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1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUIA DE APRENDIZAJE

Código: 221109 Fecha: (Día – Mes – Año): 01 - 02 - 2011

Regional: CUNDINAMARCA Centro de Formación: C.I.D.E. – SoachaEstructura curricular o Programa de Formación: Técnico en Análisis de Muestras Químicas

Duración en horas, etapa Lectiva 1210Duración en horas, etapa productiva 440Total en horas, de la Formación 1650

Módulo de Formación: Realizar los procedimientos de muestreo para análisis químico de acuerdo con los protocolos establecidos por el sector.

Duración en horas: 330

Unidad de Aprendizaje: Principios fundamentales de muestreo.

Duración en horas: 30

Modalidad(es) de formación: Acompañamiento directo, trabajo virtual y autónomo.Resultados de Aprendizaje: Comprender los principios del muestreo para análisis químico.Reconocer la normatividad legal y técnica vigente para la toma de muestras con destino a análisis químico.Actividad de Enseñanza – Aprendizaje – Evaluación: Entrega de trabajo y sustentación escrita.

Duración en horas: 30

2. PRESENTACIÓN:

El muestreo es una herramienta de la investigación científica cuya función básica es determinar que parte de una realidad en estudio (población o universo) debe examinarse con la finalidad de hacer inferencias sobre dicha población. El error que se comete debido al hecho de que se obtienen conclusiones sobre cierta realidad a partir de la observación de solo una parte de ella, se denomina error de muestreo. Obtener una muestra adecuada significa lograr una versión simplificada de la población, que reproduzca de algún modo sus rasgos básicos.

Esta guía tiene como objetivo orientarte en el conocimiento de los principios de muestreo para análisis químico y la normatividad legal y técnica vigente relacionada.

3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:Introducción Dentro de la Química Analítica1 se incluye el Análisis Químico que es la parte práctica que aplica los métodos de análisis para resolver problemas relativos a la composición y naturaleza química de la materia. Los ámbitos de aplicación del Análisis Químico son muy variados, en la industria destaca el control de calidad de materias primas y productos acabados; en el comercio los laboratorios certificados de análisis aseguran las especificaciones de calidad de las mercancías; en el campo médico los análisis clínicos facilitan el diagnostico de enfermedades.

Dentro de la Química Analítica también pueden diferenciarse diversas áreas según la información que se desea obtener. Así, la Química Analítica Cualitativa se centra en identificar la presencia o ausencia de un analito, mientras que la Química Analítica Cuantitativa desarrolla métodos para determinar su concentración.

1 Trata de la detección de la naturaleza y la medida de las cantidades de las diversas sustancias presentes en un material.

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Gráfico 1: métodos de análisis cuantitativo

Para efectuar un análisis químico es de suma importancia conocer y manejar los conceptos relacionados con muestreo, por lo tanto remítase al glosario que se encuentra al finalizar el documento pues esto facilitara la comprensión y desarrollo de la guía de aprendizaje. Tipos de muestreo Existen diferentes criterios de clasificación de los diferentes tipos de muestreo, aunque en general pueden dividirse en dos grandes grupos: métodos de muestreo probabilísticos y métodos de muestreo no probabilísticos

Muestreo probabilístico Los métodos de muestreo probabilísticos son aquellos que se basan en el principio de equiprobabilidad2. Es decir, aquellos en los que todos los individuos tienen la misma probabilidad de ser elegidos para formar parte de una muestra y, consiguientemente, todas las posibles muestras de tamaño n tienen la misma probabilidad de ser seleccionadas. Sólo estos métodos de muestreo probabilísticos nos aseguran la representatividad de la muestra extraída y son, por tanto, los más recomendables. Dentro de los métodos de muestreo probabilísticos encontramos los siguientes tipos:

- Muestreo aleatorio simple

Se selecciona una muestra de tamaño n de una población de N unidades, cada elemento tiene una probabilidad de inclusión igual y conocida de n/N.

Figura 1. Representación gráfica del muestreo aleatorio simple

Ventajas

Sencillo y de fácil comprensión. Cálculo rápido de medias y varianzas. Se basa en la teoría estadística, y por tanto existen paquetes informáticos para analizar los datos.

Desventajas

2 Se dice que dos sucesos posibles de un experimento son equiprobables cuando la probabilidad de ocurrencia de ambos sucesos es la misma.

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Requiere que se posea de antemano un listado completo de toda la población. Cuando se trabaja con muestras pequeñas es posible que no represente a la población adecuadamente.

Ejemplo: Se pretende determinar la prevalencia de Maedi3 en una explotación de 250 ovejas. Se obtiene 61 números entre el 1 y 250 de una tabla de números aleatorios y se sangran los animales correspondientes.

- Muestreo sistemático

Procedimiento: Conseguir un listado de los N elementos de la población Determinar tamaño muestral n. Definir un intervalo k=N/n. Elegir un número aleatorio, r, entre 1 y k (r=arranque aleatorio). Seleccionar los elementos de la lista.

Figura 2. Representación gráfica del muestreo aleatorio sistemático

Ventajas

Fácil de aplicar. No siempre es necesario tener un listado de toda la población. Cuando la población está ordenada siguiendo

una tendencia conocida, asegura una cobertura de unidades de todos los tipos.

Desventajas

Si la constante de muestreo está asociada con el fenómeno de interés, las estimaciones obtenidas a partir de la muestra pueden contener sesgo de selección.

Ejemplo: En el caso anterior debemos tomar uno de cada cuatro animales (250/61); en vez de tomar 61 números aleatorios tomamos sólo uno (entre el uno y el cuatro), por ejemplo el número 3, de modo que tomaremos la oveja número 3, y a continuación cada cuarto animal (la 7, la 11, la 15 y así sucesivamente hasta llegar a la 247).

- Muestreo aleatorio estratificado

En ciertas ocasiones resultará conveniente estratificar la muestra según ciertas variables de interés. Para ello debemos conocer la composición estratificada de la población objetivo a muestrear. Una vez calculado el tamaño muestral apropiado, este se reparte de manera proporcional entre los distintos estratos definidos en la población usando una simple regla de tres.

3 es una neumonía intersticial de curso lento, progresivo y mortal que se presenta en ovejas y cabras adultas, en las que produce enflaquecimiento y en ovejas productoras de lecha produce mastitis.

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Figura 3. Representación gráfica del muestreo aleatorio estratificado

Ventajas Tiende a asegurar que la muestra represente adecuadamente a la población en función de unas variables

seleccionadas. Se obtienen estimaciones más precisa Su objetivo es conseguir una muestra lo mas semejante posible a la población en lo que a la o las variables

estratificadoras se refiere.

Desventajas

Se ha de conocer la distribución en la población de las variables utilizadas para la estratificación. Los análisis son complicados en muchos casos la muestra tiene que ponderarse. (asignar pesos a cada

elemento)

Ejemplo: La probabilidad de que una oveja esté infectada de Maedi está directamente relacionada con la edad. En el ejemplo anterior, la explotación tiene el 44% de los animales de menos de 2 años, el 28% de 3-4 años, el 18% de 5-6 y el 10% son animales de más de seis años: el 44% de los 61 animales de la muestra (27 animales) se tomará al azar La probabilidad de que una oveja esté infectada de Maedi está directamente relacionada con la edad. En el ejemplo anterior, la explotación tiene el 44% de los animales de menos de 2 años, el 28% de 3-4 años, el 18% de 5-6 y el 10% son animales de más de seis años: el 44% de los 61 animales de la muestra (27 animales) se tomará al azar.

- Muestreo por conglomerados

Los conglomerados se caracterizan porque la variación de cada grupo es menor que la variación entre grupos.La necesidad de listados de las unidades de una etapa se limita a aquellas unidades de muestreo seleccionadas en la etapa anterior.

Figura 4. Representación gráfica del muestreo aleatorio por conglomerados

Ventajas

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Es muy eficiente cuando la población es muy grande y dispersa. Reduce costos. No es preciso tener un listado de toda la población, sólo de las unidades primarias de muestreo.

Desventajas

El error estándar es mayor que en el muestreo aleatorio simple o estratificado. El cálculo del error estándar es complejo.

Ejemplo: En una investigación en la que se trata de conocer el grado de satisfacción laboral los profesores de instituto necesitamos una muestra de 700 sujetos. Ante la dificultad de acceder individualmente a estos sujetos se decide hacer una muestra por conglomerados. Sabiendo que el número de profesores por instituto es aproximadamente de 35, los pasos a seguir serían los siguientes:

1. Recoger un listado de todos los institutos.2. Asignar un número a cada uno de ellos. 3. Elegir por muestreo aleatorio simple o sistemático los 20 institutos (700/35=20) que nos proporcionarán los

700 profesores que necesitamos.

Métodos de muestreo no probabilísticos A veces, para estudios exploratorios, el muestreo probabilístico resulta excesivamente costoso y se acude a métodos no probabilísticos, aun siendo conscientes de que no sirven para realizar generalizaciones (estimaciones inferenciales sobre la población), pues no se tiene certeza de que la muestra extraída sea representativa, ya que no todos los sujetos de la población tienen la misma probabilidad de ser elegidos. Entre los métodos de muestreo no probabilísticos más utilizados en investigación encontramos:

- Muestreo por cuotas: Se asienta generalmente sobre la base de un buen conocimiento de los estratos de la población y/o de los individuos más "representativos" o "adecuados" para los fines de la investigación. Mantiene, por tanto, semejanzas con el muestreo aleatorio estratificado, pero no tiene el carácter de aleatoriedad de aquél. En este tipo de muestreo se fijan unas "cuotas" que consisten en un número de individuos que reúnen unas determinadas condiciones. Este método se utiliza mucho en las encuestas de opinión.

Ejemplo: 20 individuos de 25 a 40 años, de sexo femenino y residentes en Gijón. Una vez determinada la cuota se eligen los primeros que se encuentren que cumplan esas características.

- Muestreo intencional o de conveniencia: Este tipo de muestreo se caracteriza por un esfuerzo deliberado de obtener muestras "representativas" mediante la inclusión en la muestra de grupos supuestamente típicos. Es muy frecuente su utilización en sondeos preelectorales de zonas que en anteriores votaciones han marcado tendencias de voto.

También puede ser que el investigador seleccione directa e intencionadamente los individuos de la población. El caso más frecuente de este procedimiento el utilizar como muestra los individuos a los que se tienen fácil acceso.

Bola de nieve: Se localiza a algunos individuos, los cuales conducen a otros, y estos a otros, y así hasta conseguir una muestra suficiente. Este tipo se emplea muy frecuentemente cuando se hacen estudios con poblaciones "marginales", delincuentes, sectas, determinados tipos de enfermos, etc.

- Muestreo Discrecional · A criterio del investigador los elementos son elegidos sobre lo que él cree que pueden aportar al estudio.

Se puede realizar el muestreo de un material heterogéneo (sólido, líquido o gas) cuya finalidad seria convertirlo en homogéneo para su análisis. Por otro lado, también se puede presentar que se quiere analizar únicamente una parte de una mezcla física compleja, y es necesario separar las partes heterogéneas. Teniendo en cuenta estas situaciones es necesario conocer:

Muestreo de sólidos.

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Si el material para analizar es homogéneo, basta con tomar una muestra suficiente para poder efectuar las determinaciones necesarias y para conservar una parte con la que se pueda comprobar un dato, en caso de duda o de inconformidad con los resultados originales.Si el material es heterogéneo, el tamaño de la muestra dependerá de la cantidad de dicho material y de la variación del tamaño de sus partículas; cuanto mayor sea el número de masas individuales, más grande debe de ser la muestra. Para preparar la muestra se toman pequeñas porciones de diferentes secciones horizontales y verticales del material, que se trituran y se mezclan; por el método de cuarteo.Durante el muestreo es necesario tener cuidado para prevenir errores debido a la contaminación, oxidación, cambio de humedad y perdida de partículas volátiles y de poco peso.Los métodos de muestreo se pueden clasificar en dos grupos:

Muestreo mecánico y manual de la cual el primero es más confiable y de menos costo El muestreo continuo, intermitente y errático.

El primero consiste en tomar porciones del material que se encuentra en movimiento mediante una banda transportadora. El intermitente consiste en separar una porción de cada determinado numero de unidades de material, para formar una muestra. En el errático se toman muestras sin orden, y se emplea exclusivamente para materiales homogéneos.

Muestreo de líquidos.Cuando se trata de líquidos homogéneos, cualquier porción que se tome es representativa; en el caso de un líquido que circula en un sistema de tubería, muchas veces las muestras se toma en diferentes puntos del sistema. En un lago o en un río, las muestras se pueden tomar en varios sitios y a diferentes profundidades. También pueden suceder que el analista no desee tener una muestra promedio de todo el sistema líquido. Por ejemplo, al probar la purificación de un río contaminado de todo el sistema líquido.Ahora bien si se trata de emulsiones y suspensiones es necesario agitar perfectamente antes de tomar la muestra. Si la cantidad de material es muy grande y no se puede agitar fácilmente se puede tomar la muestra a varias profundidades del recipiente.

Muestreo de gases Los gases incluyen sustancias volátiles en estado vapor y aquellas de menor punto de ebu llición como el CO, o el oxígeno. En otras palabras, por gases queremos decir aquellas sustancias que son gaseosas a la temperatura y presión a las cuales se toma la muestra.Un muestreo de gases puede ser tan simple como abrir y llenar una bolsa de plástico con aire del ambiente, sellar la bolsa y enviarla al laboratorio para el análisis e introducirlo directamente en un espectrómetro de masas. Sin embargo, es más común recoger las sustancias gaseosas en un pequeño volumen y condensarlas mediante enfriamiento al estado líquido, para posteriormente atrapar el líquido mediante reacciones químicas como

C02(g) + 2 NaOH -» Na2CO3 + H2O

Hay un gran número de métodos posibles: la elección de cada uno de ellos depende del analito, la matriz de la muestra y del método de análisis utilizado.A menudo se realiza en el muestreo una pre-concentración, mediante la cual conseguimos que la materia de interés se transforme en una muestra más pequeña y concentrada. Las sustancias se extraen de una enorme cantidad de matriz durante este proceso. La matriz de muestra es un término para referirnos a la materia que no es de nuestro interés en el análisis. Por ejemplo, la matriz de aire se elimina cuando la materia en suspensión (por ejemplo, humo) se recoge en un filtro; de manera simultánea, el proceso concentra las partículas. La pre-concentración se utiliza generalmente cuando es necesario analizar sustancias de la muestra en cantidades de trazas4 o microtrazas donde la sustancia se encuentra en una concentración alrededor de 10 ppm.Para muestrear gases se emplean pipetas especiales. Antes de introducir la muestra en la pipeta, es necesario hacer un vacío de aproximadamente de 1 mm de mercurio para evitar contaminación del gas con el aire. A continuación se llena el recipiente dejando una presión superior a la atmósfera.

Muestreo de mezclasPara este caso la separación de los componentes de la muestra se lleva a cabo gracias a sus diferencias físicas. Hay una gran variedad de métodos para realizar separaciones físicas; se enumeran algunos ejemplos en la tabla 1. Sin embargo, diferenciar una separación física de una separación química no es tan sencillo.

4 En química analítica un elemento traza es un elemento presente en una muestra que posee una media de concentración menor de 100 partes por millón

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ANALITOMATRIZ

SÓLIDO LÍQUIDO GAS

En un sólido FlotaciónDiferencia de solubilidad

Calentamiento y trampa Fusión del sólido y purga radón

En un líquido Filtración Destilación

DestilaciónDecantación

Purga y trampaMembranas permeables a gases

En un gas Filtración Filtración(aerosoles)

Difusión diferencialEnfriamiento selectivo

Tabla 1. Ejemplo de las separaciones físicas cuantitativas utilizadas en el muestreo y en el análisis

Panorama general de muestreo

4. PLANTEAMIENTO DE ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE:

I. Reflexión1. ¿Qué es muestreo?2. ¿Cuál es el objetivo fundamental del muestreo?3. ¿Cuáles son los requisitos básicos del muestreo?

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4. ¿Cuáles son los tipos de muestras?5. Un colegio tiene 120 alumnos de bachillerato. Se quiere extraer una muestra de 30 alumnos. Explica

cómo se obtiene la muestra:a.Mediante muestreo aleatorio simpleb.Mediante muestreo aleatorio sistemático

II. PrácticaTeniendo en cuenta lo aprendido escoger un método de muestreo probabilístico (aleatorio, sistemático, estratificado, conglomerado) y aplicarlo a una población cualquiera, para seleccionar una muestra. Realizar actividad por grupos.

III. Investigación 1. Observe, Consulte y lea de manera crítica y comprensiva la fundamentación teórica de esta guía (numeral 3), la

norma ISO NTC 6202, la página http://www.youtube.com/watch?v=f_Hx0pOJEuY&NR=1 y elabore un mapa conceptual con los conceptos básicos de muestreo.

5. EVALUACIÓN:

EVIDENCIAS DE APRENDIZAJE CRITERIOS DE EVALUACIONTECNICAS E

INSTRUMENTOS DE EVALUACION

Evidencias de conocimientos

Reconoce los principios de toma de muestra.

Identifica diferentes tipos de muestras.

Cuestionarios

Ejercicios

Trabajo en grupo

Trabajo individual

Portafolio

Mapa conceptual

Respuesta a preguntas sobre: Conceptos básicos de muestreo. Norma NTC ISO 6206.

Evidencias de Desempeño Realiza ejercicio grupal para toma de

muestra.Evidencia de producto

Presentación de trabajo escrito con resolución de guía de aprendizaje.

6. MATERIAL DE APOYO:Para el desarrollo de la guía de aprendizaje puedes consultar en las siguientes fuentes bibliografías:

NTC ISO 6206. Productos químicos para uso industrial. Muestreo. Vocabulario. Guía de aprendizaje N° 1. http://amqsenasoacha.blogspot.com

7. AMBIENTES DE APRENDIZAJE, MEDIOS Y RECURSOS DIDÁCTICOS

Para el desarrollo de esta guía de aprendizaje puedes contar con tanto material de apoyo como sea necesario y puedas consultar.

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- Instructor.

- Internet.

- Bibliotecas.

- Aula de clase

- Portafolio

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8. GLOSARIOPOBLACIÓN: Conjunto de individuos que tienen una o más propiedades en común, se encuentran en un espacio o territorio que les es propio y varían en el transcurso del tiempo. Esto es muy notorio en las cohortes o promociones estudiantiles, tornando imprescindible que se feche el periodo de las observaciones sobre la muestra escogida.MUESTRA: Es una fracción o subconjunto de cualquier tamaño de la población de la cual proviene. Las muestras se escogen por diversos procedimientos (sean apropiados o no) para realizar las observaciones o recogida de datos. El método de muestreo aplicado y el tamaño de la muestra que se decida, determinan su grado de representatividadMUESTRA REPRESENTATIVA: Es una muestra de un tamaño apropiado que ha sido escogida por procedimientos aleatorios y se considera que las características observadas “representan” o corresponden a la población de donde ella proviene. Lamentablemente no es posible tener la certeza de su grado “representativo” sino la probabilidad razonable de su semejanza, la que puede ser calculada por algún modelo estadístico.Muestra aleatoria. O muestra al azar. Los sujetos de la muestra se eligen mediante un sorteo con medios mecánicos (sin intervención humana) o usando una “tabla de números aleatorios”.Para que sea realmente aleatoria dicha muestra, todos los sujetos de la “población blanco” deben tener la misma probabilidad de ser elegidos. Siempre que hay intervención humana existe la probabilidad que se produzcan “errores sistemáticos”. Por ejemplo, hacer un sorteo con papelitos que se sacan de un sombrero; primero habría que verificar la forma en que se plegó cada papel; en segundo lugar los números que quedaron al fondo o en las orillas tienen escasa probabilidades de ser elegidos.ANALITO: Especie química que se analiza.TÉCNICA: Medio de obtener información sobre el analito.MÉTODO: Conjunto de operaciones y técnicas aplicadas al análisis de una muestra.ANÁLISIS: Estudio de una muestra para determinar sus composición o naturalezaEXACTITUD: Es el grado de proximidad entre una medida y el valor verdadero o esperado (Grado de concordancia entre el resultado y un valor de referencia certificado) PRECISIÓN: Es el grado de proximidad entre resultados que se efectúan repetitivamente y en forma independiente y está relacionada con el coeficiente de variación (Grado de concordancia entre los datos obtenidos de una serie y refleja el efecto de los errores aleatorios producidos durante el proceso analítico.)MUESTRA REFERIDO A UN PRODUCTO:1) Elemento único y representativo de un producto o una cantidad determinada de material (muestra de producto).2) Porción de material extraída de cada uno de los elementos que constituyen una muestra poblacional para preparar a partir de ellas, las muestras para análisis o ensayos.MUESTRA PARA ANALISISa) Muestra tomada para someterla a análisis.b) Cantidad de material tomada de la muestra de laboratorio que se utiliza íntegramente en el análisis.MUESTRA PARA ENSAYOa)Muestra tal como se utiliza en el ensayo o prueba.b)Conjunto de muestras puntuales que en ocasiones constituyen la muestra representativa de un material.MUESTRA PARA LABORATORIOa) Muestra poblacional tal como se envía al laboratorio.b) Porción o porciones de la muestra de producto acondicionada para su envío a laboratorio.MUESTRA PARA PRUEBASinónimo de MUESTRA PARA ENSAYO.MUESTRA POBLACIONALGrupo de elementos individualizados, tomados de un conjunto más amplio (población o universo), que permite obtener la información necesaria para inferir una o varias características de la población o que sirve para tomar decisiones sobre ella o su proceso de fabricación (muestra población o muestra estadística).MUESTRA PUNTUALMuestra de tamaño preestablecido, tomada en un punto especificado del producto o en un punto de un flujo de materiales, especificado en el espacio y en el tiempo; solo es representativa de su propio entorno.

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MUESTRA SESGADAMuestra obtenida por un método de muestreo que implica un sesgo.MUESTRA SIMPLEMuestra que se extrae de la población de una sola vez.MUESTREOProcedimiento utilizado para extraer o constituir una muestra (poblacional).

7. BIBLIOGRAFIA NTC ISO 6206. Productos químicos para uso industrial. Muestreo. Vocabulario. Tipos de

muestra. TRONCOSO P. Juan. Análisis de muestras químicas. Centro de gestión Industrial. Bogotá D.C.

2008 GILBERT H. AYRES. Análisis químico cuantitativo. University of Texas, Austin. Página 13. http://www.ideam.gov.co/temas/calidad/muestreo.pdf http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/008378/008378-02.pdf http://www.ispch.cl/lab_amb/doc/req_toma_muestras.pdf http://www.ideam.gov.co/temas/calidad/muestreo.pdf

Elaborada por: Sandra Salamanca, Maritza Alonso, Amilcar Bedoya, John Corredor, Wilson Bermúdez.

Fecha 1 Febrero 2011

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