alcanzan temperaturas de 3700KHoy en día estas lámparas tienen en su interior una cierta cantidad de algún halógeno, generalmente I2 gaseoso, con el objeto de aumentar la vida útil de la lámparas, dado que las descargas pueden fundir o gastar el filamento. Esta aumenta porque el I2 al ponerse en contacto con el tungsteno en estado gaseoso se une a este (I2W), y lo vuelve a unir al resto del filamento, por eso duran muchísimo más.

Eso además hace que el máximo de emisión se desplace hacia la zona del visible .

El IR se divide en tres regiones: cercano, medio y lejano. En el cercano se puede usar la lámpara de Tg (Tungsteno) En el medio y en el lejano las lámparas son de sólidos inertes que se

calientan a temperaturas entre 1500 y 2000 K.

Fuentes de líneaLas FER de línea se caracterizan porque emiten un número limitado de bandas muy estrechas de radiación y cada una de esas bandas de radiación abarca un intervalo muy pequeño de longitudes de onda. Se dice que emiten líneas, un rango muy chiquito de longitudes de onda. En los gráficos se ven líneas (bandas muy estrechas). Este tipo de fuente se utiliza en las técnicas que involucran átomos (absorción atómica, en emisión atómica no se usa FER)

La mas usada es la lámpara de cátodo hueco, otra es la lámpara de descarga sin electrodos.

LASERHay un tercer tipo de fuente, ni continúa ni de líneas, que es el láser. El láser es una fuente de energía radiante muy intensa, que emite radiación en un ancho de banda muy estrecho pero en forma continua. Son fuentes que presentan una elevada resolución y suelen usarse mucho en la técnica Raman, absorción molecular e IR

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Conformación de una fuente láserMedio activo, componente principal de la fuente, puede ser de un cristal sólido (generalmente rubí), un semiconductor (generalmente arseniato de galio), colorantes orgánicos o esta formado de un gas, generalmente argon.El tubo es bombardeado por una fuente externa que excita a los electrones hacia niveles superiores, cuando vuelven hacia el estado fundamental emiten energía. Los espejos reflejan la radiación emitida , generando cascadas de electrones y esto hace que la intensidad de la radiación emitida sea mayor. El haz que emerge de esa fuente es una radiación muy potente.Cualquier tipo de las fuentes antes vistas forman parte del primer dispositivo de un instrumento , según la técnica se usan diferentes lámparas.

Selector de bandaDentro de los SB tenemos los filtros y los monocromadores

Filtros: de absorción y de interferencia Monocromadores: los de redes y los de prismas

Función del SB: aislar un rango de longitudes de onda lo mas estrecho posible, es decir que esa radiación que emerge (Po) tiene que ser lo mas monocromática posible para que solamente emita un rango muy chiquito de longitud de onda (ley de Lambert-Beer, el rango es λ + Δλ). La luz salida de la FER es policromática, se la hace lo menos ancha posible.Los instrumentos mas sencillos usan filtros

Ancho de banda efectivo: esta relacionado con la resolución (por ejemplo 50nm es mucho). Hoy en día algunos instrumentos tienen un ancho de banda de 0,1 nm . Los filtros por lo general tienen anchos de banda relativamente grandes, sobre todo los filtros de absorción. El ancho de banda efectivo da una idea sobre la calidad del SB.

Hay dos clases de SB: filtros y monocromadores

Conformación de los filtros de absorción.Son dos vidrios coloreados que tienen la finalidad de absorber la radiación y un vidrio central, en un soporte plástico. La radiación que no fue seleccionada es transmitida generando el ancho de banda seleccionado, generalmente se usa en la región del visible. El ancho de banda de estos filtros va de 20 a 250 nm

Filtros de interferencia (posteriores): se usan tanto en la región del UV como en la región del visible, en algunos casos en la región del IR y proporcionan anchos de banda más estrechos que los anteriores. Tienen la característica de generar un ancho de banda efectivo en función de la interferencia óptica.Generalmente como material dieléctrico F2Ca o F2Mg

Una radiación incidente coincide con la radiación siguiente que incide en el material dieléctrico, se suman, se ponen en fase y así sucesivamente de tal manera que la emergente es estrecha y muy intensa. Interferencia óptica constructiva. Las restantes radiaciones pasan, se pierden. Hoy en día son los más usados.

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Monocromadores: se tienen los de redes y los de prisma. Tienen diferentes resolucionesLos instrumentos que tiene monocromadores permiten hacer un barrido espectral, por lo tanto se puede hacer un curva espectrometrica.

Conformación de los monocromadoresConstan de una rendija de entrada por donde penetra un haz de radiación policromatica, es la encargada de seleccionar. Además tiene dos espejos o lentes colimadores que tienen la función de generar, producir, un haz de radiación paralelo, tiene además un sistema dispersivo que puede ser una red de reflexión o un prisma que tiene la función e dispersar a la radiación en sus longitudes de onda individuales. Hoy en dia la mayoría usan redes de difracción, los prismas son mas caros. Tiene tambien una ventana o rendija de salida que selecciona o aisla el ancho de banda deseado.

Redes de ReflexionEl haz incide en el espejo colimador, que genera haces paralelos que inciden en el sistema dispersivo (por ejemplo una red de reflexión. El Angulo de incidencia es distinto al Angulo inicial) cuando la radiación incide en la red se produce un fenómeno de difracción (fenómeno que genera la dispersión de la radiación) y esa radiación va contra el segundo espejo y sale por la rendija de salida, siendo lo mas estrecha posible. La cantidad de dientes de la red varia la aliad, van desde 300 a 2500 dientes.

PrismasEn los instrumentos que tiene prisma también hay una rendija de entrada, una lente colimadora , pero el fenómeno de dispersión ocurre por un proceso de refracción (desvío de la dirección). Luego pasa por una lente focalizadora (movil) hacia la ventana de salida. Hoy en día los instrumentos tienen redes. El material del prisma varia según el uso, los prismas de cuarzo se usan en el UV y de vidrio se usan en el visible, lo cual constituye una limitación.

CubetasHay de muchos tipos y formas, según la región de trabajo (redondas, cuadradas, de flujo, etc.)En el UV generalmente las cubetas son de cuarzo o sílice fundido, en la región del visible pueden ser de vidrio o plástico. En el IR son de un vidrio especial o cubetas que tienen una ventana de NaCl cristalino. Se seleccionan según región. Las cubetas no deben tener imperfecciones y deben estar limpias.

DetectoresDispositivos que tienen la función de detectar la energía radiante que les llegue y traducirla en una señal que sea fácilmente medible, esta señal generalmente es eléctrica. Deben tener ciertas características: deben ser estables e un amplio intervalo de longitudes de onda, una elevada sensibilidad en la región de trabajo, además deben presentar una elevada relación señal-ruido (R=señal/ruido). La señal eléctrica que se genera en el detector debe ser

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proporcional a la potencia de radiación que llega al detector. Tienen que dar una respuesta rápida.Dentro de los detectores hay dos grupos

Fotoeléctricos: de tipo A y B Térmicos

Fotoeléctricos.Son los que se utilizan en el UV , en el visible y en el IR cercanoTérmicos: se respuesta se basa en el poder calorífico que brinda la radiación (esto se vera mas adelante),se utilizan generalmente en la zona del IR.

Dentro de los fotoeléctricos se tienen dos tipos, en general los fotoeléctricos, el A y el B se basan en que tiene una superficie que tiene la capacidad de absorber la radiación electromagnetica, esta absorción genera la emisión de e- y entonces da lugar a una fotocorrienteEn el primer grupo, llamado A la absorción de energía radiante provoca la emisión de electrones y genera una fotocorriente desde la banda de conducción hasta la banda de valencia y eso también genera una fotocorriente.Grupo A – tres tipos de detectores característicos.

Celda fotovoltaicas Fototubos de vacío Tubos fotomultiplicadores

Grupo B Fotodiodos Fotodiodos dispuestos linealmente

Celda fotovoltaica: generalmente se utilizan en instrumentos muy sencillos que se usan para mediciones directas (de campo), en la región del visible y esta formado por un tubo de vidrio que en su interior tiene un electrodo de Cu, sobre la superficie de ese electrodo se deposita un material semiconductor, generalmente selenio, y a su vez se lo recubre con un baño de Ag o Au. Cuando incide la radiación que proviene de la fuente de energía radiante, se produce una promoción, una excitación de los electrones del material semiconductor, se genera una corriente de e-, esta corriente es recolectada por el electrodo y es la que se mide, es proporcional a la cantidad de radiación que incidió.

Fototubos de vacío: de los equipos más viejos. Ver fotocopia. Es un tubo de vidrio al que se le ha hecho vacío y que en su interior tiene un cátodo semicilíndrico y un alambre que actúa como ánodo, ese cátodo esta recubierto por un material fotosensible que cuando llega la radiación se genera una emisión de electrones que se dirigen al catodo generando una foto corriente y esa fotocorriente es proporcional a la radiación incidente.Esa fotocorriente es muy débil, estos instrumentos necesitan tener un amplificador.

Tubos fotomultiplicadores: también se los llama PMT. Están formados por un tubo de vidrio al vacío que contiene un cátodo recubierto con un material fotosensible y un ánodo. La diferencia con el tubo al vacío es que entre el ánodo y el cátodo hay un conjunto de 9 o 10 plaquitas recubiertas por un

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material fotosensible que se denominan dinodos que tienen la función de emitir o amplificar la emisión de electrones. Esos dinodos están colocados de manera tal que uno presenta potenciales menos negativos que el que precede, lo cual intensifica la señal haciendo innecesario el uso de amplificadores.

Grupos BLos otros dos tipos de detectores se basan en que cuando absorben la radiación electromagnética provocan la promoción de electrones de la capa de conducción a la banda de valencia, generando huecos positivos y e- que dan lugar a una fotocorriente.

Fotodiodos: están formados por unos dispositivos que esta recubierto por un material semiconductor. Este dispositivo esta colocado sobre una placa de vidrio o de cuarzo y todo el conjunto esta dentro de un recipiente al vacío. Generalmente como el material semiconductor se suele utilizar silicio o germanio , cualquiera de los dos tienen cuatro electrones en la capa de valencia , quiere decir que cuando se van a fabricar el detector , el fotodiodo, colocan ese material semiconductor y a su vez le agregan como impurezas en algunos casos Galio y en otros casos Arsénico, con el objeto de aumentar la capacidad conductora del material. Cuando se le agrega (dopaje) As, estamos frente a un semiconductor tipo n, cuando se le agrega Galio es de tipo p.

Este tipo de material semiconductor tiene la característica de que cuando incide radiación electromagnética provoca la promoción de estos electrones que adquieren la energía suficiente como para romper el enlace que los mantiene en una estructura rígida y pasan a la banda de conducción, se generan huecos positivos y negativos por aumento de temperatura. La respuesta es muy rápida ,más que los anteriores (nanosegundos). En algunos casos se requiere amplificador.

Fotodiodos dispuestos linealmente: consiste en una serie de fotodiodos tipo n-p (200- 250 hasta 3000-3500 fotodiodos). Este tipo de detector se utiliza en instrumentos que se llaman “arreglo de diodos”. Con este tipo de detector se puede hacer un barrido espectral muy rápidamente , en aproximadamente 0, 1 segundos de distintas longitudes de onda. Este tipo de instrumentos, por tener este tipo de detector , no usan SB de tipo monocromadores, sino que tiene espejos como sistema dispersivo. Es el único instrumento que la radicación policromatica incide sobre la muestra.

RegistradorEs uno dispositivo que decodifica la señal que llega y permite su lectura, pueden ser analógicos, digitales, incorporados o no.

EsquemasExisten diferentes tipos de instrumentos:

I-Simple hazII-doble haz (b) en el espacioIII doble haz temporal (c)

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Simple Haz: Es el mas sencillo. La conformación esa una FER, SB, Cubeta, Detector, Registrador. Se dice simple haz porque de la FER, llega a la muestra solamente un haz de radiación. Este tipo de instrumento se calibra con blanco (de reactivo o agua destilada) El 0%T es automático, luego se pone la cubeta y se lleva a 100%T. No conviene usarlo para hacer barrido espectral porque no hay forma de compensar las fluctuaciones de la FER. Cuando se calibra habría que hacerlo con el blanco para cada longitud de onda, es poco practico. Son instrumentos sencillos, se usan para mediciones puntuales, no para hacer curva espectrometricas

Doble Haz: Se caracterizan en que cuando la radiación emergente del SB se divide en dos haces, de tal manera que una parte de la radiación pasa a través de una cubeta de referencia y la otra parte a la través de la muestra. Hay dos cubetas (una de referencia donde va el blanco y otra con la muestra)

Hay dos tiposDoble haz en el espacio: la radiación se divide en dos y de manera simultanea atraviesan la muestra y la cubeta de referencia, cada una llega a su detector, cuyas señales convergen a un amplificador del tal manera que se compensan para formar una sola señal que llega al registrador.

Doble haz temporal: a la salida de la FER hay una espejo rotatorio que hace que la radiación pase a través de la cubeta de referencia y de la muestra alternativamente, las señales van llegan a un único detector, se amplifica y registra. La cuña óptica disminuye la potencia de la radiación que pasa través de la cubeta de referencia para tener una intensidad semejante a la que proviene de la muestra. Sino existiese la cuña, la radiación de la FER que pasa por la cubeta no perdería potencia. En cambio si disminuye la potencia e la muestra entonces la cuña achica la diferencia entre las intensidades de las señales.

Ventajas del instrumento de doble haz: Las posibles fluctuaciones generadas por el ruido del instrumento

pueden ser compensadas ya que existen dos haces. Estas fluctuaciones se deben mayoritariamente a cambios de voltaje en la FER

Permite hacer un barrido espectral

Arreglo de diodosHay un tercer grupo de instrumentos llamados instrumento multicanal o arreglo de diodos.

Son instrumentos que tienen una conformación óptica muy sencilla pero tienen la característica de que pueden o permiten detectar en forma simultanea lectura en toda la región del espectro. Registra lecturas en todas las longitudes de onda, permitiendo obtener mucha información rápidamente.

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Esta formad por una FER seguida por la cubeta de la muestra, luego un SB fijo y el detector que en este caso son diodos supuestos linealmente (muchos diodos n-p soportados por un chip)La radiación que incide sobre la muestra es policromatica, una vez que la atraviesa el SB dispersa la radiación en sus diferentes longitudes de onda que llegan a los diodos. Es tan rápido el proceso que la radiación policromatica no alcanza a destruir la muestra (en caso de que la muestra sea plausible de ser destruida por la radiación).

Procesos luminiscentes Fluorescencia molecular Fosforescencia molecular Quimioluminiscencia

Son técnicas de emisión. Las primeras dos también se conocen como tecnicas fotoluminiscentes. Son técnicas donde las moléculas son excitadas por la acción de una fuente de energía radiante.En la quimiluminicencia las moléculas son excitadas a través de una reacción química.En ambos casos la excitación genera la señal analitica.

Son tecnicas mas selectivas, ya que no todas las moleculas tiene propiedades luminiscentes.

Fundamento de la tecnicaAl aplicar radiación se excita a las moléculas de tal forma que los electrones saltan a estados de energía superioresCuando una molécula es excitada absorbe energía, que le permite a los electrones absorber energía. Los electrones tratan siempre de deshacerse de ese exceso de energía volviendo al estado fundamental. Esta energía en exceso se puede perder en diferentes procesos:

Radiantes: se pierden o absorben en forma de foton , hν. Es lo que se mide

No radiante: generalmente se da por pérdida, transferencia o disipación de calor al medio

Procesos no radiantes

Relajación vibracional. Este proceso que se debe a choques entre moléculas excitadas y el solvente, ocurre entre estados vibracionales de un mismo nivel electrónico.

Conversión interna: es un proceso intramolecular, ocurre cuando dos niveles electrónicos están muy próximos y generan un solapamiento de los niveles vibracionales, es decir, vibran juntos y se va perdiendo parte de esa energía hasta llegar a un nivel menor de energía

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Pre-disociacion: se debe a que la energía involucrada en el proceso de conversión interna puede, en algunos casos, provocar una predisociación de la molecular. Romper algún enlace y entonces el analito pasa a ser otro compuesto.

Disociacion: ocurre cuando la energía es muy alta y rompe los enlaces de la molecula, con lo cual no tiene lugar el proceso de absorción.

Estos procesos ocurren muy rápido (de 10-5 a 10-9 segundos)

La longitud de onda aplicada en estas tecnicas, que es la que produce la absorción depende de los factores anteriores.A longitud de onda bajas (UV) puede ocurrir que las moléculas sufran un proceso de disociación molecular. Se rompen enlaces y esa molécula original ya no es la misma.

Fluorescencia molecular

En caso de producirse relajación vibracional y conversión interna, una vez que todos los electrones están en el nivel vibracional mas bajo del nivel electrónico excitado, vuelven a su estado fundamental emitiendo energía (fotones) . A este proceso radiante se lo llama fluorescencia molecular. Se puede definir fluorescencia molecular como la diferencia de energía desde el nivel vibracional mas bajo del estado excitado hacia cualquier nivel vibracional del estado fundamental. La molecula se excita en el UV y emite en el visible, de la ecuación E:hν/λ se deduce que a menor longitud de onda mayor energia y viceversa. Entonces si la molecula absorbe en el UV y emite en el visible, es porque hay perdida de energia por estos procesos no radiantes.La fluorescencia es un proceso también muy rápido (10-6 a 10-10 segundos)

Una de las características de la fluorescencia molecular, desde el punto de vista del proceso, es que la fluorescencia ocurre entre niveles electrónicos de igual multiplicidad (singulete, por el principio de Pauli, electrones con spines apareados).

Fosforescencia molecular

Existe otro proceso no radiante que se llama cruce entre sistemas

Cruce entre sistemas: este proceso no radiante suele darse cuando por algún motivo (por ejemplo un solapamiento entre diferentes niveles vibracionales de estados electrónicos excitados singulete-triplete) los electrones pasan de un estado excitado , singulete, a un estado excitado, triplete, que se forma con energía transitoria, inestable, donde los electrones tienen los spines desapareados, no siguen el principio de Pauli. Pero aun en este estado triplete puede haber un exceso de energía que se pierde por relajación vibracional de manera que los electrones queden en el nivel vibracional mas bajo de ese estado triplete y de allí vuelvan al fundamental emitiendo energía.

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Este proceso se denomina fosforescencia y en general toma un poco mas de tiempo que la fluorescencia (de 10-4 a 10 segundos)

La principal diferencia con la fluorescencia es que la fosforescencia ocurre entre niveles electrónicos de diferente multiplicidad (triplete)

Conversion externaPuede darse otro proceso no radiante que es el proceso de conversión externa. Ese proceso involucra la transferencia de energía entre las moléculas que son excitadas y las moléculas del solvente. Ese proceso provoca una disminución en la intensidad de fluorescencia y se conoce con el nombre de QUENCHINGLa disminución en la intesidad tambien puede deberse a la disociación y predisociación.

Ambas técnicas requieren una longitud de onda de excitación y necesitan una longitud de onda de emisión.Es decir, se necesitan dos selectores de banda.. Las longitudes de onda tienen la relacion λexciatacion < λemision , es decir, que la longitud de onda de emisión sea mayor que la de absorción.

,a mayor longitud de onda menor ΔETeoricamente toda molecula que absorbe energia puede ser luminiscente, para estimar o determinar esto existe un parametro “rendimiento cuantico” que esta presente en ambas técnicas

Este parámetro nos da una idea cualitativa para poder interpretar como pueden influir factores estructurales y el entorno químico en la intensidad de fluorescencia o fosforescencia. Este parámetro relaciona las distintas velocidades relativas de los distintos procesos radiantes y no radiantes.

Kf= velocidad relativa de fluorescencia Krv: relajación vibracional Kces= cruce entre sistemas Kce=conversión externa Kci=conversión interna Kpd= pre disociación Kd= disociación

Una molecular tiene características de ser fluorescente si Kces es mínimo o nula y Kci también, Kpd y Kd deben ser nulas. Φf es un valor entre 0 y 1. Esta en manuales, handbooks, etc.

Esta relacionada con medio y estructura. Kpd y Kd están relacionadas con la estructura mientras que Ices y Kci dependen del medio (solvente, pH, etc.). Por eso se puede estimar las fluorescencias (si son fuertes o no, cualitativamente)

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Φf cercanos a 1 = mucha fluorescencia o fosforescencia Φf cercanos a 0 = poca fluorescencia o fosforescencia.

La emisión siempre ocurre en la región del visible

Factores que afectan las intensidades

Tipo de transicionesUno de los factores fundamentales para que una molécula sea fluor o fosforescente es el tipo de transiciones que presenta. Generalmente las molecular que presentan fluorescencia son moléculas que presentan transiciones π→π* y las que presentan fosforescencia son moléculas con transiciones n→π* . Como a veces esto es impredecible (si tiene o no características de fosfo o fluorescente) se hacen siempre determinadas consideraciones. Se sabe que generalmente para las moléculas que tengan este tipo de transiciones se parte de que la energía de excitación ocurre a longitudes de onda partir de 250nm hasta aproximadamente 380nm. Es decir en la región del UV. A menores longitudes de onda, en el UV lejano, la energía es tan alta que puede darse el proceso de la disociación de la molécula, en este caso son moléculas que tienen transferencia σ→σ*

Es importante conocer la estructura de las moléculas. Determinadas moléculas como por ejemplo los hidrocarburos no aromáticos, con dobles enlaces, que tiene trancisiones π→π* , generalmente tienen características fluorescentes. Los hidrocarburos aromáticos, por ejemplo el benceno, por si solo tiene características fluorescentes.

SusituyentesLa presencia de sustituyentes pueden variar la intensidad de fluorescencia, fundamentalmente cuando los sustituyentes son halógenos. En los aromáticos halogenados se produce conversión externa y eso disminuye la intensidad. También hay moléculas que tiene grupos C=O o algún heteroatomo como N, S donde predominan las transposiciones n →π* y esto hace que la molécula tenga características fosforescentes.

RigidezEs importante la estructura en el sentido de la rigidez. Entre fluoreno y bifenilo, por ejemplo, el grupo –CH2- en el fluoreno le brinda mayor rigidez haciendo que tenga mayor eficiencia que aquellas que no son rígidas (se mueven). Si se mueven están favorecidos los choques entre moléculas y por lo tanto la conversión interna, lo cual disminuye la intensidad.

El entorno químico también es importante

Temperatura. Debe ser óptima de tal manera que se eviten choques entre moléculas y se vean favorecidas la conversión externa, ya que esto disminuye la intensidad de fluorescencia

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Solvente: debe ser el adecuado: si se usa un solvente muy viscoso las colisiones disminuyen lo que puede favorecer la fluorescencia. También es importante conocer la polaridad del solvente, esta puede provocar una re orientación de las moléculas del solvente alrededor de las moléculas que uno quiera excitar y esto puede provocar elevación de la señal de flor o fosforescencia

pH: siempre es importante controlarlo. Hay especies que son fluorescentes a cierto pH y a otro no.

O2 y atomos pesadosOtro factor a tener en cuanta es la presencia de átomos pesados. Se debe elegir el solvente adecuado para evitar que estos átomos pesados favorezca la conversión externa y disminuya la fluorescencia (por ejemplo cuando se usa como solvente bromuro de isopropilo). Otro factor es la presencia de O2 disuelto, en algunos casos la presencia de O2 puede generar una oxidación de las moléculas y esto hace que cambie la estructura de las moléculas y disminuya la intensidad de fluorescencia

Todas estas variables y la estructura molecular se deben conocer y tener en cuenta al hacer una determinación cuantitativa.

INSTRUMENTACION EN TECNICAS FLUORESCENTE Y FOSFORESCENTES.

El fluorimetro es un instrumento sencillo, de simple haz. Tiene una FER , un dispositivo (selector de banda), un lugar donde se pone la muestra (cubeta) y a 90º respecto de la radiación incidente tiene colocado otro selector de banda y luego viene el detector

Hay dos selectores de banda porque se necesita una longitud de onda de excitación y de emisiónLa mayoría de los equipos que se utilizan en el laboratorio son fluorimetros , es decir que tienen como selectores de banda filtros, o en algunos casos monocromadores, pero uno fija las longitudes de onda con las que va a trabajar (λex y λem)

Hay otros instrumentos que tienen monocromadores de red, se llaman espectrofluorimetros y permiten hacer espectros (barridos de longitudes de onda). Uno puede obtener con este instrumento λex y λem, es decir se hacen dos curvas espectrometricas.

FERSiempre hay una FER que provoca la excitación de las moléculas. Las FER que se utilizan en la técnica de fluorescencia y fosforescencia molecular son fuentes continuas. Son aquellas que emiten en un amplio rango de longitudes de onda, el espectro que se obtiene es una banda.

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En las lámparas usadas en estas técnicas la potencia que emiten tiene que ser de mayor intensidad que en absorción molecular.Dentro de las FER mas comunes utilizadas están: lámparas de Xe, lámpara de Hg a baja presión y la lámpara de Hg a alta presión. Cualquiera de las tres son tubos de vidrio donde adentro hay gas a baja presion (salvo de la Hg a alta presion) y tienen filamentos de los distintos componentes. Cuando se genera la descarga electrica emiten radiación. La lampara de Hg a alta presion emite lineas intensas de radiación en forma continua.

En los primeros fluorimetros se utilizaba la lámpara de Hg a baja presión, esta tenia la característica que emitía a longitudes de onda definidas, si bien era continúa tenia determinadas longitud de onda de a las que emitía con mayo intensidad, esto hacia que esas lámparas fueran inestables. Hoy en día la mayoría de los equipos tiene lámpara de Xe. Este es estable, por lo que el espectro es mas continúo y mas uniforme. Hay algunas que combinan la de Xe y la de alta presión. Los equipos mas caros usan láser como FER

Selector de bandaLos selectores de banda que puede tener los fluorimetros son filtro de interferencia, el espectrofluorimetro tiene monocromadores de red.

CubetasLas cubetas son de cuarzo o de vidrio, pero la característica que tienen que presentar es que todas las caras sean transparentes (a diferencia de las de absorción molecular).Esto se debe a que lo que vamos a medir es un señal de fluorescencia y esta se emite en toda dirección y sentido.

DetectoresLos detectores pueden ser de cualquiera de los vistos de tipo fotoelectrico, PMT, diodos dispuestos linealmente, etc. El detector esta colocado a 90º respecto de la radiación incidente porque solo se necesita la señal de fluorescencia, no la relación P/Po. Colocando el detector en cualquier otro ángulo se asegura que lo que llega al detector es solo la señal de fluorescencia y no hay perdida por absorción. Se necesita otro selector de banda para que al detector solo llegue la λem.

Instrumento en fosforescenciaEn fosforescencia molecular el instrumento tiene muy pocas diferencias.

La FER también es continua , generalmente lámpara de Xe. Con dos diferencias Que esa lámpara actúa en forma de flash, va irradiando la muestra en forma alternada. Esto es porque la fosforescencia tarda un poco mas en ocurrir que la fluorescencia. De tal manera que después de un determinado tiempo uno pude medir la intensidad de fosforescencia

Como selectores de banda tienen exactamente los mismo y las cubetas también son las mismas.Los detectores también son los mismos

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Los equipos de fosforescencia vienen provisto de un dispositivo que permite trabajar a temperaturas muy bajas (T de N2 liquido, se aplica burbujeando). Esto es para evitar que en algunos casos la señal de fluorescencia sufra alguna disminución o degradación.La fosforescencia es muy sensible y selectiva.

En otro casos se trabaja a T ambiente para hacer determinadas fosforescencias , pero en este caso se debe trabajar con medeos organizados.

Suele utilizarse como medeos organizados las α y β dextrinas.

Efecto de la concentración en la intensidad de fluorescencia

Relación entre la señal de fluorescencia con respecto a la concentración. Cualquiera de la tres técnicas son sensibles selectivas y permiten o tienen limites de detección muy bajos , es decir que podemos determinar pequeñas cantidades de muestras.La intensidad de fluorescencia es proporcional a la intensidad de radiación incidente. Podemos plantear.

Donde K es una constante que depende de la eficiencia cuantica de la molecula.

Si recordamos la ley de Beer:

Si reemplazo y saco factor común Po y luego desarrollando la serie de Taylor:

Si la A es menor que 0,05 (soluciones diluidas) los términos elevados al cuadrado y al cubo y demás se hacen despreciables. Si eso ocurre podemos decir que:

La fluorescencia molécular es mas sensible que la absorción molecular por lo que se pueden medir valores muy chicos de señales dado que a bajas concentraciones la relación es lineal. Esto ocurre cuando trabajamos con soluciones diluidas y permite hacer determinaciones cuantitativas. Esta tecnica es mas sensible que la absorción molecular ya que se trabaja en rangos de A muy chicos, lo que conduce a pendientes mas elevadas.

La fluorescencia molecular se aplica para compuestos organicos, inorgánicos (en este caso se los debe quelar primero, solos no son luminiscentes),

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muestras ambientales, etc. La fosforescencia tiene aplicaciones similares, pero es mas seleciva aun que la fluorescencia.

PMQ para una tecnica luminiscente:1) Fijar las condiciones operacionales

Seleccionar mediante una curva espectrometrica las longitudes de onda de excitación y emisión y calibrado: el instrumento se calibra a 0 intensidad con el blanco de reactivo y al 100 con el testigo de máxima concentración, la curva queda entonces como Intensidad vs concentración.

2) Preparación y medicion de testigos y muestra3) Procesamiento por minimos cuadrados4) Expresión del resultado como intervalo de confianza, 95%

Quimioluminiscencia (reacción química)

Es una técnica muy selectiva, muy sensible y tiene la ventaja de que es una técnica simple. Ocurre cuando una reacción química genera una especie, esa especie esta excitada y cuando vuelve a su estado fundamental lo hace emitiendo radiación. Esa radiación puede ser transmitida o transportada a otra especie que luego emite radiación.Se la define como emision de radiación electromagnética generada a traves de una reaccion quimica, la emision ocurre en el visible y en el IR

Puede ser directa o indirectaDirecta: un precurso reacciona con un oxidante fuerte, el precurso genera un producto transitorio excitado p->p*, luego vuelve emitiendo hv

Indirecta: otro camino, mas usado, es en forma indirecta. El precursor mas el oxidante dan el producto electronico excitado, pero este no alcanza para emitir, se lo ayuda agregando un fluoroforo que recibe la energia del producto intermedio y cuando vuelve al fundamental emite fotones.

Son dos caminos para legar a la emision, reaccion en medio adecuado (con oxidante fuerte y catalizador) o transferencia d energiaA +B reaccionan, me dan una especie excitada (los electrones de C* están en un nivel excitado) cuando vuelven lo hacen emitiendo radiaciónHν puede ser transferida a otra especie (P) provocar la excitación y cuando vuelve al estado inicial lo hace emitiendo.

LuminometroSolo consiste en tener un recipiente donde .. Se produce la reacción y se mide directamente la señal que emite. Se necesita un recipiente donde se coloca la muestra y un detector (solo detectar emisión de radiación que se genera). Generalmente es un PMT

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Lo que hay que tener en cuenta es que la reacción ocurre muy rápidamente y hay que medir en el momento que se logro la máxima intensidad de quimioluminiscencia. Uno tiene que buscar el TM, porque cuando se va a hacer una curva de calibrado, si se toma el tiempo incorrecto la intesidad es menor y la curva ya no es tan buena. El tiempo es un parámetro muy importante (tiempo donde se produce la máxima señal). Se debe realizar previamente un grafico de señal función del tiempo, eso hace a la sensibilidad del metodo.

Condiciones operacionalesSe debe trabajar con soluciones testigos. Hay que controlar las variables experimentales u operacionales . Hay determinados componentes o reactivos que tienen características luminiscentes (siempre se usan), tiene la característica de provocar componentes luminiscentes. El que más se usa es luminol (a) y luciferina , este en medio alcalino en presencia de O2, tiene la característica de formar un componente que es el 3-aminoftlalato y emitir radiación característica a 420-425 nm. Esta intensidad de radiación a esta longitud de onda se ve modificada por la presencia de algunos metales , por ejemplo Cu, Fe, V, Co, ya que disminuyen la intensidad de la señal. Uno puede determinar pequeñas cantidades de metales con estas técnicas.Para hacer la determinación cuantitativa , se preparan testigos con distintas concentraciones se hace la curva de calibrado y se da un resultado como intervalo de confianza,Con cualquiera de las tres técnicas se pueden hacer determinación de compuestos orgánicos, inorgánicos, en pequeñas cantidades ya que son muy sensibles y selectivas

Espectroscopia atómica

Se basa en la absorción o emisión de energi radiante por parte de átomos. Esos átomos generan absorción o emisión que da origen a espectros de bandas estrechas, que son aproximadamente de 10-5 a 10-2 nanómetros.El λ+Δλ es mucho mas chico que en emision o absorción molecular

Esto es porque se ven involucrados los niveles electrónicos (ni lo rotacionales ni los vibracionales). Los espectros son más sencillos. El ensanchamiento que se ve puede deberse a tres fenómenos o procesos

Efecto de incertidumbre Efecto por presión Efecto “ensanchamiento doppler”

Efecto de incertidumbre o ensanchamiento natural: esta relacionado con el tiempo que tardan los electrones cuando pasan del estado fundamental al estado excitado y volver al estado fundamental, en un tiempo muy limitado. Al volver se provoca el ensanchamientoEfecto por presión (efecto Lorentz): se debe a choques que se generan entre las especies que absorben energía o emiten y los otros iones o atomos presentes en el medio. Eso provoca una disipación o cambios en lo niveles energéticos y como consecuencia trae que haya una dispersión con respecto a la longitud de onda de absorción.

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Efecto doppler: ocurre cuando usamos como atomizador a la llama. Los átomos de la especie en estudio por efecto térmico chocan debido al movimiento en el interior de la llamada provocan el ensanchamiento en la banda Transformación del analito en átomos.Se usan atomizadores, hay de dos tipos:

Atomizadores continúos: Son aquellos donde la muestra se introduce en forma de solución y se convierte en una niebla de gotitas muy chiquitas mediante un nebulizador que luego es transportado por un gas hacia la zona donde se produce la atomización. En cambio en los atomizadores discretos se coloca en su interior un determinado volumen (cantidad de muestra) y allí se produce la atomización de la especie.

Llama: se puede utilizar tanto en emisión como en absorción atómica. Una llama esta compuesta por una mezcla de un combustible y un comburente (mezcla C/C).Es importante conocer la temperatura a la cual toda la muestra entra en estado atómico gaseoso.Uno de los parámetros fundamentales es la temperaturaZonas de la llamaZona de combustión primaria: es el cono interno es la zona donde recién comienza a generarse y producirse las reacciones de combustión entre el combustible y el oxidante. Son reacciones rápidas que no alcanzan a llegar al equilibrioEn esta zona todavía no se alcanza la temperatura óptimaZona de combustión intermedia: en esta zona las reacciones de combustión están en equilibrio termodinámico, la temperatura deseada se logra y es constante y homogénea, se logra la misma temperatura. Es la zona de trabajo

En la tercera zona: zona secundaria, es la externa. La más fría, es la zona que esta en contacto con la atmósfera, difusa. Pueden ocurrir reacciones secundarias, no conviene trabajar allí.

Para seleccionar la T optima se debe tener en cuenta que la mezcla C/C genera un fondo de llamada

Otros factores de dependencia además de la mezcla C/C La velocidad con que fluyen los gases para tomar la llama De la relación molar C/C Del diseño del quemador De la altura de la llama

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También es importante la velocidad de ingreso de la muestra o de los testigos a la llama

Proceso de atomizacionTransporte de la muestra: en solución, es aspirada a través de un capilar y transportada a traves de un tubo plastico de diametro pequeños hacia el interior del nebulizador. La velocidad con que ingresa la muestra y los testigos debe mantenerse siempre igual y debe ser reproducible (preparados de igual manera). Una vez que llegan al nebulizador este transforma la solución en finas gotas (spray), de tamaño homogéneo muy chiquitas, de tal manera que antes de que llegan a la llama, el propio nebulizador, a traves del spoiler, es el encargado de desechar aquellas gotas que no son homogéneas, las de mayor tamaño. Una vez que el spray homogeneo llega a la llama (optima) ocurren tres procesos.

1) Evaporación del solvente ocurre cuando el aerosol llega a la llama, se evapora el solvente y quedan las partículas de la sal. Depende del tamaño de gotas, velocidad de ingreso, tiempo de contacto con la llama y tipo de solvente.Si estas condiciones no son buenas, la muestra estaría contaminada

2) Volatilización: las partículas sólidas pasan al estado de vapor y una vez que ocurrió esta etapa ocurre la etapa final. Esta etapa depende de la capacidad de volatilizacion de la muestra y de la temperatura.

3)Atomización: la sal se disocia y se forman los átomos neutros al estado gaseoso, quedando disponibles para absorber o emitir energia.

Llama: puede usarse tanto en emision como en absorción atomicaComo atomizador la llama es mas económica, pero debe tenerse cuidado con la temperatura de a llama, que sea optima y suficiente para lograr la atomización completa de la muestra y además debe tenerse cuidado que cuando se selecciona la mezcla C/C para trabajar el espectro de emisión de esa muestra no interfiera en la señal del analito.

ICP= plasma de acoplamiento inducido

Este atomizador se utiliza en la técnica de emisión atómica, no en absorción atomicaPlasma: un gas calentado y parcialmente ionizado que tiene la característica de conducción la electricidad. Generalmente como plasma se utiliza ArgonAntorcha: esta formada por un tubo de cuarzo, dentro de otro, rodeados por una bobina de inducción que esta conectada a un generador de radio frecuencia. Por el interior de esos tubos circula un gas inerte, generalmente ArgonCuando se genera una descarga eléctrica que proviene de la bobina de inducción ese argon se ioniza, generando en el medio iones argon y una corriente eléctrica de electrones que genera el plasma, logrando un aumento de temperatura del gas que llega a alcanzar en el extremo superior de la antorcha entre 9000 y 10000 grados Kelvin. Es ahí donde se logra la atomización de la muestra. Es una llama muy luminosa pero sin combustión.

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Una de las ventajas frente a la llama es que se logra mayor temperatura sin que haya combustión. La temperatura se controla, se la mantiene estable y constante, haciendo fluir Argon en forma tangencial (contracorriente, refigerando el tubo). No hay espectro de fondo porque no hay combustión

Introducccion de la muestra.El equipo tiene una entrada para el capilar donde se introduce la muestra, esta llega al nebulizador, se forma el spray y de allí es introducida por la parte inferior de la antorcha de plasma hacia el cono superior que es donde se producen los tres procesos ya vistos. Condiciones operacionalesUna de las variables que uno debe controlar es como generar ese plasma, regular la generacion de la radiofrecuencia. Si es muy baja o no es la optima el plasma que se genera es un plasma con forma de lagrima y hay perdida de muestra, no llega toda la zona de combustión maximaLa forma adecuada del plasma es como lo indica el dibujo B donde esa antorcha tiene como una inflexión de tal manera que no deja que se escapen las gotitas. De esta manera llega mayor cantidad de muestra.

Ventajas del ICP frente a la llama: Temperatura: es muchísimo mayor , el tiempo de contacto entre la

muestra y la antorcha es menor, lo que optimiza los procesos de evaporación, volatilizacion y atomizacion

Los limites de detección son mucho mas bajos que si se utiliza la llama. Otra ventaja es que con el ICP como atomizador hay una elevada

densidad electrónica en el medio y esa densidad electrónica evita que existan interferencias debido a especies que se ionizan fácilmente,

Otra ventaja es que el efecto matriz o las interferencias generadas por el efecto matriz es menor que utilizando la llama y eso se debe a que estamos en un medio químicamente inerte que favorece el tiempo de vida de los átomos neutros en estado gaseoso donde no hay combustión.

Atomizadores discretos-> electrotérmicos-> horno de grafitoSe utiliza en absorción atómica.Se les llama así porque se coloca determinado volumen o cantidad de muestra, hasta que se logra la atomizacion completa.

Horno de grafito: Se utiliza en absorción atomica, no en emisión.Es un cilindro de grafito recubierto por un material piroelectrico. Esta abierto en los dos extremos y tiene un orificio en la parte frontal por donde se introduce la muestra. La longitud es aproximadamente de 5 cms y tiene n diámetro interno de 3 a 8 mm.Ese cilindro abierto permite que este conectado a un par de conectores eléctricos y alrededor del tubo circula un gas inerte (Argon) que tiene la función de desalojar vapores que pueden quedar en el interior del tubo. Dentro del cilindro se encuentra una plataforma llamada “plataforma de l´vov” , también recubierta del material piroelectrico y sobre ella se deposita la muestra de tal manera que queda toda concentrada sobre esa plataforma.

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Como ese horno esta conectado a esos contactos eléctricos la muestra sufre un proceso de atomización debido a un calentamiento provocado por resistencias eléctricas (electrotérmico). Dentro de ese horno ocurren los tres procesos ya vistos (evaporación del solvente, volatilización o calcinación y atomización)La evaporación del solvente ocurre a temperaturas alrededor de los 100ºC, luego hay una etapa de calcinación que comprende entre 350 y 1500ºC. en la ultima fase, la atomización, las temperaturas son mayores , de 1500 hasta 3000ºC, donde se logra la atomización completa de la muestra.Este ciclo se va programando según el tipo de muestra que se tiene. Hoy en día los equipos tardan entre 3 o 4 segundos en lograr la atomización completa.Ventajas

Trabajar con hornos de grafito tiene algunas ventajas en comparación con la llama:

Se puede trabajar con pequeñas cantidades de muestra (micro o nano gramos o litros)

Los limites de detección son mucho mas bajos que la llama La muestra no sufre ningún proceso de dilución en el horno, si se ponen

por ejemplo 5μgr entran al ciclo 5 μgr. Si se usa la llama la muestra debe estar diluida, debe ser aspirada (se puede perder) luego llega a la mezcla C/C donde también se puede perder.

Se debe controlar bien que tipo de reactivo se utiliza, si necesita agua, etc

Desventajas: Es un método muy caro Si por algún motivo el ciclo no es completo (no se logra la atomización

completa) y dentro del horno quedan moléculas que pueden absorber la radiación o pueden dispersarla, conduciendo a errores.

Las técnicas son absorción y emisión atómica.

Emisión atómica

Se basa en medir la emisión de energía radiante generada por parte de átomos neutros en estado gaseoso. Luego de que fueron excitados térmicamente. La técnica de emisión atómica es una técnica analítica cualitativa y cuantitativa porque relaciona la emisión con la concentración. Cualitativa porque esos átomos emiten a una longitud de onda característica, propia de cada elemento y cuantitativa porque relaciona la emisión con la concentración.En la técnica de emisión atómica no hay FER, la energía la proveen la llama y el ICP (funciona como atomizador y como FER). La muestra se coloca en el atomizador. Llega todo a la llama o al ICP. Luego tiene selectores de banda o filtros de interferencia o monocromadores. La radiación llega al detector, que generalmente son PMT y luego al registrador. La variable más importante a controlar es la temperatura.Generalmente la técnica de emisión se usa para detectar metales monovalentes o bivalentes: Li, Na, K etc. Tanto en forma cuantitativa como cualitativa, ya que la longitud de onda de emisión es característica de cada elemento.

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La técnica es cuantitativa porque la IE (intensidad de emisión)=kC, a soluciones diluidas la relación es lineal, lo que permite preparar curvas de calibrado.

El resultado se expresa bajo las condiciones usuales y la expresión Vi ± Vii.Las variables, en el caso de al presión del gas, se deben controlar. Excepcionalmente en la práctica no se puede controlar la presión de gas (porque es de línea). Así que no se hace curva de calibrado. Se aplica el método del factor.

Absorción atómica

Se basa en medir la absorción de energía radiante por parte de los átomos neutros en estado gaseoso luego de haber sido excitados por una fuente de energía radiante. La característica es que la fuente es discontinua, entra radiación en un número limitado de longitudes de onda características. La lámpara que más se utiliza en absorción atómica es la lámpara de cátodo hueco.Lámpara de cátodo hueco: tubo cilíndrico hueco con ventana de cuarzo o vidrio, en su interior tiene Argon a baja presión y tiene como ánodos un alambre de Tungsteno y como cátodo tiene una lamina cilíndrica que esta recubierta con la sal del elemento a determinar. Hoy en día hay lámparas multielemento. Emite radiación característica del analito en estudio, es hace a la técnica mas selectiva.

Otra lámpara que suele utilizarse es la lámpara de descarga sin electrodos.Luego de la FER viene el Atomizador que en este caso es la llama o el horno de grafito.Dispositivo que actúa como selector de banda: filtros o monocromadores.Detector: los mas comunes tiene PMT y luego el registrador.También existen elementos simples y de doble haz.

Dos aplicaciones de la técnica de absorción atómica para trazas Generación de hidruros Técnica de vapor frío.

Generación de hidrurosSe usa cuando se quiere determinar pequeñas cantidades, trazas de Arsénico, Selenio, Bismuto, antimonio, plomo y con la técnica de absorción atómica propiamente dicha no se puede cuantificar. Lo que se hace es tratar a la muestra con NaBH4 en medio acido, de tal manera que se forme un hidruro y ese hidruro tiene la característica de ser volátil, puede ser arrastrado por un gas y llevado directamente hacia un atomizador. En el atomizador se descompone el hidruro y se originan los átomos neutros en estado gaseoso de ese elemento.

La cuantificación se hace por testigos y curva de calibrado, como es usual.

Ventajas:

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El analito es arrastrado de la matriz y esto hace que disminuyan las posibles interferencias por la matriz.

Vapor fríoSe utiliza para determinar pequeñas cantidades de Hg en solución. El equipo es semejante al anterior pero se mezcla la solución de mercurio con una solución de cloruro estañoso Cl2Sn en presencia de algún oxidante fuerte (H2SO4 o HNO3). De esta manera esto se agita y el ion mercurio se convierte en vapor metálico (vapor de Hg) y es arrastrado por un gas inerte hacia la cubeta de absorción y de allí se mide directamente a la longitud de onda característica del Hg que es 264nm

Se puede determinar cuantitativamente en ambos casos

Tanto en absorción como en emisión atómica puede haber dos tipos de interferencia: espectrales y químicas.

Espectrales: se dan cuando la absorción o emisión de una especie genera un solapamiento de las bandas características, provocando dispersión de la señal o disminuyendo la intensidad.

1) La mas común es aquella que se origina cuando el atomizador es la llama y la mezcla C/C proporción aun espectro de fondo de absorción o emisión. Solución: cambiar la mezcla C/C.

2) Otra que puede ocurrir es, sobre todo en el horno de grafito, que quede algún metal (St,Ti) que a determinada temperatura forman óxidos con las paredes de los hornos refractarios y esos óxidos emitan en la zona donde emite el analito y que también enmascaren la señal a cuantificar. Este tipo de interferencia se trata de eliminar aumentando la temperatura hasta que los óxidos sean inestables y no interfieran en la medición.

3) Otra interferencia posible es que la atomización no sea completa y quede moléculas que generan un espectro (por ejemplo el Ca2+). Se soluciona aumentando la temperatura.

4) Otra interferencia es que en la muestra haya dos sustancias que emitan o absorban a longitudes de onda cerca, solapando las señales

Efecto matrizEn absorción o emision atómica es importante controlar la interferencia provocada por la matriz del compuesto, es decir por los otros componentes presentes. Este caso se presenta cuando debido a la presencia de compuestos en la matriz interfieren con la muestra. Por ejemplo el Ca2+ en leche, en la leche hay otros componentes, se debe separa al Ca2+ y atomizarlo todo, de otra manera el resto de los constituyentes interfiere. El efecto matriz es particularmente importante en el análisis de alimentos, ya que son matrices complejas

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Se soluciona trabajando con instrumentos que presentan determinadas características. Esta interferencia es mas frecuente en absorción atómica y puede corregirse de dos formas:

Método de corrección con una fuente continua : los equipos ya viene equipados así (con una lámpara continua y otra de cátodo hueco). De tal manera que ambas radiaciones pasan en forma alternada a través del atomizador, así la radiación que proviene de la lámpara de cátodo hueco es absorbida por los átomos neutros al estado gaseoso y por las moléculas que generan ese efecto matriz mientras que la radiación que provino de la lámpara continua es absorbida por las moléculas de tal manea que al detector llega solamente la compensación de ambas señales y esa es la señal que se registra

Corrección por efecto ZeemanOtra forma de corregir, evitar o disminuir el efecto matriz es a través de la corrección por efecto Zeeman. En este caso también hay una compensación de señales de tal manera que al detector solo llega la señal correspondiente al analito. Este instrumento es un horno de grafito rodeado por un electroimán que desdobla los niveles energéticos correspondientes a los átomos libres neutros al estado gaseoso, de tal forma que cuando llega la radiación de la LCH absorben de manera alternada los ANLg y las posible moléculas que interfieren. Mediante un dispositivo el detector solo registra la señal de los ANLg.Cuando la luz pasa en forma normal absorben los ANLg y las moléculas, cuando pasa en forma polarizada y el nivel electrónico se desdobla, solo absorben los ALNg.

QuimicasLas interferencias químicas generalmente ocurren cuando no se tuvo en cuenta o no se controlaron correctamente las condiciones operacionales

1)La presencia o formación de compuestos poco volátiles (algunos aniones, SO4, PO4, tienen la característica de que a determinada T reaccionan y forman compuesto poco volátiles con el analito en estudio, por ejemplo con Mg o Ca). Esto lleva a que haya menos ANLg , interfiriendo asi con la cantidad a determinar. Se soluciona agregando a la solución del analito un compuesto llamado agentes liberadores, que tienen la característica de reaccionar con el anion antes de que este lo haga con el analito. Se usa Litio o Silicio como agentes liberadores.

2)Otra posible interferencia es el equilibrio de disociación. Algunos compuestos tienen la característica de afectar y modificar el equilibrio de disociación de algunas sales. Por ejemplo: si se tiene ClNA a determinada T se forman los

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ALNg, pero si hay HCl en el medio en determinadas condiciones los átomos de Cl provenientes del HCl hacen efecto de masa y desplazan el equilibrio.

Equilibrio de ionización: se debe elegir la T adecuada del atomizador de tal manera que no provoque la ionización de la muestra. De no ser posible cambiar la T de ionización se agrega al medio supresores de ionización cuya función es ionizarse mas rápidamente que el analito en estudio. En el medio habrá electrones que desplazan el equilibrio a favor de la no ionización del analito. Esta situación lógicamente no sucede en el ICP, dado que el plasma es gas parcialmente ionizado.

Espectrometría de absorción en IR

Esta técnica de absorción de energía radiante comprende la zona que va desde 700 nm hasta aproximadamente 1300/1500 nm . La región puede dividirse en cercano, medio y lejano Generalmente desde el punto de vista analítico las determinaciones cualicuantitativas se trabajan en ir cercano y medio La técnica se usa mucho para la determinación de compuestos orgánicos.

Caracteristicas de los espectrosLos espectros se grafican en porcentaje de transmitancia en función del numero de onda (1/λ). Los espectros dan picos o bandas característicos a distintos grupos funcionales, por eso decimos que es una técnica que permite identificar compuestos. (Hay dos espectros de ejemplos en fotococopia1): son dos alcanos que presentan similitud en algunos picos, por ejemplo en zona de 2800-3000 cm-1, hay una banda típica de unión C-H, luego en 1600-1400 cm-1 hay otra banda característica de la unión C-C ). Es una tecnica cualitativa y puede usarse para hacer cuantificaciones, estas ultimas se ven condicionadas por el estructura del compuesto. Las moleculas polinucleares, por ejemplo, son difíciles de determinar cuantitativamente porque las bandas se superponen. Generación de un IR La radiación proviene de zona del IR cercano-1500nm [E:hc/v] cuanto mayor es la longitud de onda menor es la energía: la radiación que proviene de esa zona no es muy intensa (como si lo es la UV. y visible). Esa radiación no alcanza para producir transiciones electrónicas, es decir, solo alcanza para generar cambios en las energías rotacionales y vibracionales. Es decir que la absorción a partir de moléculas en esta zona es bastante selectiva: no todas las moléculas son capaces de absorber radiación a esta longitud de onda, porque para que se produzca esta absorción de energía las moléculas deben tener un momento dipolar distinto de 0. La absorción cambia cuando el momento bipolar de la molecula es distinto de cero. Las moléculas no son rígidas, sino que tienen un movimiento alrededor de un eje imaginario (movimientos vibracionales de tensión o deformación). Eso genera un cambio en cada molécula que esta relacionado con la densidad de carga que hay alrededor de cada átomo y la distancia que hay entre ambos centro de cargas.

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Ejemplo HCL H -CIó+ ó-

Cuando la radiación que proviene de una fuente de energía incide sobre una molécula y la frecuencia de esa radiación coincide con al frecuencia vibracional y rotacional propias de la molécula, se origina un cambio en el momento dipolar de la molécula yeso produce la absorción de energía radiante. Entonces ese cambio de momento es lo que va a medir.

CondicionesEsa característica la tienen las moléculas formadas por heteratomos (en general). Mientras que las moléculas homopolares (O2, N2) tienen un momento dipolar igual a cero: esas no absorben en el IR. El cambio de momento bipolar en estas tecnicas es irreversible.

Los espectros de moléculas sencillas son simples (con pocos picos) mientras que en las moléculas mas complejas hay muchas bandas, que pueden superponerse haciendo mas difícil la determinación. La condición para que, la molécula absorba en al región IR es tener un momento diferente de cero, entonces al momento de ser irradiada la molécula ese momento cambie (se perturbe).

Instrumentos Lo que existen actualmente son Dispersivos y no dispersivos.

1.- Instrumental dispersivo (simple y doble haz) 2.- Instrumental no dispersivo (simple haz)

1.- Instrumental dispersivo. (doble haz)En general se usan para hacer determinaciones cualitativas. Se llaman así porque tiene un sistema de monocromadores que dispersan la radiación que llega a la red de reflexión y emerge por la hendija de salida (ver fotocopia 1) Hay una FER, un espejo a la salida de ella que divide la radiación en dos. Esa radiación pasa a través de dos cubetas (muestra y referencia), luego la radiación que viene de la cubeta de referencia se atenúa con un atenuador, luego se unen esas dos radiaciones, producen una interferencia constructiva y así llegan al detector. El monocromador esta después de la muestra (para esta técnica no es necesario ponerlo antes, porque la radiación IR no es tan potente y no modifica a la muestra). Tanto la FER como los detectores tiene características térmicas: responden (sobre todo los detectores) a cambios de temperatura. Funciona de igual manera que cualquier insterumento de doble haz.

2.- Instrumentos no dispersivos Permiten hacer determinaciones cuali y cuantitativas. Este tipo de instrumentos se conocen como instrumentos de IR con

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transformada de Fourier. No tienen sistema dispersivo sino que cuentan con un interferometro, cuya funcion es modelar y modular la radiación proveniente de la Fer.

Tiene un algoritmo matemático cuya función es decodificar la señal que se registra y transformarla en un espectro fácilmente identificable o que se pueda interpretar bien Los componentes de estos instrumentos (que en general son de simple haz) son:

FER, interferómetro, compartimiento de muestra, detector.

Inteferómetro El interferómetro es que el reemplaza al monocromador y la diferencia que tiene con este es que solo permite que pase una rango estrecho de longitudes de onda pero no ocurre el proceso de dispersión sino que aca hay movimientos de espejos que permiten que llegue radiación a la muestra a diferentes longitudes de onda El interferómetro esta compuesto por una combinación de espejos: fijos y móviles que redirigen la radiación hacia la cubeta de la muestra; y en el medio de ellos hay otro dispositivo llamado cortador del haz o de la radiación cuya función es dividir el haz de radiación que le llega. El cortador del haz esta recubierto por un material que permite que parte de radiación se refleje y otra se transmita.

FuncionamientoLlega radiación de la FER, pasa por el espejo colimador (para que vayan en forma paralela), los rayos llegan al cortador del haz y parte de ellos se reflejan y esa radiación que se refleja incide en el espejo móvil, otra parte de la radiación atraviesa el cortador del haz y llega al espejo fijo. Entonces cuando, por movimientos mecánicos, se va moviendo el espejo móvil de tal manla que ambos espejos quedan a igual distancia del divisor del haz, ambas radiaciones (las de los dos espejos) quedan en fase y se produce interferencia constructiva que aumenta la intensidad de esa radiación que luego pasa por la muestra a una determinada longitud de onda. El funcionamiento del cortador es similar al del filtro de interferenciaMientras que si las distancias de ambos espejos son diferentes, la radiación no esta más en fase y al detector le van llegan diferentes señales en función de la distancia entre los espejos.

Lo que se registra en el detector es un interferograma que a través de la transformada de Fourier se decodifica y se obtiene un espectro convencional. Estos equipos son de ultima generación, en vez de tener un sistema óptico de monocromadores tienen un inteferometro con espejos que selecciona una longitud de onda por medio del espejo móvil.

Inteferograma

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Es la señal en función de la distancia de los espejos. Como el barrido es muy amplio, el interferograma es como en b, el algoritmo desarma eso y lo transforma en una señal que se puede leer como el (a) (fotocopia 2).

FER. Validas para instrumentos radiantes y no radiantes. Son sólidos inertes que se calientan eléctricamente y alcanzan temperaturas de alrededor de 1500 -2200 K. Sonn fuentes continuas, es decir que el espectro de emisión de la lámpara debe ser una banda que abarque un amplio rango de longitudes de onda. La intensidad de radiación varía en función de la temperatura.

Hay varios tipos de FER con las características anteriormente descriptas. 1) Lámpara incandescente de Nernst Es la más común. Formada por un cilindro formado por una mezcla de oxido de Circonio y otros óxidos de diferentes metales. Ese cilindro tiene un diámetro de 1-2 mm y una longitud de aproximadamente 50mm. Esta rodeado por una cubierta de un material protector que tiene la función de evitar que ese cilindro se sobrecaliente y se queme. En los extremos del cilindro se ha conectado cables de platino cuya función es transmitir la electricidad y alcanzar temperaturas entre 1200 y 2200 aproximadamente. Ver figura 4. La mayor intensidad de emisión depende de la temperatura que alcance la lámpara.

2) Globar Es una varilla cilíndrica de aproximadamente 50mm de longitud y 5 mm de diámetro. Esa varilla de es carburo de silicio y esta rodeada de una resistencia que hace que se alcanzen temperaturas que van desde 1300 a 1800 K emitiendo asi en forma continua en el IR

3) Filamento incandescente Es un alambre en forma de espiral de Ni y Cr. Alcanza temperaturas de hasta 1000K.

4) Arco de mercurio. Es una lámpara que utilizan los instrumentos que permiten trabajar en la región del IR lejano. Consiste en un tubo de cuarzo que tiene vapor de mercurio a baja presión. Cuando pasa la electricidad (cuando se conecta) ese vapor de mercurio se ioniza originando un plasma y ese plasma emite una radiación continua en la región del IR lejano.

5) Lámpara de Tungsteno Es la misma que vimos en absorción molecular. Se usa en IR cercano.

6) Láser de CO2 (para instrumentos no dispersivos con transformada de Fourier) Actualmente hay instrumentos que tiene como FER un láser de CO2. Este tipo de fuente generalmente se usa cuando se esta haciendo un control medioambiental para determinar contaminantes atmosféricos (NH3, benceno) Esta serie de lámparas son comunes. La característica fundamental es que son sólidos inertes que se calientan y emiten radiación .

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Cubetas o celdas Son recipientes que presentan ventanas que son transparentes a la radiación IR. Esas ventanas pueden ser de NaCI, NaBr, KBr,CeBr

Selectores de banda Según el instrumento: sistema dispersivo(monocromadores) Sistema no dispersivo: interferómetro.

Detectores La característica principal de los detectores de IR es que su respuesta depende del poder calorífico de la radiación Hay tres tipos de detectores

Los dos primeros (térmicos) generalmente se usan en instrumentos con sistemas dispersivos mientras que los fotoconductores y piroelectricos se usan en equipos no dispersivos. 1.- Detectores térmicos Este tipo de detector, cuando llega la radiación se produce un calentamiento y ese aumento de temperatura es lo que se registra (hay una variación de temperatura).La respuesta depende de la capacidad calorifica de la radiación.

Hay de varios tipos: • Neumático de golay • Termocuplas • Bolometros

Los tres funcionan bajo el mismo principio . Neumatico de golay: Es una cámara que en su interior tiene gas a baja presion y en un extremo tiene una membrana4cuando la radiación incide en el detector, el gas se calienta, se expande y ejerce presión sobre la membrana que se desplaza según el poder calorifico de la radiación, generando una señal termica ΔT y ese aumento de temperatura es la senal que se mide,Termocuplas: La unión de un alambre con una esfera en la punta de Bismuto y Antimonio, todo eso soportado o colocado sobre un soporte conductor yeso colocado dentro de una cámara donde se ha hecho vacío. Cuando llega la radiación, incide en el gas, se genera un aumento de temperatura y ese aumento de temperatura genera una diferencia de potencial y esta ultima es la señal que se mide. Generalmente esa señal es muy chica y requiere amplificador. Bolometros Funcionan de forma semejante a las termocuplas con la única diferencia que están formadas por laminas de platino o de níquel. Se genera un aumento de temperatura, una diferencia de potencial y de ahí la señal que se mide.

2.- Detectores piroelectricos .

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Se basan en que cuando llega la radiación la absorben y la transforman en una señal medible Están formados por láminas cristalinas de materiales pirolectricos que tienen la característica de presentar propiedades térmicas y eléctricas. Generalmente se usa como material piroelectrico sulfato de triglicina (STG). Este material se coloca entre dos electrodos y cuando la radiación es absorbida se produce un calentamiento del STG y al calentarse varia la distribución de carga en la superficie, lo que genera una corriente eléctrica y esa corriente eléctrica es la señal que se mide.(Parecidos a los diodos n-p)

3.- Detectores fotoconductores. Están formados por una delgada capa de un material semiconductor. Generalmente se usa sulfato de Pb. Este material semiconductor esta depositado sobre un vidrio y todo eso esta recubierto por un tubo de vidrio y sellado al vacío. Cuando llega la radiación se produce una promoción de los electrones de valencia, del sulfato de Pb y esto hace que se genera una corriente y esa corriente es la señal que se mide.

Técnicas electroanalíticas

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Estas técnicas cuantitativas que se basan en reacciones electroquímicas, es decir, que tiene en cuenta las propiedades eléctricas de los analitos cuando están en solución dentro de una celda electroquímica. Generalmente son especificas respecto a una tecnica optica. El instrumento es mas sencillo y mas barato que los usados en tecnicas opticas.Este tipo de celda tiene la particularidad de ser especificas debido a que se puede determinar actividades de distintas especies cuando se encuentran en disolución y estas especies están en distintos estado de oxido-reducción Puedo determinar Fe2+, Fe3+

Además , con esta técnica puedo determinar la actividad de la especie que es importante para calcular constantes de equilibrio. Además la instrumentación utilizada es mas barata. En ese tipo de técnica se tiene en cuenta reacciones de oxido reducción que ocurren en la interfase electrodo-disolución Para poder aplicar una técnica electroanalítica necesitamos una celda electroquímica. Esta es un recipiente que tiene conectados dos electrodos que están sumergidos en un recipiente que contiene una disolución del electrolito a determinar . Pueden ser de tipo galvanicas o electroquimicas.

Reacción electroquímicaDefinición: es la responsable de las transformaciones químicas que sufren las especies debido al paso de corriente eléctrica a trabes de los electrodos y del movimiento o transporte de especies cargadas o no desde la disolución hacia los electrodos.

Conformacion de una celda electroquimicaPuede haber de dos tipos:Una de ellas es la celda galvanica y la otra es la celda electrolíticaLa celda galvánica es aquella que al conectarse a dos electrodos las reacciones electroquímicas ocurren espontáneamente y se genera una corriente. Este tipo de celda se utiliza en técnicas potenciometricas

En la celdas electrolíticas se requiere de una fuente externa de energía para que funcione y esa energía es consumida y así tiene lugar la reacción. Este tipo de celda se utiliza en técnicas polarograficas.

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Teniendo en cuanta la nomenclatura de la IUPAC siempre el proceso de reducción ocurre en el cátodo y el proceso de reducción en el ánodo y siempre el potencial de una celda según la iupac es : el potencial del cátodo menos el potencial del ánodo. Los e- que circulan se deben a la redox. Los iones se mueven hacia los electrodos, este movimiento puede deberse a tres procesos

La especie que esta dentro de la celda electroquímica se mueve con tipo de movimiento:

Conveccion Migración Difusión

Conveccion :es el movimiento de la disolución originado por agitación debido a un aumento de T, una agitación magnética o mecanica.

Migración: es el movimiento o movilidad de los iones provocados por atracción electroestatica entre los iones y los electrodos (positivos atraen partículas negativas y viceversa)

Difusión: es el movimiento de la especie originado por un gradiente de concentración (de mayor concertación hacia la interfase electrodo-disolución) .

Dependiendo de la tecnica a usar estos movimiento son de mayor o menor importancia.

Electrodos polarizados y despolarizados

Alrededor de los electrodos se forma una doble capa difusa. Esta se forma por un primer reordenamiento. Luego de aplicar un potencial . si aumenta el potencial la doble capa se hace mas gruesa y esto hace que los electrones no puedan alcanzar la interfase , allí no hay proceso faradicos y no se produce redox. Se dice que el electrodo esta polarizado. La capa es la responsable de que existan dos procesos que dan origen a dos tipos de corrientes (Faradicas y no faradicas)En una celda electroquímica siempre se produce una corriente porque hay una transferencia de electrones desde el seno de la solución hacia el electrodo. Pero esa cantidad de corriente esta gobernada y limitada por distintos procesos. Esos proceso se denominas faradicos y no faradicos.

Procesos faradicos: son aquellos donde siempre hay un reacción de oxido reducción en la superficie o interfase electrodo-disolución. La corriente allí generada se llama corriente faradica. Esta corriente es necesaria en potenciometria.

Procesos no faradicos : pueden ocurrir cuando por algún proceso termodinámico o cinético (por ejemplo adscorcion), no ocurra una reacción redox y tenga lugar otros procesos que generan una corriente , pero la corriente es una corriente de carga. Esos procesos que ocurren modifican de

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alguna manera la interfase electrodo-disolución. Se dice entonces que la corriente generada es no faradica.

El grafico a representa un electrodo polarizado. Es decir a medida que aumenta (varia) el potencial, no hay variación en la intensidad de corriente. Esto sucede cuando ocurren procesos no faradicosEl grafico b representa a un determinado potencial constante varia la intensidad de corriente. En este caso el electrodo esta despolarizado. Esto sucede cuando ocurren procesos faradicos.

Proceso de polarizacionSon los procesos que ocurren cuando hablamos de la polarizacion de un electrodo: ocurren distintos procesos antes de llegar a la polarizacion o despolarizacion del electrodo.

Transferencia de masa: primera etapa.Aqui la especie oxidada se mueve desde el seno de la solución hacia el la interfase electrodo disolucion mediante un movimiento de migración.

Segunda etapa : generacion de especies indeseadas.Se debe a la generación de alguna reacción química y dar origen a especies intermedias . estas especies intermedias pueden también oxidarse o reducirse. Si ocurre no hay transferencia de electronesTercera etapa: cambios fisicos en el analitoEn las proximidades de la superficie de cada electrodo puede ocurrir la quinta etapa , es decir, ocurrir un cambio en el estado físico de la especie, la cual puede adsorberse , disociarse o cristalizarse antes de la transferencia de electrones. Cuarta etapa: transferencia de cargaLa cuarta etapa puede ocurrir a distintas velocidades.

La polarizacion depende entonces de las velocidades de reaccion de las diferentes etapas. Por supuesto la etapa mas lenta es la que controla el proceso y eso lleva asociado que la intensidad de corriente se vea limitada por cada una de estas etapas.

Si la primera etapa es la mas lenta, se dice que el electrodo esta polarizado por concentración .

Si la segunda etapa es la mas lenta el electrodo esta polarizado por reacción quimica

Si la tercera etapa es la lenta el electrodo esta polarizado por adsorción o disociación

Si la cuarta etapa es la lenta el electrodo esta despolarizado

Calculo teorico del potencial de una celdaSe calcula utilizando la ecuación de Nersnt . Esta ecuación surge de una serie de consideraciones termodinámicas, trabajando a P y T constante que se basa en los cambios de energía libre para una reacción dentro de una celda electroquímica.

Si consideramos según la IUPAC.

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Podemos a través de ecuación llegar escribirla como la ecuación de nersnt como esta en la transparenciaRecordemos que la actividad de una especie es

El f esta relacionado con la fuerza iónica de la solución (I). I depende de la concentración y carga de la especie.Cuando en química analítica se trabaja con soluciones diluidas el coeficiente de actividad f tiende a 1 , por lo tanto podemos decir que a=C, si la solución es diluida. Considerando el ejemplo anterior tenemos

reaccion en el electrodo

El potencial frente al eletrodo de referencia se calcula siguiendo el esquema de celda.Esquema de una celda

Hacia afuera el electrodo (Zn0)

La barra / indica electrodo, sumergido en una solución de Zn2+ con una dada concentración molar

La doble barra // indica puente salino

Cu2+ con su concentración molar / (el otro electrodo) Cu0 (Zn2+) Hacia fuera los electrodos. Al centro sus soluciones

ΔP=potencial de un solo electrodo

Ep=E2-E1 potencial de unión liquida

El potencial se unión liquida se genera cuando se ponen en contacto dos soluciones de distintas concentración. Desde el punto de vista experimental , este potencial se puede minimizar colocando al puente salino y se hace casi despreciable por lo tanto en el Ej no se considera. Existe otro parámetro que es el potencial norma de electrodo o potencial estándar de electrodo. Ese potencial es una constante física característica de los pares redox. Ese potencial se calcula cando el cociente de actividad de la

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especies reducidas y oxidas es igual a 1. Esto ocurre cuando los reactivos y productos tiene una actividad igual a 1

El potencial del electrodo de H es cero (E=0)

PotenciometriaLa técnica que utiliza estas celdas es la potenciometria

Utiliza celdas galvanicas Utiliza dos electrodos : uno de referencia y otro indicador Utiliza soluciones electrolíticas

Una técnica potenciometrica se basa en relacionar la concentración de una especie con la medida del potencial que se genera entre un electrodo indicador y un electrodo de referencia.

Electrodo indicador: es aquel cuyo potencial responde a la variación de la actividad de las especies en estudio.

Electrodo de referencia: mantiene constante su potencial aun cuando se producen pequeños pasajes de corriente, generalmente se utiliza como anodo.

Potencial de celda: potencial del anodo – potencial del catodo

Dentro de lo electrodos indicadores tenemos dos tipos: los indicadores metálicos y los indicadores de membrana

Electrodos indicadores metalicosSe basan en que el potencial se genera a traves de una redox, que ocurre en la interfase electrodo-disolucion, mientras que en los electrodos selectivos el potencial se genera medianrte un intercambio de iones a traves de la membrana.

Dentro de los indicadores metálicos tenemos Los de 1era especie Los de 2da especie Los redox

Los de 1era especie o cationico Son electrodos que están constituidos por una barra de metal sumergida en una solución que contiene los propios iones. Ejemplo: una barra de Cu0 que se sumerge en una solución de Cu2+

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Los electrodos de segunda especie o anionicos.Están formados por una barra metálica que esta en contacto con una solución saturada de una sala poco soluble del metal y una determinada concertación del anion correspondiente a la sal

Ejemplo: Ag0/ClAg(sat) ;Cl-(Xm)

Cuando la concentración molar del anion (Cl-) es mayor que 1M este electrodo se comporta como electrodo de referencia. Si no, es un electrodo anionico ([Cl-]<1M).

Los electrodos redox Están formados por una barra de metal inerte (platino, paladio, oro) que esta sumergida en una solución que contiene una cupla redoxEj: Pt/Fe2+; Fe3+ o Pd/Cs3+; Cs4+

Electrodo de referencia: su potencial no varia aun cuando hay pequeños pasajes de corriente, permanece constante en función del tiempoDentro de los electrodos de referencia tenemos el electrodo de H que es el que se utiliza para calcular los potenciales normales o estándar y ese electrodo tiene un potencial igual a cero. A todas las T y cuando la actividad de H+ es 1M.

Electrodo de calomelOtro electrodo muy frecuente es el de calomel. Este electrodo es un tubo de vidrio que en su interior tiene una pasta de Hg que esta en contacto con una solución de Hg2Cl2. Esa pasta de cloruro mercurioso esta saturada y con una elevada concentración de KCl.En el extremo inferior del tubo tiene una orificio poroso que esta en contacto con la solucion de CLK (es de tipo anionico , [Cl-]>1M ) y además en la parte interna hay un alambre de platino que es el que hace el contacto.Este electrodo de calomel saturado (ECS) es que el que se usa como referencia y tiene un E=0.268V

Otro electrodo de referencia que se usa es el electrodo de Agº/ClAg(s); Cl-(Xm). Cuando la concentración de Cl es mayor a 1M el electrodo es de referencia.El potencial de este electrodo de referencia es E=0.242V . su E se calcula usando al electrodo de H como E de referencia.

Potecial normal de electrodo.

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Es una constante fisica caracteristica de cada especie. El potencial normal de electrodo se calcula cuando las actividades de las especies reducidas y oxidadas son iguales a 1M. Asi se puede calcular los diferentes potenciales de las distintas especies y poder clasificarlos , teniendo en cuenta su capacidad de reducirse

Titulacion potenciometricaUna de las aplicaciones prácticas es la titulacion potenciometrica: consiste en medir el potencial de una celda galvanica luego del agregado de alicuotas de un agente valorado, trabajando a corriente nula

Una celda de titulacion es un recipiente donde tenemos: electrodo indicador , electrodo de referencia, una bureta, la solución del electrolito. Nosotros vamos a ir mirando el potencial en función de lo mililitros de agente valorado gastados.

De esa curva de titulacion potenciometrica vamos a obtener los militros de agente valorado que gastamos en la titulacion y por medio de una reacción estequiometrica calculas la concertación del analito. Se utiliza una celda galvanica , es decir , la única corriente que debe generarse es la corriente que proviene de la reacción de oxido reducción, en la interfase electrodo-disolución

En los electrodos indicadores metálicos la corriente se produce por una reacción redox

En un titulacion potenciometrica están involucrados dos tipos de reacciones: una reacción electrónica y una reacción química.

Puede entonces haber titulaciones de precipitación, neutralización, de formación de complejos, y una reacción redox. Cualquiera de estas reacciones puede producir al agregar el agente valorante . Dan lugar a cuatro tipos de titulaciones potenciometricas.

Electrodos de membranaEl otro tipo de electrodos indicadores que existen son electrodos selectivos de cationes y moleculas.

Electrodos de membrana: o electrodo selectivo a iones.Estos tiene la particularidad de estar formados por una membrana que es selectiva a distintos iones. La membrana esta en contacto con los iones pero de actividad conocida y constante. Permiten hacer medidas directas, hay especificos para cada ion.La presencia de esa membrana en la disolución hace que se modifique la movilidad de los iones dentro de esa solución y se genere un potencial que va a depender de la concentración. Se genera un potencial por gradiente de concentración que genera un intercambio de iones a traves de la membrana Este potencial es el que se usa para calcular la concertación

Es importante conocer la naturaleza de la membrana.

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Existen electrodos selectivos a cada ion, la capacidad del electrodo de ser o no selectivo depende en gran parte de la membrana. Esta debe presentar una minima solubilidad , es decir la solubilidad de la membrana en la disolución del analito debe tender a cero. La membrana responde selectivamente a distintos iones , es importante conocer la composición de la membrana.

Además, la membrana debe tener una determinada conductividad eléctrica. Generalmente , la conductividad esta dada por iones monovalentes que constituyen la membrana. Además , la membrana debe tener una reactividad selectiva con el analito o sea debe interactuar electivamente con el analito ne estudio. Generalmente, las membranas son de moléculas grandes o agregados moleculares como vidrios, resinas, sílice. Algunas membranas están formados por compuestos inorgánicos como haluros de Ag.Esto hace que sean poco solubles o insolubles. Deben estar siempre hidratadas para facilitar la reacción de intercambio que ocurre a ambos lados de la misma.

Las tres características fundamentales que debe cumplir una membrana son: Minima solubilidad (dada por la composición con grandes moleculas) Conductividad eléctrica (dada por los iones monovalentes) Reactividad selectiva al analito en estudio. La membrana tiene que

poder interactuar de manera selectiva con el analito.

Hay dos tipos de membrana que se utilizan en este tipo de electrodo: las membranas cristalinas, las no cristalinas y dentro de esta ultima tenemos las membranas de vidrio, las formadas por líquidos y las movilizadas por líquidos rígidos.

Membrana no cristalina de vidrioEl mas común es el electrodo selectivo a H+ que es el electrodo selectivo a pH. Hoy en día los electrodos selectivos son electrodos combinados . El indicador y el de referencia están juntos dentro de un tubo de vidrio. Dentro de ese tubo de vidrio hay una solución de HCl concetrado , saturada con ClK, de actividad de H+ constante y un alambre de Ag que actúa como electrodo de referencia. A su vez en el interior tiene otro electrodo de referencia de Ag/ClAg que forma junto con el electrodo indicador la celda que se utiliza para medir pH. La membrana de vidrio esta formada por redes tridimensionales de silicatos y dentro de esas redes existen cationes mono, bi y trivalentes. Los monovalentes son los encargados de la conductividad selectiva de la membrana, los bi y trivalentes permanecen retenidos por los silicatos y mantiene humeda y rigida a la membrana. Esta membrana esta en contacto con la solucion de H de actividad desconocida

Potencial a través de membrana: una de la característica fundamental de la membrana es que debe estar hidratada para poder medir la actividad de analito. Debe estar hidratada en la cara externa cuando esta en contacto con la solución del analito y la parte interna cuando esta en contacto con la disolución del analito de actividad constante. La región intermedia esta seca , allí es donde se encuentran los iones monovalentes, se desplazan a lo largo de esa

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red cristalina y son los responsables de la conducción eléctrica que va a permitir generar un potencial.

Los iones Na+ originan el potencial entre la disolución externa y la membrana externa y un potencial entre la solución interna y la membrana interna. (Pi y Pii). La diferencia a ambos lados de la membrana es lo que se conoce como potencial limite, potencial de membrana o potencial de superficie. La reacción de intercambio que ocurre genera el gradiente de concentración. El movimiento genera carga en la membrana y eso genera el potencial.

V: acido salicilico.

El equilibrio de la reacción , como debe estar hidratada la membrana, tiende a desplazarse hacia la derecha. La superficie de la membrana predomina el Acido Silicico y lo mismo ocurre en la cara interna de la membrana. El equilibrio esta desplazado según la concentración de protones tanto en el medio como en la disolución y eso genera un potencial limite Eb = E2 - E1.Este es un parámetro analítico que se usa para medir pH.

Electrodo selectivo a pHEl potencial limite esta dado por la diferencia de potencial de los potenciales a cada lado de la membrana (cada uno responde a la ecuación de Nersnt). Este es el parámetro analítico que da una idea del pH de la solución.En esa solución externa hay solución de H+ cuya concentración o actividad no conocemos pero del lado interno hay una concentración de protones conocida y constante. El potencial limite queda en función de la actividad de la especie en disolución (es que el no se conoce).pH=-log(a) , Eb=L-0,059pH potencial limite en función del pH para un electrodo selectivo a pH.El potencial limite es el parámetro analítico que me va dar el pH de la solución.Es decir, el potencial de un electrodo indicador de este tipo, será igual al potencial limite, responsable del pH, mas un potencial de referencia interno mas un cierto potencial de asimetría (este potencial de asimetría es muy chico y se debe a las distintas tensiones en la estructura de la membrana)

Eind= Eb + Eref2 + Easi

Eb=Eind - Eref

Potencial de asimetría.

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Es un potencial muy pequeño y se debe a las diferencias de tensiones en la estructura de la membrana, generada fundamentalmente por desgaste. Es despreciable.

Limitaciones del electrodo selectivo a pH.Este mismo electrodo, selectivo a H+, puede según las condiciones ser sensible a otros iones monovalentes y en ese caso cuando el electrodo se usa para medir soluciones básicas puede ser que sea sensible a iones Na+, K+. La mediad o el valor de pH en ese casos era menor que el valor real y en ese caso se dice que el electrodo presenta un error alcalino. Entonces debe definirse un parámetro que se denomina coeficiente de selectividad.Ese coeficiente indica como afecta la presencia de un ion en la disolución sobre la mediad del pH. Es decir sobre el valor del potencial limite . En algunos casos puede darse que el electrodo sufra lo que se conoce con el nombre de error acido. Sucede a solución de pH inferiores a 0,5 o 1. en estos casos el pH medido es mayor que el real.

Coeficiente de selectividad kEsta variable esta involucrada dentro de la ecuación del potencial limite de membrana -log (a1KA,B,b1)-. Este coeficiente de selectividad representa la relacion que existe entr la respuesta de dos iones que estan presentas en la misma disoclucion. Es el grado de interferencia que genera un ion sobre otro. Indica cuanto interfiere la otra especie con respecto al electrodo del analito (B interfiere con con el electrodo selectivo a A, por ejemplo)Toma valores de 0 a 20 o 30 y es un dato que viene tabulado por el fabricante.Si el coeficiente tiende a 0 indica que el ion no interfiere en la medicion

pH operacional: el pH de una solución debe ser una constante universal. Según IUPAC y según el instituto nacional de patrones y tecnología (NIST) establece como pH operacional aquel que se obtiene de la calibración directa del instrumento con disoluciones patrones conocidas preparadas a partir de estándares primarios, seguido de la determinación de pH de la disolución incógnita. Estas soluciones se compran, no se preparan y no se conoce su fuerza iónica.

Aplicación del electrodo selectivo a H+Sirve para medir si una solución es acida o es básica , pero no se puede saber la concentración de H+ que hay en la solución si hacemos una medida directa.Esto se debe a como se calibra el electrodo, al no conocerse la fuerza ionica de los buffers es imposible relacionarla con la fuerza iónica de la muestra, entonces al ser diferentes los coeficiente de actividad no se puede medir [H+]

Electrodo de membrana no cristalina liquida

Con los otros tipos de electrodos de membrana no cristalina tenemos los de membrana liquida. Ese tipo de electrodo esta formado por un tubo de vidrio que en su interior tiene otro tubo de vidrio y en el extremo inferior presenta una membrana de plástico porosa que se encuentra impregnada por un liquido

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hidrofobito, esta saturada de uno o varios intercambiadores iónicos orgánicos que se encuentran entre los dos tubos.Dentro el tubo interno se encuentra un electrodo de referencia interno sumergido en una solución acuosa del metal que uno quiere determinar. Generalmente se usa para cationes bivalentes aunque los hay para monovalentes.El potencial se genera de la misma manera que el de vidrio, a traves de un intercambio ionico en la membrana.

Electrodos no cristalinos de un liquido inmovilizados por un polímero rigido

En este caso los electrodos son semejantes al anterior con la única diferencia en que la membrana ya no es de plástico son que son membranas de cloruro de polivinilo y esto hace que la membrana sea mas flexible y eso hace que el coeficiente de selectividad sea menor. Con estos eléctrodos se pueden hacer medidas directas de diferentes cationes y aniones. Cuando se calibra el instrumental se lo hace con su solución patrón preparada por uno mismo. Quiere decir que uno va a conocer esas soluciones patrones entonces va a permitir conocer la concentración de la muestra.

A)Electrodos de membrana cristalina

Hay de dos clases: 1)Cristal único (membrana formada por un único cristal) 2)Policristalinos o mezcla de cristales.

1)Cristal único: las membranas están formadas por Fluoruros de Lantano (LaF3) y es selectiva a iones F-. el electrodo es un tubo de vidrio que en la parte inferior tiene una membrana que tiene un diámetro de 10 mm aproximadamente y un espesor de 2 o 3 mm . esa membrana , que es de LaF3, mediante un tratamiento con F2Eu (fluoruro de europio) con el objeto de aumentar la capacidad conductora de la membrana. Se crean huecos en la membrana para que los iones F puedan moverse con mayor facilidad y se genere el potencial limite.Dentro de ese tubo de vidrio que forma parte del electrodo se encuentra un disolución que contiene NaCl y NaF donde la actividad de F es constante y conocida, en la cual esta sumergido el electrodo de referencia interno. Dependiendo de la concentración molar de F que hay en la disolución se genera un potencial y ese potencial limite generado es el que se va a relacionar después, a través de la ecuación de Nersnt con la concentración de F-

La característica que tiene este electrodo es que se puede trabajar en un amplio rango de temperatura (entre 0 y 80ºC) sin que haya variación del potencial. La única limitación que tiene el uso del electrodo es que a pH superiores a 8 empiezan a interferir lo –OH del medio y a pH menos a 4 o 5 comienzan a molestar los H+, pues se forma HF en el medio y ya no se tiene iones F- para detectar (el electrodo tiene una menor respuesta). Es bastante selectivo.

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2) Mezcla de cristales: generalmente la membrana es una mezcla de sales de haluros de Ag con sulfuros de Ag en relación 1:1. se hace una mezcla homogénea de tal manera que aumente la conductividad de la membrana. Son electrodo que se suelen usar como electrodos selectivos para iones Ag+. Es decir que como electrodo selectivo de Ag podemos tener de membrana cristalina o no cristalina (según como este formada la membrana)

Lo importante siempre es conocer la composición de la membrana y saber que siempre se puede hacer una medida directa, salvo en el caso del electrodo de vidrio selectivo a protones.

Otros electrodos.Existen electrodos selectivos a moléculas. Hay de dos tipos

Electrodos selectivos a moléculas gaseosas Electrodos selectivos a moléculas orgánicas

También se conocen como sondas sensibles a gases. Son dispositivos formados con un electrodo selectivo de iones que esta retenido por una membrana permeable a gases y entre el electrodo selectivo y la membrana sensible se encuentra una solución interna que es la que va generar el producto para su posterior detección.

El gas disuelto pasa a través de la membrana permeable y se encuentra con la solución interna- Al entrar en contacto se generan diferentes productos , en el caso del CO2 se generan H+ y HCO3- ,uno de los productos que se genera es que reacciona con el electrodo selectivo.Se pueden usar, todo, para determinaciones cuantitativas (con lo selectivos)Se calibran con testigos preparados por uno mismo, luego se lee la muestra y se obtiene la concentración del analito. Son lecturas directas de replicas, el resultados se expresa como es usual.

VoltamperometriaEstas técnicas abarcan un conjunto de técnicas que permiten obtener información de una especie a través de la medición de corriente en función de un potencial aplicado. Se mide intensidad de corriente en función de un potencial aplicado. El grafico generado generalmente es sigmoidalDentro de estas técnicas tenemos

Se estudiaran la polarografia clasica, la voltamperometria hidrodinámica para titulaciones amperometrica y voltamperometria hidrodinámica para sensores químicos.

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La voltamperometria de barrido lineal tiene la caracteristica de que el potencial que se va aplicando tiene que variar linealmente con el tiempo.

Generalidades de la voltamperometria de barrido lineal En cualquiera de las dos técnicas se miden corriente I vs potencial Se usa una celda voltamperometrica

La celda voltamperometrica esta compuesta por : tres electrodos sumergidos en una solución que contiene al analito y un exceso de un electrolito soporte (disolución no reactiva de alta molaridad). Los electrodos estan conectados a un generador de potencial de barrido lineal.Estos electrodos son

Electrodo de referencia: mantiene constante su potencial durante la medición

Electrodo auxiliar: es un alambre de Pt cuya función es conducir la electricidad desde la fuente generadora de potencial hacia el tercer electrodo (indicador)

Electrodo indicador: es un microelectrodo , también llamado electrodo de trabajo.

MicroelectrodosElectrodo de discoEs una varilla de teflón que en la parte inferior tiene una plaquita o disco con características conductoras, Este disco a su vez esta conectado a un hilo de Pt que sirve como conexión.El disco puede estar recubierto de diferente materiales (Pt, Hg, Au, C grafito) y según sea ese material va a presentar diferentes potenciales dependiendo también del electrolito soporte donde esta sumergido (fotocopia 1). Generalmente este electrodo se utiliza en la voltamperometria hidrodinámica empleando sensores químicos. Se suele usar también en polarografias por pulsos

Electrodos de gota de HgHay otro microelectrodos mas usados que son los microelectrodos de gotas de Hg. Son tubos de vidrio que tiene un deposito, reservorio, donde se coloca el Hg y en esa gotita de Hg es donde se produce la electrolisis. Las gotas deben ser chiquitas y homogéneas para mantener la reproducibilidad del resultado. Este tipo de electrodos de gota se usa mucho en polarografia clásica y en titulaciones amperometricas. Se trabaja con microeletrodos porque uno debe trabajar también en condiciones de polarización por concentración.

Polarografia Clasica.

En esta técnica se usa una celda de polarografia (los tres electrodos, el analito y la solución de electrolito soporte). Dentro de esa celda polarografica pueden ocurrir tres tipos de movimiento (conveccion, difusión y migración) que dan lugar a respetivas corrientes. En esta técnica la única que debe existir es la de difusión en la interfase electrodo disolución.

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Las corriente de conveccion se elimina trabajando en reposo y a temperatura constante y la de migración se elimina usando un electrolito soporte , que “enmascara” a la posible corriente de migración que genere el analitoEn estas condiciones la única corriente involucrada en la determinación de la de difusión. El polarograma reflejara la relación entre el potencial y la corriente de difusión que ocurre dentro de la celda polarografica. Otra condiciones es que cuando se hace una cuantificación se debe asegurar que no haya O2

disuelto. Si hay O2 disuelto este se reducirá muy fácilmente cuando se apliquen los potenciales, generando una onda polarografica que puede enmascarar a la onda polarografica de la especie en estudio. Este problema se resuelve burbujeando con N2

Polarograma tipoEs un grafico de intensidad de corriente versus potencialLa curva B corresponde al electrolito soporte, que tiene un potencial de reducción mucho mas negativo que la especie a determinar. Esta característica del electrolito soporte es una condiciones operacional

Los potenciales aplicados son negativos, ya que la corriente que generan es de baja intensidad y fácilmente medible. Si se usaran potenciales positivos podría ocurrir que generen corrientes muy altas y eso haría que no se pueda o que interfiera, al momento de hacer una determinación cuantitativa. La corriente alta que se genera cuando se aplican potenciales positivos es debido a la oxidación del agua.

Generacion del polagramaA medida que se aplican potenciales (y se va midiendo la corriente) se produce un reordenamiento de cargas en la superficie de la gota de Hg, se va formando la doble capa (este proceso corresponde a la parte plana de la curva). En esta fase el electrodo esta polarizado por carga.A determinado potencial la especie se reduce y el electrodo queda polarizado por concentración. La corriente de difusión es la corriente entre la corriente limite (microelectrodo polarizado por carga) menos la corriente residual (generada cuando el electrodo esta polarizado por carga, la corriente residual es generada por el electrolito soporte).En determinación cuantitativa I:kC, es decir, en este método se pueden usar testigos, construir una curva de calibrado y expresar el resultado como

El grafico queda, según cada testigo y su correspondiente señal, como intensidad de corriente vs concertación del testigo. La relación entre ambos es lineal. Muestra y testigo se tratan de la misma manera.

De un polarograma se puede obtener mucha información, por ejemplo la corriente de difusión y el potencial de media onda.

Potencial de media onda.Esta definido como el potencial donde la intensidad de corriente es la mitad de la corriente limite, es un parámetro cualitativo que es característico del analito en un determinado medio. Depende entonces: del analito, del pH, del electrolito inerte, de la temperatura, pero NO depende de la concentración.

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Permite tener una idea cualitativa para poder identificar o diferenciar distintos analitos. Como se ve en la fotocopia, cambiando el pH o el electrolito soporte pueden diferenciarse analitos en una mezcla.

Para aplicar la polarografia es fundamental que la especie sea electroactiva, y se puede hacer siempre y cuando las condiciones operacionales estén bien fijadas. Estas son: temperatura, reposo, electrolito soporte y ausencia de O2

Voltamperometria hidrodinámica.Hay dos tipos de voltampermetria hidrodinamica: la titulacion amperometrica y los sensores químicos.Una característica de estas técnicas es que se trabaja en agitación, es decir, que la corriente de conveccion junto a la difusión serán parte de la medición. La única corriente eliminada es la de migración, mediante el uso del electrolito soporte.

Titulación amperométricaSe basa en medir la intensidad de corriente de una solución a medida que se van agregando alícuotas de un agente valorado trabajando a potencial constante. Se miden corrientes de conveccion y de difusión.

Se usa una celda amperometrica. Esta consta de: tres electrodos (referencia, auxiliar y el de trabajo, que en este caso se usa goteo de Hg), una bureta desde donde se agrega el agente valorado y un vaso de precipitado que contiene la disolución del analito y el electrolito soporte.Tiene además un generador de potencial conectado.

El potencial constante que se aplica se determina haciéndole un polarograma a toda las especies involucradas (analito, agente valorado y producto de reacción). Cada especie tendrá su curva característica , siempre y cuando sea electroactivo.Una vez seleccionado el potencial se agregan las alícuotas del agente valorado.Los gráficos obtenidos son curvas que presentan en un punto un quiebre, ese punto de quiebre es el punto de equivalencia. La forma de la curva depende de cual sea la especie electroactiva.

Ventajas con respecto a la polarografia.Permite hacer una determinación cuantitativa siempre y cuando una de las especies sea electroactiva, mientras que en polarografia todas las especies deben serlo. Esto permite, por ejemplo, titular un analito no electroactivo si el agente valorado o el producto lo son.

Condiciones operacionales. Se debe trabajar en agitación. No debe haber O2 disuelto

Como electrodo se usa comúnmente el goteo de Hg, aunque a veces aplica también el de disco de Hg.

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Sensores quimicosEsta variedad de voltamperometria hidrodinamica permite hacer determinaciones directas cuantitativas usando sensores químicos. Hay sensores químicos:

Para moléculas gaseosas (CO2 disuelto por ejemplo) Para moléculas orgánicas, también llamados biosensores (por ejemplo

para glucosa)

Definición de sensor químico.Es un dispositivo que esta formado por un sistema de reconocimiento y un transductor.El sistema de reconocimiento también se conoce con el nombre de receptor. Este receptor puede estar formado por membranas sensibles a gases o también puede estar formado por microorganismo, enzimas inmovilizadas.Cuando los sistemas de reconocimiento tienen caracteristicas biologicas se les llama biosensores, sino se les llama simplemente sensores quimicos.

Los transductores pueden ser potenciometricos (como los electrodos sensibles a moléculas), voltampermotricos u ópticos.El transductor voltamperometrico tiene una membrana sensible a gases, una disolución de ClK y un cátodo con disco de Pt. Cuando el O2 difunde a través de la membrana y al aplicar un determinado potencial este se reduce en el cátodo generando una señal de corriente proporcional a la concentración de O2

disuelto (son similares a los potenciometricos, solo varia el transductor, en vez de tener un electrodo selectivo poseen uno voltamperomtrico porque se aplica un potencial)También hay sensores químicos que detectan moléculas orgánicas donde el receptor es una enzima inmovilizada. En lugar de una membrana permeable tiene una que contiene a la enzima. La membrana esta rodeada de un anillo de plata que actúa como ánodo. Luego hay una membrana de diálisis y otra de acetato (actúan como filtros) y un microeletrodo de Pt. Lo único que varia es la membrana.

La reacción entre la glucosa y la enzima da acido gluconico y H2O2

El H2O2 a determinado potencial que se aplica, se oxida y genera una señal de corriente proporcional a la concertación de glucosa.Cuando se tiene un sistema óptico en ve de microeletrodos hay una fibra óptica concentrada a una espectrofluorimetro o fotometro y en la membrana hay un reactivo o colorante que reacción con el producto generando la señal óptica. La señal viaja por la fibra óptica hasta un PMT.En resumen:Los sistemas de reconocimiento pueden ser: membranas sensibles a gases o membrana sensible a compuestos orgánicosLos transductores pueden ser: potenciometricos, voltamperometricos u opticos.

Método de redisoluciónEste método consta de tres pasos: Electrodepocision, redisolución y determinación mediante barrido lineal de potencial.

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Es una aplica de voltamperometrica que generalmente se usa para determinar analitos en trazas. Cuando la concentración es muy baja, aplicando la voltamperometria común no se lograría determinar.El último paso corresponde en realidad a la voltamperometria común, así que se puede decir que la clave de estos métodos consiste en dos pasos fundamental: la eletrodeposicion y la redisolución.Eletrodeposicion.Se aplica un determinado potencial que logra que se reduzca a los analitos en disolución (el potencial debe conocerse). Se aplica el potencial y se agita la solución durante determinado tiempo. Con esto se logra que el analito se preconcentre en las cercanías del electrodo. RedisoluciónUna vez preconcentrado el analito se detiene la agitación y se comienza a aplicar potenciales cada vez mas negativos. Al ir aplicando esos potenciales las especies vuelven a disolverse, pero cuando lo hacen, cada una empieza a oxidarse y al oxidarse genera una corriente que se registra y permite determinar cuantitativamente la concertación. Se obtiene un grafico de picos (intensidad de corriente en función del potencial). Los picos tiene un punto máximo, con ese valor y trabajando con testigo, se puede hacer una curva de calibrado.El microelectrodo que se utiliza tiene un plaquita cubierta con una solución de Hg y es de carbono vitrificado. Se trabaja en un determinado tiempo de aplicación, el potencial debe conocerse para asegurar que logre reducir a la especie.Los gráficos obtenidos son muy claros, lo que permite hacer determinaciones fácilmente.

Ejemplo:Si se tiene una mezcla de Pb y Cd, se busca primero el potencial de reducción de ambos, se preparan testigos con Cd y Pb, juntos, y registrando los picos máximos se hace la curva de calibradoGrafico.

ConductimetriaLas técnicas conductimetricas permiten medir la conductividad de una solución electrolítica y esa conductividad esta dada por todos los iones presentes en la disolución. Ese valor de conductividad va a depender de todos los iones presentes en la disolución. Esto quiere decir que dependerá de la movilidad de los iones cuando se aplica una diferencia de potencial

En esta técnica no interesa lo que ocurra en la interfase electrodo disolución sino lo que suceda en el sena de la solución cuando se aplica un potencial.Se hace uso de la ley de ohms, que sirve para cualquier conductor eléctrico, en este caso electrolitos disueltos.La ley dice que la corriente generada o que fluye a traves de un conductor es directamente proporcional al potencial aplicado e inversamente proporcional a la resistencia que ejercen los electrolitos en disolución. [A]=[V]/[Ω]. Se puede usar siempre que los potenciales sean bajos, del orden de 0 a 100 volts.Si aplicamos potenciales bajos podemos aplicar la ley de ohms para calcular la conductividad de la especies en disolución.

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Cuando se conoce el potencial aplicado y se aplica, los electrolitos se mueven generando una corriente, la única variable que no se conoce es la resistencia. A partir de la ley de omhs se puede despejar ese valor de resistencia R=E/iE: potencial aplicado, i: corriente que ejercen los electrolitos.El valor de la resistencia R depende de la distancia con que estén ubicados los dos electrodos y va a depender también del área de los electrodos. (se estandariza 1 cm de distancia y 1 cm2 de superficie de electrodo).Quiere decir que ese valor de resistencia va a estar relacionado con el valor ρ (ro) , resistencia especifica.

Quiere decir que cuando se quiere medir la conductividad lo que se esta midiendo (G= conductividad eléctrica) es la inversa de la resistencia que se esta generando en el seno de la solución. Reemplazando ro por L/a, queda G=1/roxA/l, donde 1/ro es k , la conductividad especifica.

La conductividad de una solución depende de varios factores: Geometría del electrodo (área y distancia entre ellos) Tipos de iones presentes Concentración (la conductividad aumenta con la concentración, pero no

indefinidamente, a muy altas concentraciones diminuye porque la electricidad se pierde en roces electroestáticos, fuerzas de van der walls, etc)

Temperatura: idem concentración Solvente utilizado Potencia que se aplique.

Conductividad: da una idea de cómo se mueven los iones al aplicar un determinado potencialConductividad especifica: conductividad de un determinado volumen, un centímetro cúbico. (es la conductividad que tiene lugar en el centímetro cúbico de solución que se encuentra entre los electrodos, área 1 cm2, distancia 1 cm)Conductividad equivalente: se representa con la letra lambda mayúscula, Δ, indica o expresa la conductividad eléctrica de todos los iones presentes en la disolución por un gramo equivalente de soluto Δ=k[1000/C] (concentración por litro). Cuanto se mueven los electrolitos en un litro de solución.La conductividad equivalente disminuye con la concentración, en agua y a 25 grados, en otros solventes el comportamiento puede ser diferente.Este valor también se representa como la suma de la conductividades de las especies en disolución Δ=Σ λ+ λ-.En química analítica se trabaja a dilución infinita y esa conductividad equivalente esta dada por la sumatoria de cada una de las especies en disolución, pero no interfieren entre si.

La alta contribución de los H y los OH es muy grande ya que tiene un gran tamaño, una capacidad conductora y una movilidad elevada.

Mediciones directasSe pueden hacer determinaciones directas de conductividad, se puede usar en varias cosas, por ejemplo:

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Para conocer la naturaleza de diferentes electrolitos que forman parte de una sal inorgánica (entre isómeros de la sal), ya que tendrán diferentes conductividades.Ayuda a conocer la salinidad o el tipo de sales que componente diferentes aguas (puede conocerse el tipo de electrolito, cualitativamente al menos).Conocer la composición de sal de diferentes matrices (leche, gaseosas, etc

Para hacer estas determinaciones se utilizan celdas como las esquematizadas en la fotocopia, (a,b y d). Constan de dos recipientes que tiene conectados a ambos lados los electrodos separados una distancia constante y tienen un área determinada, generalmente son de platino recubierto de negro de platino.Se introduce la muestra y el nivel es el mismo (el nivel del volumen, esquema a), en ese tipo de celda se hace una medida directa (requiere mucha muestra)Sino se tiene mucha muestra se usa una celda del tipo b que es como copa invertida que contiene los electrodos. Esta copa se introduce en la muestra (se usa en mediciones in situ)La celda d es una celda de flujo, la muestra circula constantemente, los electrodos tienen forma anular y suelen usarse en cromatografíaLo importante en estas determinaciones es controlar las variables operacionales, temperatura, Tipos de iones presentes, Concentración, Solvente utilizado, Potencia que se aplique.

Titulación conductimetricaPara esta titulación se utiliza una celda como la indicada en el esquema c. los electrodos están a igual distancia, hay un termómetro para asegurarse una temperatura constante y una bureta con el agente valorado

Se basa en medir la variación de la conductividad eléctrica de una disolución a medida que se agregan alícuotas del agente valorado, la conductividad varia antes y después del punto de equivalencia y la forma de las curva va a variar en función de los electrolitos en disolución y del tipo de titulación (hay titulaciones acido base y por precipitación)

Dentro de las acido base están: las de acido y base fuertes, las de acido débil con base fuerte, las de acido y bases débiles y generalmente se utilizan, como en potenciometría, cuando la solución presenta turbidez o coloración y no se puede aplicar un método colorimétrico.También se usan mucho para determinar las constante de equilibrio de ácidos o bases débilesEs importante tener en cuanta que la concentración del agente valorante debe ser similar o levemente superior a la del analito.

CromatografíaEs una técnica de separación que se basa en separar diferentes analitos que forman parte de una muestra para pode cuantificarlos posteriormente.Clasificación y tipo de cromatografíasTeniendo en cuenta como esta formada la fase estacionaria y la fase movil (los analitos estan en la fase estacionaria) se la puede clasificar en

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A)Cromatografía planaEn papel y en capa fina. Donde la fase estacionaria se coloca sobre una placa o papel.Este tipo de cromatografía generalmente se usa para análisis cualitativo.La fase estacionaria son sólidos, en el caso del papel es un papel de filtro en el que se siembra la muestra y luego se le hace pasar el solvente que revela la macha y esta mancha se mide. La capa fina es de vidrio y silica y funcionan de la misma manera.

B)Cromatografía en columnaSe divide en Cromatografía gaseosa : dos tipos CG solida (CGS) y CG liquida (CGL), esta ultima es mas usada. En esta cromatografia la fase movil es un gas y la fase movil puede ser un solido o un liquido impregando en un solido.

Cromatografia liquidaLa fase movil es un liquido y la fase estacionaria es un solido o un liquido que tiene diferentes propiedades:

En algunos casos donde la F.E tiene características polares, la separacion ocurre por un fenomeno de adsorcion

En otros casos lo solidos son intercambiadores iónicos, dan lugar a la cromatografia liquida de intercambiadores iónicos

En otros casos los sólidos son tales que permiten la separecion en funcion del tamaño de la moléculas, este tipo se denomina cromatografia liquida de exclusión.

Otros sólidos san lugar a la cromatografia liquida de adsorción, todo depende de las características de la FE.

Siempre existe una cierta relación entre ambas fases. El soluto que va a separarse tiene que tener una determinada constante de distribución entre ambas fases K=Cs/Cm. La adsorción es un fenómeno de afinidad entre el soluto y la fase estacionaria.

Lo que se registra es un cromatograma, un grafico que indica como se separan los componentes de una mezcla en función del tiempo.

Es importante asegurarse una buena resolución de los picos que se van obteniendo en el cromatograma. Los picos tiene que partir y volver a la línea de base, con forma de campana de gauss totalmente definida.

El parámetro importante es el tiempo de retención. Con el tiempo de retención se puede identificar al analito. Para conocer el tiempo de retención de un analito se le hace un cromatograma a un testigo del analito.El tiempo de retención es independiente de la cantidad de muestra ingresada y siempre en un cromatograma cuando comienza la corrida, generalmente, aparece un piquito chiquito a un determinado tiempo. Ese tiempo se denomina “tiempo muerto” y corresponde a algún analito que no fue retenido. Generalmente se toma como referencia.

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Para que exista una buena resolución de los picos, uno tiene que tener en cuenta algunos parámetros:Eficacia de la columna: esta variable esta relacionada con la constante de distribución de cada una de las especies que constituyen la muestra. Brinda una idea acerca de como cada especie se distribuye en la fase móvil y en la fase estacionaria. Este parámetro de eficacia de la columna se indica con la

letra

, donde L es la longitud de la columna y Tr el tiempo de retenciónA partir del cromatograma, donde uno conoce Tr y L, puede determinar la eficacia de la columna.Factor de selectividad o separación: este es otro parámetro importante para lograr una buena separación. Este factor relaciona las constante de distribución de los distintos analitos. Se le llama α. Además da una idea de las posiciones relativas de cada uno de los analitos. También se puede calcular a través del

cromatograma ya que , Tm, y los tiempos de retención se obtienen desde el cromatograma.

Poder de resolución: este parámetro tambien es importante para una buena separación, se puede calcular a partir del cromatograma, su formula es:

, donde N es el numero de platos teóricos, y α es el factor de selectividad.El valor de R según sea, indica el poder de resolución. Por ejemplo R:0.75 muestra picos superpuestos, lo cual no permite saber que cantidad de analito. representa el picoEn cambio un valor mas elevado de R, por ejemplo R:1,5 brinda una buena resolución.Un valor R de 1 tampoco da una buena resolución, los picos muestran una mezcla.A mayor R mejor es la resolución, para mejorar este valor se puede trabajar con columnas mas largas, ya que dan mas tiempo de contacto entre el soluto y la FE. En algunos casos esto mejor la resolución.

En función del tipo de columna (que se compran con determinada fase estacionaria) uno debe saber elegir el tipo y la longitud para poder hacer una buena determinación cuantitativa.

Cromatografia gaseosaHay de dos tipos: Cromatografia gaseosa liquida, CGL, donde la fase móvil es un gas y la fase estacionaria es un liquido.Cromatografia gaseosa solida, CGS, donde la fase móvil es un gas y la fase estacionaria es un sólido.

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Esta técnica se usa mucho para la separación de componentes volátiles. Los analitos deben ser estables a la temperatura necesaria para su volatilización. La CGS se basa en la separación de los analitos teniendo en cuenta la diferencia de temperatura de volatilización de cada analito y en la capacidad que tengan para ser adsorbidos por la fase estacionariaLa CGL se basa en la diferencia de volatilización de cada analito y en la solubilidad de cada uno en los componentes de la mezcla.

Características que debe tener la muestra para poder se cuantificada por CG.Los compuestos deben estar en estado gaseosoNo deben descomponerse a la temperatura de separaciónNo deben descomponerse ni adsorberse en la fase estacionaria (no tienen que quedar retenidos)Tiene que ser fácilmente detectables

Cromatrografo gaseosoTiene un tuvo de gas que contiene a la fase móvil (carrier), tiene válvulas reguladoras que regulan la salida del gas (flujo constante y conocido)El gas: debe ser químicamente inerte, su flujo debe ser constante y conocido.Para elegirlo se tiene en cuenta:que debe tener una buena afinidad con el analito, Cual es la fase estacionariaQue tipo de detector que se utilizaraTeniendo esto en cuenta se elige el gas, generalmente se usan N2, H2, CO2, He, Ar.

La fase móvil se divide en dos caminos, uno entra a la columna cromatografica y la otra va directo al detector.El cromatógrafo tiene además un horno cuya función es termoestatizar la a la columna, porque es fundamental que la columna donde se produce la separación tenga la temperatura adecuada, pues de ella depende la separación.En uno de los extremos de la columna se encuentra el sistema de inyección de la muestra, que consiste en una cámara de vaporización instantánea que al momento de inyectar la muestra (con jeringas o con una válvula de inyección la muestra se volatiliza enseguida. Una vez volatilizada, ingresa arrastrada por la fase móvil a través de la columna. En es columna se produce la separación y desde allí van llegando los distintos analitos, se detectan y luego se desechan.

Es fundamental controlar la temperatura de la columna, porque allí se produce la separación , pero también es muy importante asegurarse que la temperatura de la cámara de volatilización sea la apropiadaLas columnas son capilares, largos y de diámetro pequeño

Sistemas de inyecciónJeringas: la inyección debe hacerse rápido para una buena reproducibilidad y resolución. No se usa mas este método.

Válvulas de inyección: un sistema de carga y descarga, loop, y recipiente pequeño de volumen fijo.

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DetectoresDetector de ionizacion en llama (FID).Es el mas común y versátilSe basa en la capacidad de conductividad eléctrica que tienen la fase móvil. Esta formada por una quemador o mechero y en la parte superior de ese quemador tiene un electrodo colector de electrones. Al llegar el gas inerte y el analito se ionizan y generan electrones que son colectado dando lugar a una corriente Es una corriente muy débil (10-10 – 10-12 A) por lo tanto necesita un amplificador de corriente. Esa corriente es proporcional a la concentración del analitoDetector de conductividad termia (TCD)Este tipo de detector se basa en que un filamento de tungsteno (W) libera calor cuando circula a través de el un gas.El detector tiene una cámara en cuyo interior hay un alambre en forma de espiral por donde circula corriente. Cuando a través de ese espiral circula el gas , se ioniza, genera una corriente eléctrica y esta se detecta.

Detector de captura electrónicaEste tipo de detector generalmente se usa en instrumentos que se usan para determinaciones medioambientales (de compuestos como halógenos, algunos grupos Ar)El ECD se basa en medir la disminución de la corriente generada entre dos electrodos. Entre esos dos electrodos hay una placa de un metal radiactivo, cuando el gas con el analito atraviesan esa placa el material radioactivo ioniza al gas generando un flujo de electrones , ese flujo de electrones genera una corriente que es la que se detecta.

Componentes de un cromatógrafo HPLC.

Tubos o recipientes donde se encuentra la fase móvil: son de materiales inerte, generalmente vidrio. Los solventes mas utilizados suele ser metanol, acetonitrilo, cloroformo o mezclas de ellos. Deben ser de muy buena calidad y no deben interaccionar con la muestra.

Válvulas: permitir y regular la entrada de estos reactivos. La fase móvil debe fluir en forma continua.

Bombas: generalmente un par, de presión, cuya función es impulsar la fase ovil en forma controlada hacia una cámara de mezclado (nº4). Allí se mezcla y se homogeneiza la fase móvil donde llega a una válvulas o sistema de inyección. Allí convergen la fase móvil y la muestra. Se inyectan pequeños volúmenes de muestra, que deben ser controlados, debido a que se busca una buena reproducibilidad. Esa válvula de inyección es semejante a las válvulas rotatorias vistas en cromatografía gaseosa. Algunos equipos requieren una precolumna para reconcentrar la muestra. Esas columnas (ver fotocopia) de HPLC son bastante distintas a las de cromatografía liquida convencional. Una vez que se va produciendo la separación va llegando a un detector. Estos detectores tienen la característica de tener una microcubeta, de volumen muy pequeño, que va generando una señal eléctrica a medida que va pasando la

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muestra. Puede ser cualquier detector, de cualquier tipo (común, arreglo de diodos, conductimetrico, etc). La señal de la microcubeta es registrada por el PLC o la computadora y se genera un cromatograma , que es igual al de cromatografía gaseosa (señal versus tiempo).

Colector de fracciones: se utiliza cuando se empela la cromatografía de forma cualitativa, para separar pero no cuantificar. En este tipo de cromatografía la temperatura es un parámetro no muy importante. Se trabaja, generalmente, a temperatura ambiente.

Aplicaciones.Son muy amplias, mucho mas que las gaseosas. Se usa mucho en análisis farmacéutico, para control de calidad de principios activos, en el campo de bioquímica y medio ambiente , alimentos, etc. Es una técnica cara por las columnas y el mantenimiento.

Cromatografía liquida

La cromatografía liquida se basa en la separación de diferentes analitos presentes en una muestra, teniendo en cuenta la absorción selectiva de cada uno en la fase estacionaria. En este caso como fase móvil tenemos una fase liquida y como fase estacionaria generalmente un solido que puede ser: aluminas, sílices o diferentes resinas de intercambio iónico, que dependiendo de la relación carga tamaño de la especie, los componentes serán mas o menos retenidos en la fase estacionaria y esto es lo que va a permitir la separación de cada analito. Ocurre entre la fase estacionaria y los componentes de la mezcla diferentes mecanismo que van a permitir la separación. Estos mecanismo pueden ser absorción, intercambio iónico o un mecanismo de reparto ente una fase y otra.

Cuando la fase estacionaria es orgánica tiene lugar un proceso de distribución entre la fase estacionaria y la mezcla que lleva los analitos a separarSi se usa una resina , esta puede estar cargada y cuando se produce la separación se produce un mecanismo o reacción de intercambio iónico.Cuando la fase estacionaria es un líquido que reencuentra soportado sobre un polímero se produce un mecanismo de distribución o extrusión, dependiendo de los tamaños de las partículas de esa fase estacionaria.Es fundamental el tamaño de las partículas de la fase estacionaria

Cuando surgió la cromatografía liquida de alta resolución (HPLC o CLARA). Al fase móvil es un liquido y la estacionaria es un solido. Se trabaja a elevada presión (característica fundamental). La fase móvil se hace fluir trabajando a elevadas presiones. En la convencional la fase móvil fluye por gravedad o haciendo vacío. Luego apareció la cromatografía liquida de alta presión. Al aumenta así la velocidad de la fase móvil mejoraron las columnas que se utilizan. Son columnas de diámetros muy chiquitos (8-10 μm) y una longitud de 20-25 cms. Esto hace que el relleno sean partículas de diámetro muy pequeño y esto mejora la eficacia de la columna para que tenga una buena resolución.

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Componentes de un cromatógrafo HPLC.

Tubos o recipientes donde se encuentra la fase móvil: son de materiales inerte, generalmente vidrio. Los solventes mas utilizados suele ser metanol, acetonitrilo, cloroformo o mezclas de ellos. Deben ser de muy buena calidad y no deben interaccionar con la muestra.

Válvulas: permitir y regular la entrada de estos reactivos. La fase móvil debe fluir en forma continua.

Bombas: generalmente un par, de presión, cuya función es impulsar la fase ovil en forma controlada hacia una cámara de mezclado (nº4). Allí se mezcla y se homogeneiza la fase móvil donde llega a una válvulas o sistema de inyección. Allí convergen la fase móvil y la muestra. Se inyectan pequeños volúmenes de muestra, que deben ser controlados, debido a que se busca una buena reproducibilidad. Esa válvula de inyección es semejante a las válvulas rotatorias vistas en cromatografía gaseosa. Algunos equipos requieren una precolumna para reconcentrar la muestra. Esas columnas (ver fotocopia) de HPLC son bastante distintas a las de cromatografía liquida convencional. Una vez que se va produciendo la separación va llegando a un detector. Estos detectores tienen la característica de tener una microcubeta, de volumen muy pequeño, que va generando una señal eléctrica a medida que va pasando la muestra. Puede ser cualquier detector , de cualquier tipo (común, arreglo de diodos, conductimetrico, etc). La señal de la microcubeta es registrada por el PLC o la computadora y se genera un cromatograma , que es igual al de cromatografía gaseosa (señal versus tiempo).

Colector de fracciones: se utiliza cuando se empela la cromatografía de forma cualitativa, para separar pero no cuantificar. En este tipo de cromatografía la temperatura es un parámetro no muy importante. Se trabaja, generalmente, a temperatura ambiente.

Aplicaciones.Son muy amplias, mucho mas que las gaseosas. Se usa mucho en análisis farmacéutico, para control de calidad de principios activos, en el campo de bioquímica y medio ambiente , alimentos, etc. Es una técnica cara por las columnas y el mantenimiento.

Electroforesis

Esta técnica se basa en separar especies cargadas en función de las distintas velocidades de migración cuando están bajo la influencia de un campo eléctrico. Para que se pueda llevar a cabo la electroforesis es necesario contar con un medio de separación o medio electroforetico que tiene la función de actuar como conductor de la corriente y controlar la carga eléctrica de los analitos a determinar . generalmente se utiliza como medio electroforetico soluciones reguladoras o soluciones tampones. Las especies a determinar van a una determinada velocidad de migración cuando son sometidas a un campo eléctrico.

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Quiere decir que esta velocidad de migración va a depender de la viscosidad del medio electroforetico. Ambos dependerán de la magnitud de campo eléctrico que uno aplique. También dependerá de la carga neta de cada molécula. A mayor carga mas rápido se moverán hacia los electrodos y va a depender también del tamaño de esas moléculas (mas pesadas, mas lentas). Siempre se debe conocer el compuesto con el que se trabaja . originalmente , en 1930, aparecieron las primera características de electroforesis y se dividen en electroforesis libre y de zona. La libre se basa en utilizar tubos en forma de U y que tenían electrodos conectados en los extremos. Esos tubos se los rellenaba con una solución reguladora y se les inyectaba una solución de la muestra, se aplicaba un campo eléctrico y comenzaban a separarse los componentes de tal manera que el que tenia mayor velocidad era el primero que uno recogía y separaba. Este tipo de electroforesis era muy limitada (pocas muestras, proteínas). Luego apareció la electroforesis de zona, en este caso la movilidad de las partículas se realiza a través de un compuesto solido impregnado de una solución tampón que contiene a la muestra. Como soporte solido se utilizaba acetato de celulosa, laminas de papel de filtro , algodón , lana de vidrio y allí , sobre ese soporte, se aplicaba un campo eléctrico lográndose la separación de los analitos. Ese campo eléctrico tiene que ser controlado. Si es muy elevado genera un movimiento de convección en la superficie. Al aumentar la temperatura en esa zona no se logra separar la especie correctamente y hace que la señal sean bandas muy anchas. Por eso estos tipos de electroforesis fueron dejando de usarse por ser lentas y tener muchas desventajas . Así es que surge la electroforesis capilar.

Esta técnica utiliza para la separación tubos capilares que tiene la función de actuar como celdas electroforeticas . con el empleo de estos tubos capilares disminuye notablemente el efecto del movimiento por conveccion y permite entonces una buena separación de los componentes, en formas mas eficiente y rápida. La diferencia con la convencional es que la migración o separación de especies se realiza cando están sometidas a una campo eléctrico de elevado voltaje.En los extremos del capilar se encuentran los electrodos , que son los encargados de generar ese movimiento de migración dentro del capilar. Esa velocidad de migración depende de la viscosidad de esa solución que depende de la relación carga/tamaño, del tampón, etc.A ese tubo , de pequeño diámetro, se le hace una ventana que se coloca cerca del detector

La velocidad de migración , que depende de estos parámetros, también esta relacionada con dos fenómenos que ocurren allí dentro la electromigracion y la electroósmosis.

Electromigracion: ocurre debido a ese campo eléctrico aplicado que hace que las partículas que están cargadas se muevan a una velocidad que es proporcional al campo eléctrico aplicado. Se la llama velocidad electroforetica. El campo depende de la longitud de capilar (Lc) y del potencial que uno aplica (V)[Lc/V] . estas partículas se van separar , van a tener una determinada

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movilidad electroforetica, y esta movilidad electroforetica esta relacionada con la relación carga/tamaño de las partículas . se obtienen , haciendo una electroforesis, un electroferograma. De este se puede conocer las velocidades electroforeticas y las movilidades electroforeticas de cada especie que luego permite la cuantificación de la especie. También se pueden obtener el tiempo de migración de cada especie para después relacionarlo con velocidad y movilidad electroforetica.Se define como tiempo de migración al tiempo que tarda el solido en migrar desde que se inyecta hasta que llega al detector. Va a estar relacionado con la Lc , longitud del capilar hacia el detector Vd., con el voltaje aplicado y la velocidad y movilidad electroforetica

Electroósmosis: este fenómeno se debe a que la acción de un campo electroforetico , además de moverse, las especies cargadas también se mueve la solución tampón (solución reguladora.)Para que ocurra una buena separación tiene que ocurrir los dos procesos.Electroósmosis dentro del capilar: generalmente los capilares son de teflón y vidrio y los mas comunes de sílice fundida. Esos capilares de sílice fundida tiene silanoles (SiOH). Estos silanoles , dependiendo del pH de esa solución tampón se ionizan dando compuestos cargados negativamente y positivamente. A medida que circula la solución tampón esas cargas negativas atraen a las cargas positivas de la solución tampón y se forma primariamente una capa fija o una capa de adsorcion, sobre esa capa fija se vuelve a formar otra capaz mas difusa que es una capa móvil , encargada de que cuando se aplica el potencial , llevar a los componentes de la muestra. Entre esas dos capas , una fija y otra difusa, se genera por el propio movimiento de las capaz un potencial denominado potencial Z. este potencial Z va a depender del espesor de esa doble capa y a su vez la formación de esa doble capa va a depender del especies en estudio. Como hay flujo también hay una movilidad electrosmotica, μEO, y lógicamente una velocidad electrosmotica.

Estos parámetros dependen del potencial que uno este aplicando. Para poder calcular estos parámetros uno lo hace a través de los gráficos de señal en función de tiempo (electroferograma). De este se puede sacar información cualitativa o cuantitativa (la llamada screening es cualitativa.)

En este tipo de técnica uno puede aplicar un voltaje de tal manera que las especies que están cargadas positivamente vayan hacia el cátodo y las que están cargadas negativamente hacia el ánodo y uno ten el detector ubicado cerca del cátodo.

También se puede invertir el potencial y de esa manera colocar el capilar cerca del ánodo. Se invierte el voltaje y el flujo de las especies. Las cargadas positivamente al electrodo positivo y las cargadas negativamente al negativo (lo normal es al revés). Dependiendo del fin de uso así se logra una separación , sobre todo cuando el pH es muy acido.

Convencionalmente el positivo a negativo y viceversa. Esto es a pH>4 y el potencial aplicado es normal. entonces se aplica un potencial inverso de tal manera que el positivo vaya al positivo y el negativo al negativo, a pH<4.

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Es fundamental controlar:

pH de la solución tampón La fuerza iónica de la solución tampón (si es muy alta el flujo

electrosmotico disminuye, suelen usarse buffers con fuerza iónica intermedia).

Temperatura de trabajo: generalmente se trabaja a temperatura constante, que puede variar entre 15 y 25 ºC

Manteniendo constante la temperatura se evita el efecto joule.Efecto joule: aumento de temperatura en el capilar, que genera un movimientote conveccion haciendo que aumente el flujo electrosmotico.

El capilar debe ser bien seleccionadoCuanto menor es el diámetro del capilar favorece la resolución de los picos y meno es el efecto joule que puede ocurrir adentroVoltaje: voltajes adecuado, del orden de los Kvolts, generalmente a mayor voltaje mayor separación.Generalmente las fuentes de voltaje van de 5 a 30 KvoltsIntroducción de la muestra al capilar: la muestra puede ingresarse de dos formas:

Inyección hidrodinámica: aplicando presión sobre el capilar inyectado un determinado volumen de muestra o mediante una bomba de vacío, que provoca un efecto de succión o por simple gravedad.

Inyección electrocinética: aplicar un determinado voltaje durante un tiempo muy corto. Se programa el equipo para que aplique el voltaje y esto permite el ingreso de la muestra al capilar.

Una vez que ingreso la muestra al capilar, esta circula dentro del capilar con la solución buffer, llega al detector donde se registra la señal . el detector puede ser un detector óptico, cualquiera de los vistos, o un detector electroquímico o un conductimetrico.

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ANALISIS INSTRUMENTAL[1]

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