Análisis cuantitativo mediante emisión y absorción atomica con llama

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
ESCUELA DE QUIMICA
FACULTAD DE CIENCIAS
INSTRUMENTAL ANALITICO
MÉTODOS CUANTITATIVOS DE ANÁLISIS
EMPLEADOS EAA Y EAA CON LLAMA
Caracas 2003
INTRODUCCION
El análisis de los elementos mediante estas técnicas requiere la disolución
eficaz de las muestras. Las soluciones de las muestras deben ser límpidas y no
deben contener sólidos suspendidos ni sedimentados, de lo contrario es
necesario emplear procedimientos apropiados de filtración. Debe optarse por el
empleo de la menor cantidad posible de ácidos ya que su empleo masivo
conduce a cambios importantes en las propiedades físicas de la muestra en
relación a la de los patrones acuosos por lo que pueden presentarse
interferencias no espectrales asociadas al transporte de la muestra al
atomizador.
En las determinaciones por emisión atómica se recomienda el empleo de los
supresores de ionización adecuados en las concentraciones recomendadas
(1:1000 analito : supresor).
La determinación de los elementos se realizan empleando técnicas de
calibración que incluyen curvas de calibración externa, curvas de adición de
estándar o de estándar interno.
Procedimiento analítico
El método o procedimiento analítico es un conjunto de instrucciones
empleadas para obtener la información requerida. La cadena de
operaciones contempladas en el procedimiento que incluye: el muestreo,
el tratamiento de la muestra, la medida de la señal analítica, el
tratamiento de la señal analítica y finalmente la obtención del resultado
analítico.
En el proceso de muestreo es vital ya que él define si el resultado
analítico es representativo. En el muestreo se encuentran diferentes
variables importantes a tener en cuenta ya que la representatividad de
una muestra tiene que ver con las variaciones de concentración de una
sustancia dentro del volumen total de la muestra y la homogeneidad de
su concentración dentro de la muestra tomada. También es necesario
definir la cantidad o tamaño de muestra para asegurar su
representatividad. De manera adicional, la estabilidad de la sustancia a
analizar puede variar con el tiempo y otras condiciones. Por ultimo, la
posible contaminación de la muestra al momento del muestreo es algo
crítico, sobre todo si la determinación a realizar es sobre elementos que
se encuentran a en cantidades minoritarias o a nivel de trazas.
El tratamiento de la muestra tiene como objetivo llevarla a un estado
adecuado para el análisis. Esto puede requerir el empleo de
procedimientos de disolución, vaporización, reducción, separación etc. y
operaciones de transvase, dilución etc. en las cuales puede
contaminarse o perderse parte de la muestra o, a veces, introducir
sustancias que posteriormente pueden conducir a interferencias.
La señal analítica a obtener debe ser una expresión exacta de la
propiedad a medir del componente. Sin embargo, la señal obtenida
generalmente se divide en dos términos:
y = F(c) + yo
F(c) Función conocida de la concentración
yo Variable aleatoria asociada con las perturbaciones y errores
involucrados en el procedimiento analítico
El procedimiento analítico debe ser optimizado de manera de reducir la
expresión:
yo /F(c)
Errores aleatorios
Las condiciones ideales no pueden ser reproducidas en un análisis real.
Cada etapa del procedimiento analítico genera perturbaciones que
actúan como fuente de ruido. Los orígenes de este ruido pueden ser
diversos:
- El ruido puede ser consecuencia de imperfecciones del sistema de
medida o del modo en que se opera el sistema: diferentes interferencias,
errores de calibración. Estos ruidos generan los errores sistemáticos, los
cuales pueden detectarse y eliminarse.
-Puede relacionarse con el carácter discreto de la materia y energía, la
agitación térmica y el principio de incertidumbre.
-Se relaciona con las condiciones en las que se opera el sistema, tales
como por ejemplo vibraciones y fluctuaciones de temperatura, humedad,
fuentes de tensión, fuentes de luz, etc...
Estos dos últimas fuentes de ruido, denominadas generalmente fuentes
de ruido instrumental y ambiental, originan los errores aleatorios, los
cuales junto a los ruidos de tipo químico siempre existirán en las medidas
analíticas y por ende conducirán a la fluctuación de la señal analítica y a
la imprecisión del resultado analítico. A veces conducen, de manera
adicional a errores en la exactitud de la determinación.
La inevitable fluctuación de la señal analítica debido a razones
instrumentales, conduce a la necesidad de realizar réplicas de lectura.
De manera adicional, para garantizar la representatividad de un resultado
es necesario realizar réplicas de la muestra, aplicándole a cada una de
ellas el mismo procedimiento analítico. El número de réplicas depende de
la homogeneidad de la muestra, pero comúnmente se emplean tres
réplicas ya que de lo contrario, el tiempo de análisis se eleva sin
aumentar de manera significativa la exactitud y representatividad del
resultado.
El tratamiento de los datos analíticos, los errores aleatorios y los
resultados analíticos es un paso importante en la obtención del resultado
analítico. Pruebas de descarte de datos y resultados, determinaciones de
valores medios y la magnitud de los errores aleatorios propagados
durante el procedimiento analítico son, entre otros cálculos, parte del
procedimiento analítico. Finalmente, se requiere en general, la aplicación
de pruebas estadísticas para comparar los resultados obtenidos,
determinar el intervalo de confianza del resultado, etc...
Curvas de calibración externa
En esta técnica de calibración se preparan diferentes soluciones patrones que
contengan concentraciones exactamente conocidas del elemento a determinar.
La curva de calibración es aquella que resulta cuando se grafica la señal de
absorción o intensidad de emisión obtenida para cada solución versus la
concentración de dichas soluciones patrón. La señal de la muestra debe ser
corregida con la correspondiente señal obtenida por el blanco. En condiciones
ideales, el blanco contiene todos los componentes de la muestra original
excepto el analito.
La representación grafica de los datos permitirá obtener, en general, una
relación lineal entre la señal y la concentración dentro del intervalo dado de
concentración. Lo más aconsejable es emplear zonas lineales dentro de las
curvas de calibración ya que el error dentro de ellas es determinable de una
manera más eficaz y directa.
La ecuación de la curva de calibración debe ser ajustada apropiadamente y
para ello se emplea generalmente el método de ajuste lineal por mínimos
cuadrados.
Una vez obtenida la curva de calibración, la señal obtenida para la muestra,
medida en las mismas condiciones que la curva de calibración, permitirá la
determinación de la concentración del elemento en la muestra dada.
El éxito de la aplicación técnica de curva de calibración externa depende, en
gran medida, de la exactitud con la que se preparen las soluciones patrón y de
la similitud entre la matriz de dichas soluciones y la de las muestras.
Lamentablemente, reproducir la matriz de muestras complejas puede ser difícil
o imposible y sus efectos dan a lugar interferencias que conducen a un error en
la determinación cuantitativa. La presencia de otras interferencias no
espectrales (de tipo químico o de la matriz) afecta también la exactitud de este
método por lo que en estos casos debe optarse por otras técnicas como la
curva de adición estándar.
Sin embargo, aún cuando algunas técnicas son más robustas que otras, es
importante tener en cuenta que la única garantía de obtener un resultado
cuantitativo confiable es mediante la validación previa del método. Para ello se
emplean muestras estándar de referencia. Lamentablemente, debido al
elevado costro de este tipo de muestras, ellas no serán empleadas en este
laboratorio.
Técnica de adición de estándar
La técnica de adición de estándar es especialmente útil para analizar muestras
cuya matriz compleja hace altamente probable la presencia de interferencias no
espectrales. Este método puede aplicarse de diferentes formas.
Una de las más habituales implica la preparación de diferentes soluciones,
mediante la adición de diferentes volúmenes de una disolución patrón a una
misma alícuota de muestra. Todas las soluciones se llevan a un volumen final
fijo. Este proceso se conoce como adición de muestra. Hay que tener en
cuenta que cuando la cantidad de la muestra es limitada, las adiciones de
estándar se pueden llevar a cabo por adiciones sucesivas de volúmenes del
patrón a un único volumen de muestra. Las medidas, se van haciendo en la
muestra original y después de cada adición del patrón en la muestra.
En la mayoría de las versiones del método de la adición de estándar, la matriz
de la muestra es casi idéntica después de cada adición y la única diferencia es
la concentración del analito agregado, o la concentración de reactivo en el caso
de que se añada un exceso de un reactivo analítico.
Como los patrones se preparan en alícuotas de la muestra y la dilución de la
muestra es la misma en cada solución, la matriz es idéntica. Por esta razón, en
cada solución, las señales serán afectadas de manera similar por las
interferencias no espectrales producto de la matriz de la muestra por lo que la
curva obtenida permite, en principio, realizar la determinación cuantitativa de
manera adecuada. Es importante destacar que esta técnica no elimina las
interferencias sino que las compensa, ya que permite obtener la señal de
patrones y muestra bajo las mismas condiciones de matriz. También es
importante tener en cuenta que la aplicación de esta técnica NO garantiza la
obtención de un resultado cuantitativo “verdadero” ya que la presencia de
algunas interferencias de tipo aditivo o multiplicativo podrían afectar el
resultado.
La determinación de la concentración de la muestra se realiza mediante la
extrapolación de la curva ajustada (señal versus concentración de patrón
agregado a la muestra) hasta un valor de señal igual a cero.
Al emplear esta técnica de calibración, se tiene la seguridad de compensar y
solventar los efectos que producen las interferencias debidas a las diferencias
en las propiedades físicas de las soluciones patrones y la muestra y algunas
interferencias por parte de la matriz. Sin embargo, otras interferencias no
espectrales que se originan por la matriz de la muestra, como algunas de tipo
químico, no siempre son compensadas por lo que, aún aplicando esta técnica
de calibración, existe la probabilidad de que la determinación cuantitativa sea
errónea. La verificación del método empleando muestras estándar de
referencia es obligado para garantizar el resultado de la determinación.
Técnica del patrón interno
Esta técnica se emplea en aquellos métodos instrumentales, bien sea de
emisión o absorción atómica, que permiten la determinación multielemental.
Un patrón interno es una sustancia que se añade a todas las muestras, blancos
y patrones de calibrado en una cantidad fija. También puede ser un
componente mayoritario de las muestras que se agrega a los patrones en una
concentración lo suficientemente elevada como para que se pueda considerar
que es la misma en todos los casos. En este caso, el calibrado es una
representación gráfica ajustada del cociente entre la señal del analito y la señal
del patrón interno en función de la concentración de analito de los patrones. En
las muestras, este cociente se utiliza para determinar la concentración del
analito a partir de una curva de calibrado.
Si se elige y se usa adecuadamente un patrón interno, se pueden compensar
algunos errores aleatorios o sistemáticos, como derivas, ruido de parpadeo y
algunas interferencias no espectrales producto de la matriz., ya que el cociente
de las señales del analito y del patrón interno es independiente de dichas
fluctuaciones y algunos efectos de la matriz. Cuando el patrón interno es el
componente mayoritario de las muestras y de los patrones, también puede
suceder que se compensen los errores producidos en la preparación de las
muestra, disolución y filtrado.
La mayor dificultad para aplicar el método del patrón interno es encontrar la
sustancia adecuada que sirva para compensar estos efectos, así como para
incorporarla a las nuestras y a los patrones de forma reproducible. El patrón
interno deberá dar una señal similar a la del analito en la mayoría de los casos.
De manera adicional, las interferencias no espectrales deben afectan al
estándar interno de igual manera que al analito a determinar. Por esta razón la
escogencia del estándar interno es vital para que la aplicación del método de
los resultados deseados. Los criterios de escogencia del estandar interno es
variable dependiendo de la técnica analítica a emplear en la determinación.
Esta técnica de calibración no es empleada en el Laboratorio de Instrumental
Analítico ya que no se cuenta con ninguna técnica de emisión o absorción
atómica de detección multielemental.
BIBLIOGRAFÍA
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