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Tema 2: Tratamiento de muestras ytécnicas de separación de analitos.

ecosistema(¿contaminado?) muestratoma y

preparación

sólido, líquido o gas

técnicaanalítica

Tratamiento de muestras (algunas directrices)

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

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

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

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

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

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

Paso 1: extracción de la materia grasa

Paso 2: extracción de los analitos

Paso 3: separación de los analitosPaso 4: Calibrado del método

y análisis de datos

Detección por absorción Ultravioleta a 254 nm

Recta de calibrado para cada analito

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Muestreo: algunas consideraciones

Si se cogen N partículas de la muestra como analito para realizar una medida se tiene:

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

¿Qué cantidad de muestra es necesaria?

desviación relativa (%) RA= s/NA x 100RB= s/NB x 100

(porcentaje mayor para las componentes minoritarias)

Constante de muestreo Z : masa de analito tal que R= 1%

mezcla de dos especies A y B con fracciones molares p y q, respectivamente

K

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

s (desviación estándar)

xvalormedio

Medidas de 24Na en el hígado

Masa de muestra

¿Qué cantidad de muestra es necesaria?

R = s/x % desviación relativa

Métodos de transformación y extracción de gases

gas

- disolución - condensación- atrapamiento

químico líquido odisolución

- congelación- adsorción sobre

superficies

sólido

líquido odisolución

- evaporación - ebullición- volatilización de llama

o electroquímicagas

- precipitación - congelación- adsorción enporos y superficies

sólido

Métodos de transformación y extracción de líquidos

extracción líquido-líquido

Métodos de transformación y extracción de sólidos

sólido

- fusión- disolución- digestión- extracción por recirculación ysupercrítica

líquido odisolución

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

gas

3

Digestión de sólidos:disolución con ácidos, bases, agentes oxidantes

(HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, HF, NaOH, ...)

disolución ácida de metales: M + nH+ → Mn+ + (n/2)H2

problema: se forman muchas sustancias volátiles. Se deben usar reactores cerrados y paredes gruesasprotonación de aniones de la muestra: H2CO3 (→ CO2),

H2S, PH3, H3BO3 , ... formación de haluros metálicos volátiles: HgCl2, SnCl4,

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

No PolaresHidrocarburos saturadosy aromáticosMercaptanos y sulfuros

Polaridad Intermedia débilÉteresCetonasÉsteresAminas terciariasNitritos

Polaridad Intermedia fuerteAlcoholesÁcidos carboxílicosFenolesAminas primarias y secundariasNitrilos

Polaridad FuertePolihidroxialcoholesAminoalcoholesHidroxácidosÁcidos polipróticosPolifenoles

Extracción de analitos con disolventes

Isooctano (99ºC)

Hexano (69ºC)

Tolueno (101ºC)

Benceno (80ºC)

Diclorometano (39ºC)

Acetato de Etilo (77ºC)

Cloroformo (61ºC)

Etanol (78ºC)

Acetona (56ºC)

Dimetilsulfóxido (189ºC)

Metanol (64ºC)

Agua (100ºC)

Algunos disolventes típicos en Análisis Químico

Polarida

d de

crec

ient

e

Disolvente (pto. Ebullición normal)

inmiscibles miscibles

Disolución de la muestra

Extracción en fase sólida

Muestra:disolvente 1con analitos

disolvente 2 disolvente 3

matrizsólida

disolvente 1 disolvente 2 disolvente 3

Métodos de separación y extracción de analitos

Extracción: Pasar un soluto de una matriz a otra

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

[C]2[C]1

Fase 1 Fase 2Fase 1

K=0.5

K=5

(VA = VB)

V V VExtracción Líquido-líquido

Extracción líquido-líquido

Coeficiente de reparto y Eficiencia de extracción

[C]1 = q n /V1

[C]2 = (1-q) n /V2Fase acuosa

Fase orgánica

Disolventes inmiscibles

Disolventes orgánicosCCl4, CHCl3tolueno, hexano, benceno

4

calor

disolvente extractormás denso

disolvente extractor

menos denso

Extracción líquido-líquido

en modo continuo(analito no volátil)

condensador(refrigerado)

mue

stra

mue

stra

Separación cromatográfica clásica en columnaLos analitos A y B fluyen con velocidades distintas

a través del material de la columna (fase estacionaria)Por su distinta interacción con el mismo

Disolvente conSolutos A y B(fase móvil)

Relleno de la columna(fase estacionaria)

A

B

Aemerge

BemergeEmerge sólo disolvente

C

DB

A

tiempo

Horno con columna de separación

cromatográfica

detector

seña

l

Muestra con analitosA, B, C ,D

Cromatografía de gases

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

a través de la columna por su distinta interacción con la misma

Mayor interacción = mayor tiempo de retención

horno

Columnas cromatográficas modernas

Columna empaquetada(cromatografía de líquidos)

Columna abierta(cromatografía de gases)

Fase estacionaria(sólida o líquida) grosor 0.1 - 5 µmdiámetro internocolumna 0.1 - 0.5 mm

Fase estacionaria(sólido poroso)diámetro internocolumna 1 - 5 mm

Un ejemplo:Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por

Cromatografía de gases con Temperatura programada

Temperatura Programada50º-250º en 8 min.

Composición del “Chapapote” del Prestige

Fuel pesado (residuo de la destilación del petróleo crudo)

Utilización - combustión industrial (centrales térmicas, hornos, cementeras) y - combustible de barcos con motores diesel lentos, de gran potencia

Composición (fuente: Laboratorio Le-Cedre (Francia) http://www.le-cedre.fr/fr/prestige)Técnica Utilizada: Cromatografía de gases con

detección por Espectrometría de masasResultadosHidrocarburos saturados 25 % Hidrocarburos aromaticos 50 %Resinas 10 % Asfaltenos 25 %

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Vertido delPrestige

Hidrocarburos

Saturados

Hidrocarburos

Aromáticos