Preparación de Muestras

Tema IPrograma de la Asignatura

Química Analítica

Proceso Analítico

Técnicas de Muestreo

Preparación de Muestras

Técnico Superior en Química Industrial Año 2015

Concepto básico de Química Analítica

Muestra es una parte representativa de la materia objeto de análisis.

Alícuota una porción de la muestra o fracción de la misma.

Analito es la especie química objeto del análisis. Matriz de la muestra es el conjunto de todas aquellas

especies químicas que acompañan al analito en la muestra.

Técnica analítica es el medio utilizado para llevar a cabo el análisis químico.

Método analítico es un concepto más amplio pues no sólo incluye a la o las técnicas analíticas empleadas en un análisis sino también todas las operaciones implicadas hasta la consecución del resultado final.

EL PROCESO ANALITICO


DEFINICIÓN DEL PROBLEMA: se plantea el tipo de análisis requerido y la escala de trabajo.

ELECCIÓN DEL MÉTODO DE ANÁLISIS: La selección del método de análisis generalmente representa un compromiso entre: exactitud requerida, concentración prevista del analito en la muestra, disponibilidad de tiempo, factor económico, complejidad de la muestra y número de muestras bajo análisis, entre otros factores (bibliografía).


OBTENCIÓN DE LA MUESTRA. Para que la información obtenida sea significativa, es necesario que la muestra tenga la misma composición que el resto del material del que se obtuvo.


TRANSFORMACIÓN DE LA MUESTRA: Lo habitual, es que la muestra necesite algún tipo de tratamiento, con el fin de: preparar la forma y el tamaño de la muestra, así como la concentración del analito o los analitos en la forma química adecuada para la técnica analítica seleccionada y/o eliminar interferentes de la matriz de la muestra. La etapa de tratamiento de la muestra ha de llevarse a cabo teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

1. Evitar las pérdidas de analito y las posibles contaminaciones 2. El analito será transformado a la forma química más adecuada para

el método analítico seleccionado. 3. Si es necesario, se eliminarán las interferencias de la matriz. 4. Resulta totalmente inadmisible la introducción de nuevas

interferencias. 5. Debe considerarse la dilución o preconcentración del analito, de

manera que éste se encuentre en el intervalo de linealidad del método seleccionado.


PROCESO DE MEDIDA: Adquisición de datos y Tratamiento de datos. Todos los resultados analíticos dependen de la medida final de una propiedad física o química del analito. Las valoraciones o titulaciones se encuentran entre los métodos analíticos más precisos.


EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS, INFORME Y CONCLUSIONES: Los resultados analíticos están incompletos sin una estimación de su fiabilidad. El informe final no sólo debe plasmar los resultados obtenidos sino también las limitaciones concretas del método de análisis empleado.

Técnicas de Muestreo y Preparación de Muestras

La toma de muestra:

1. Es una etapa muy importante en la resolución de un problema analítico.

2. Suele estar ya documentada o descrita en forma de procedimientos normalizados de trabajo. Guías o normas de carácter internacional (Protocolos).

Técnicas de Muestreo y Preparación de Muestras

En la planificación del muestreo , han de considerarse los siguientes aspectos: Cuando, donde y como recoger la muestra. Equipos de muestreo : mantenimiento y calibración.

Contenedores de la muestra: limpieza ,adición de

estabilizantes y conservación. Transporte de la muestra. Pretratamiento de la muestra : secado,

homogeneización y manejo de la muestra. Submuestreo. Sistema informativo en el laboratorio.


Selección de los puntos y tiempos de muestreo: Se toman muestras en puntos

preseleccionados al azar, siguiendo un programa de muestreo.

Representatividad de la muestra La concentración de los analitos en la muestra

obtenida debe ser idéntica a la concentración en la muestra real en la posición y tiempo en la que se ha realizado el muestreo y que esta no varíe hasta la ejecución de los análisis.


Etiquetado de la muestra Las muestras se etiquetan en el momento en que son

tomadas con la siguiente información: a) Persona que realiza el muestreo; b) Día ,hora y lugar; c) Información sobre la metodología seguida y d) Incidencias durante el muestreo.

Subdivisión de la muestra La muestra bruta obtenida resulta de la mezcla de un

cierto número de unidades de muestreo. El número de unidades de muestreo depende de: a)

Tamaño de las partículas ;b) Grado de heterogeneidad del material y c) Exactitud requerida en los resultados.


MATERIAL UTILIZADO PARA EL MUESTREO

Envases para la toma de muestras

Envases de vidrio de boca ancha esterilizadlesEnvases de plástico esterilizadlesBolsas de plástico esterilizadlesEnvases metálicos

Instrumentos para la apertura de envases

Tijeras estérilesPinzas estérilesCuchillos estérilesSondas estérilesTaladros estérilesCucharas estérilesEspátulas estérilesSierras, etc.

TRANSPORTE Y CONSERVACION DE LA MUESTRA

PRECAUCIONES EN EL TRANSPORTE Evitar la exposición a humedades extremas y mantenerlas a 4º

C. Las muestras biológicas o de alimentos es necesario

transportarlas congeladas. PRECAUCIONES PARA LA CONSERVACION

Reducir los riesgos de alteraciones por contacto con la atmósfera, absorción y oxidación.

Evitar su exposición al aire y a la luz. Los sólidos se mantienen secos eliminando el agua en una

estufa. Las muestras biológicas se congelan en nitrógeno líquido o se

liofilizan. El tratamiento de los líquidos depende del tipo de análisis.

ERRORES EN EL MUESTREO Se deben a :

Perdida de elementos• a) Adsorción por las paredes del recipiente o superficie

de las herramientas.• b) En procesos de secado, evaporación y

mineralización.• c) Salpicaduras en el proceso de agitación y

preparación de la muestra. Variación en la composición química de la muestra

• a) Perdida o adsorción de agua.• b) Procesos de hidrólisis.• c) Procesos de oxidación.• d) Procesos de fermentación o microbiológicos.

TRANSPORTE Y CONSERVACION DE LA MUESTRA

ALMACENAMIENTO DE LA MUESTRA

Las muestras se almacenan por dos motivos: a) Porque su análisis no va a ser inmediato. b) Para guardar un duplicado con el fin de hacer un chequeo de

los resultados obtenidos en los análisis iniciales. Para conservar las muestras durante largos períodos de tiempo es

recomendable: a) Que el aire contenido en el espacio libre del recipiente sea

mínimo. b) Que el material sea hidrófobo. c) Que su superficie sea lisa y no porosa.

Los materiales utilizados para almacenar las muestras son de tres tipos : a) Polímeros ( teflón, polietileno, polipropileno, plexiglás y goma

de silicona ). b) Vidrios (cuarzo sintético y borosilicato de vidrio). c) Metales (papel de aluminio, platino y titanio de elevada pureza).

MANUAL DEL MUESTREO Y REGISTRO EN EL LABORATORIOLas muestras se etiquetan con la siguiente información : a) Numeración de la muestra b) Descripción del material c) Lugar de muestreo d) Fecha y hora del muestreo e) Muestreador y método de muestreo g) Información adicional (pH, temperatura, etc.) Esta información se registra en el laboratorio junto otra adicional:a) Símbolo de la muestrab) Naturaleza de la muestrac) Análisis requeridosd) Lugar y condiciones de conservacióne) Entidad que solicita los análisis etc…

Preparación de Muestras La preparación de la muestra es un proceso muy elaborado y en el se

incluyen todos las etapas que se muestran en la tabla. Esta preparación es muy diferente y depende del estado de agregación de

la muestra

MUESTRA BRUTAMUESTRA BRUTA

SÓLIDASÓLIDA LÍQUIDALÍQUIDA GASEOSAGASEOSA

Tratamiento muestra brutaTratamiento muestra bruta

SecadoSecado

DivisiónDivisión

PulverizaciónPulverización

HomogenizaciónHomogenización ObtenciónObtención

Presión muestraPresión muestraSeparación de fasesSeparación de fases

Sin cambio químicoSin cambio químico

Con cambio químicoCon cambio químico

- Fase sólida- Fase sólida

- Fase gaseosa- Fase gaseosa AdsorciónAdsorción

Adsorbentes Adsorbentes líquidoslíquidos

Adsorbentes Adsorbentes sólidossólidos

HomogeneizaciónHomogeneización

Mezcla en centrífugaMezcla en centrífuga

Pruebas de homogeneidadPruebas de homogeneidad PreconcentraciónPreconcentración

PrecipitaciónPrecipitaciónSubmuestreoSubmuestreo

Por pesadaPor pesadaSubmuestreoSubmuestreo

Por pesada o volumenPor pesada o volumen

Técnicas de MuestreoMuestras Sólidas

En general, la heterogeneidad de las muestras sólidas obliga a diseñar la toma de muestra de forma que la muestra final tenga la máxima representatividad con el mínimo coste económico.

Además se deberán tener en cuenta otros factores adicionales tales como el estado de agregación.

Materia que tiene partículas y que se mueve Toma de muestra en cintas transportadoras

Materia particulada estática Toma de muestra en camiones

Sólidos compactos Toma de muestra minerales rocas Proceso de disminución de tamaño Equipos: Chancadoras, Trituradoras, Tamizadoras, etc.

La toma de muestra se realiza de manera diferente según el líquido se halle en reposo en un solo recipiente o en varios, o que se trate de líquidos en movimiento.

Cuando hay corrientes, la muestra se toma a contracorriente como es el caso de ríos, tuberías, etc.

En líquidos homogéneos suelen bastar con introducir varias veces una pipeta.

Para muestrear botellas o pequeños contenedores se pueden utilizar jeringas.

Técnicas de MuestreoMuestras Líquidas

Técnicas de MuestreoMuestras Líquidas

La toma de líquidos en movimiento puede efectuarse de manera continua o intermitente mediante la colocación de una derivación en la tubería.

Cuando el líquido contiene materias insolubles en suspensión, pero es posible obtener por agitación una suspensión uniforme y estable por lo menos durante el tiempo.

En mezclas de líquidos inmiscibles lo mejor es dejar separar las distintas capas y efectuar diversas tomas de los componentes de cada capa, mezclándolas después en las proporciones adecuadas.

En el caso de muestreo de aire, se hace pasar unacantidad de aire a través de un tren de muestreo quecontiene:Filtro: consta de una membrana (0,45 mm) que retiene laspartículas sólidas.Bomba de aspiración: es una bomba de vacío que haceque circule el aire a través de todo el sistema.Medidor de flujo (velocidad o volumen)Dispositivos de muestreo: el tercer componente del trende muestreo es el colector, que puede ser de dos tiposdependiendo de los contaminantes (aerosol o gaseosa).

Técnicas de MuestreoMuestras Gaseosas

Técnicas de MuestreoMuestras Gaseosas

Teniendo en cuenta el elevado número de matrices posibles a analizar, es imposible dar un esquema detallado de los procedimientos operativos y riesgos de error para cada una de las muestras. Los pasos mas significativos son: Secado de las muestras sólidas y puesta en disolución (disgregación) de la muestra

Preparación de Muestras

Tabla 4.- Perdida de elementos en el secado Tabla 4.- Perdida de elementos en el secado en hornoen horno

ElementoElemento MatrizMatriz Temp.Temp. TiempoTiempo(horas)(horas)

PérdidaPérdida(%)(%)

CdCd HígadoHígado 110110 1616 11CoCo OstrasOstras 110110 2424 1414

CrCr SangreSangre 120120 1616 33

FeFeOstrasOstras

SangreSangre

110110

110110

1616

1616

55

33

HgHg

PlanctonPlancton

HígadoHígado

MúsculoMúsculo

6060

8080

120120

5050

7272

2424

6060

55

2121

PbPb OstrasOstras 120120 4848 2020

MnMn OstrasOstras 110110 4848 1414

ZnZn OstrasOstras 110110 2424 99

Secado de la muestra•Se lleva acabo antes de la homoge-neización de la muestra sólida o de la medida instrumental Secado en horno

• Se introduce la muestra en elhorno controlando adecuadamentela temperatura y el tiempo.

• Temperaturas altas descomponenla muestra y producen perdidas de elementos.

• Temperaturas bajas exponen la muestra a posibles contaminaciones Liofilización

• Consiste en secar la muestra a vacío a muy baja temperatura

Secado de las muestras sólidas

Disolución de las muestras sólidas

Algunos autores denominan DISOLUCION de una muestra, al proceso que utiliza un solvente líquido (generalmente acuoso), y a temperaturas inferiores a los 100 °C, para poner en solución los elementos deseados.

El término DISGREGACION se utiliza para expresar una acción más enérgica, tanto en relación a la temperatura y presión. Habitualmente se emplean en este procedimiento ácidos fuertes concentrados, solos y en mezclas, a temperaturas por encima de los 120 °C, mientras que en el caso de los sólidos fundidos, las temperaturas pueden sobrepasar los 1000°C.

DISOLUCIONDE LA MUESTRA

DISOLUCIONDE LA MUESTRA

VIA SECAVIA SECAVIA SECAVIA SECA

Mineralización en plasmas de en plasmas de oxigeno a bajas temperaturasoxigeno a bajas temperaturasMineralización en plasmas de en plasmas de oxigeno a bajas temperaturasoxigeno a bajas temperaturas

Mineralización a elevada temperatura (horno)

Mineralización a elevada temperatura (horno)

Combustión en frasco deOxigeno (Frasco Schöniger)

Combustión en frasco deOxigeno (Frasco Schöniger)

Técnicas de fusión Técnicas de fusión (Disgregación)(Disgregación)

Técnicas de fusión Técnicas de fusión (Disgregación)(Disgregación)

VIA HUMEDAVIA HUMEDAVIA HUMEDAVIA HUMEDA

Es la etapa previa a la mayoría de los análisis y consiste en convertir los analitos en una forma química para que permanezcan estables en disolución. En la mayoría de los casos el proceso implica la eliminación de la materia orgánica por conversión en compuestos volátiles. Se lleva a cabo por vía seca o por vía húmeda

Es la etapa previa a la mayoría de los análisis y consiste en convertir los analitos en una forma química para que permanezcan estables en disolución. En la mayoría de los casos el proceso implica la eliminación de la materia orgánica por conversión en compuestos volátiles. Se lleva a cabo por vía seca o por vía húmeda

Disolución de las muestras sólidas

MINERALIZACIÓN A ELEVADAS TEMPERATURASMINERALIZACIÓN A ELEVADAS TEMPERATURAS Se basa en someter la muestra a la acción de Se basa en someter la muestra a la acción de

temperaturas elevadas durante cierto tiempo.temperaturas elevadas durante cierto tiempo. La temperatura debe seleccionarse de manera La temperatura debe seleccionarse de manera

que permita una mineralización eficaz sin que permita una mineralización eficaz sin perdidas de analitos por volatilización.perdidas de analitos por volatilización.

Ciertas muestras requieren la adición de Ciertas muestras requieren la adición de agentes estabilizantes para evitar la perdida agentes estabilizantes para evitar la perdida por volatilidad de analitos volátiles.por volatilidad de analitos volátiles.

Se pueden perder elementos como: Ag, As, Cr, Se pueden perder elementos como: Ag, As, Cr, Hg, I, K, Na, Pb, Sb, Se, Sn y Te.Hg, I, K, Na, Pb, Sb, Se, Sn y Te.

Disolución Vía Seca

Disolución Vía Húmeda Una muestra se puede disolver con la ayuda de un ácido cuya naturaleza Una muestra se puede disolver con la ayuda de un ácido cuya naturaleza

depende del tipo de muestra.depende del tipo de muestra. MEZCLAS DE ACIDOSMEZCLAS DE ACIDOS

• Aprovechando sus diferentes propiedades: carácter Aprovechando sus diferentes propiedades: carácter complejante de uno y carácter oxidante del otro (HF+HNO3; complejante de uno y carácter oxidante del otro (HF+HNO3; HF+H2SO4)HF+H2SO4)

• Un ácido modera una propiedad no deseable del otro: (HNO3 Un ácido modera una propiedad no deseable del otro: (HNO3 + HClO4)+ HClO4)

• Los ácidos pueden reaccionar entre si dando productos mas Los ácidos pueden reaccionar entre si dando productos mas reactivos que los ácidos solos (3 HCl + HNO3)reactivos que los ácidos solos (3 HCl + HNO3)

• Un ácido permite eliminar otro no deseado después de haber Un ácido permite eliminar otro no deseado después de haber realizado su efecto (HF+ HCl; HNO3+ H2SO4; HNO3+ H3PO4)realizado su efecto (HF+ HCl; HNO3+ H2SO4; HNO3+ H3PO4)

MEZCLAS DE ACIDOS CON OTROS REACTIVOSMEZCLAS DE ACIDOS CON OTROS REACTIVOS Entre los reactivos mas usados junto a ácidos cabe destacar:Entre los reactivos mas usados junto a ácidos cabe destacar:

• Oxidantes (H2 O2 ; Br2 ; KClO3 )Oxidantes (H2 O2 ; Br2 ; KClO3 )• Electrolitos inertes que aumentan el punto de ebullición Electrolitos inertes que aumentan el punto de ebullición

permitiendo temperaturas mayores (Na2SO4 , (NH4)2SO4 )permitiendo temperaturas mayores (Na2SO4 , (NH4)2SO4 )• Agentes complejantes (citrato o tartrato)Agentes complejantes (citrato o tartrato)• Catalizadores que aumentan la velocidad de disolución de las Catalizadores que aumentan la velocidad de disolución de las

muestras (Cu(II), Hg(II) , V2O5 , ect.)muestras (Cu(II), Hg(II) , V2O5 , ect.)

Una muestra se puede disolver con la ayuda de un ácido cuya naturaleza Una muestra se puede disolver con la ayuda de un ácido cuya naturaleza depende del tipo de muestra.depende del tipo de muestra. MEZCLAS DE ACIDOSMEZCLAS DE ACIDOS

• Aprovechando sus diferentes propiedades: carácter Aprovechando sus diferentes propiedades: carácter complejante de uno y carácter oxidante del otro (HF+HNO3; complejante de uno y carácter oxidante del otro (HF+HNO3; HF+H2SO4)HF+H2SO4)

• Un ácido modera una propiedad no deseable del otro: (HNO3 Un ácido modera una propiedad no deseable del otro: (HNO3 + HClO4)+ HClO4)

• Los ácidos pueden reaccionar entre si dando productos mas Los ácidos pueden reaccionar entre si dando productos mas reactivos que los ácidos solos (3 HCl + HNO3)reactivos que los ácidos solos (3 HCl + HNO3)

• Un ácido permite eliminar otro no deseado después de haber Un ácido permite eliminar otro no deseado después de haber realizado su efecto (HF+ HCl; HNO3+ H2SO4; HNO3+ H3PO4)realizado su efecto (HF+ HCl; HNO3+ H2SO4; HNO3+ H3PO4)

MEZCLAS DE ACIDOS CON OTROS REACTIVOSMEZCLAS DE ACIDOS CON OTROS REACTIVOS Entre los reactivos mas usados junto a ácidos cabe destacar:Entre los reactivos mas usados junto a ácidos cabe destacar:

• Oxidantes (H2 O2 ; Br2 ; KClO3 )Oxidantes (H2 O2 ; Br2 ; KClO3 )• Electrolitos inertes que aumentan el punto de ebullición Electrolitos inertes que aumentan el punto de ebullición

permitiendo temperaturas mayores (Na2SO4 , (NH4)2SO4 )permitiendo temperaturas mayores (Na2SO4 , (NH4)2SO4 )• Agentes complejantes (citrato o tartrato)Agentes complejantes (citrato o tartrato)• Catalizadores que aumentan la velocidad de disolución de las Catalizadores que aumentan la velocidad de disolución de las

muestras (Cu(II), Hg(II) , V2O5 , ect.)muestras (Cu(II), Hg(II) , V2O5 , ect.)

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