Tratamiento de muestras y técnicas de separación de analitos
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Tema 2: Tratamiento de muestras y técnicas de separación de analitos. ecosistema (¿contaminado?) toma y preparación Tratamiento de muestras (algunas directrices) muestra 1) Toma de una muestra representativa: réplica en miniatura del sistema real 2) Transformación en la forma química y física (sólido, líquido, gas) y la concentración adecuadas al método analítico que se va a emplear sólido, líquido o gas técnica analítica Ejemplo de un análisis químico: Cuantificación de cafeína y teobromina en chocolate 3) Si es posible, extracción del analito de interés o de especies interferentes en las medidas analíticas 4) Homogeneizado de la muestra para el análisis: pulverizado de sólidos, homogeneizado de mezclas y disoluciones 5) Métodos “de campo”: medidas in-situ, teledetección. Paso 2: extracción de los analitos Paso 1: extracción de la materia grasa Paso 3: separación de los analitos Detección por absorción Ultravioleta a 254 nm Paso 4: Calibrado del método y análisis de datos Recta de calibrado para cada analito 1 ¿Qué cantidad de muestra es necesaria? Muestreo: algunas consideraciones mezcla de dos especies A y B con fracciones molares p y q, respectivamente 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⋅ q desviación estándar en NA y NB: s = N⋅p⋅q desviación relativa (%) RA= s/NA x 100 RB= s/NB x 100 (porcentaje mayor para las componentes minoritarias) Constante de muestreo Z : masa de analito tal que R= 1% Métodos de transformación y extracción de gases ¿Qué cantidad de muestra es necesaria? Medidas de 24Na en el hígado x valor medio - disolución - condensación - atrapamiento químico s (desviación estándar) R = s/x % desviación relativa K gas - congelación - adsorción sobre superficies Masa de muestra Masa necesaria si se requiere un valor de R: M = Z/R2 Métodos de transformación y extracción de líquidos - evaporación - ebullición - volatilización de llama o electroquímica líquido o disolución - fusión - disolución - digestión - extracción por recirculación y supercrítica gas extracción líquido-líquido sólido sólido Métodos de transformación y extracción de sólidos sólido - precipitación - congelación - adsorción en poros y superficies líquido o disolución - evaporación/desorción combustión ablación (láser, eléctrica) bombardeo (iones) líquido o disolución gas 2 Extracción de analitos con disolventes Digestión de sólidos: disolución con ácidos, bases, agentes oxidantes (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, HF, NaOH, ...) Familias de analitos y su polaridad (tabla 24.2 libro de Harris) disolución ácida de metales: M + nH+ → Mn+ + (n/2)H2 problema: se forman muchas sustancias volátiles. Se deben usar reactores cerrados y paredes gruesas protonación de aniones de la muestra: H2CO3 (→ CO2), H2S, PH3, H3BO3 , ... formación de haluros metálicos volátiles: HgCl2, SnCl4, No Polares Hidrocarburos saturados y aromáticos Mercaptanos y sulfuros Polaridad Intermedia fuerte Alcoholes Ácidos carboxílicos Fenoles Aminas primarias y secundarias Nitrilos Polaridad Intermedia débil Éteres Cetonas Ésteres Aminas terciarias Nitritos Polaridad Fuerte Polihidroxialcoholes Aminoalcoholes Hidroxácidos Ácidos polipróticos Polifenoles Algunos disolventes típicos en Análisis Químico Isooctano (99ºC) Extracción en fase sólida Disolvente (pto. Ebullición normal) Disolución de la muestra Hexano (69ºC) disolvente 2 disolvente 3 Tolueno (101ºC) Polaridad decreciente Benceno (80ºC) Diclorometano (39ºC) Muestra: disolvente 1 con analitos Acetato de Etilo (77ºC) Cloroformo (61ºC) Etanol (78ºC) Acetona (56ºC) Dimetilsulfóxido (189ºC) matriz sólida Metanol (64ºC) Agua (100ºC) inmiscibles miscibles Métodos de separación y extracción de analitos Extracción: Pasar un soluto de una matriz a otra Extracción Líquido-líquido V Fase 1 V Fase 1 V Fase 2 (VA = VB) Coeficiente de reparto de un analito entre dos matrices (o fases) [C]2 K = [C] 1 K=0.5 K=5 disolvente 1 disolvente 2 disolvente 3 Extracción líquido-líquido Disolventes inmiscibles Coeficiente de reparto y Eficiencia de extracción Fase orgánica [C]1 = q n /V1 [C]2 = (1-q) n /V2 Fase acuosa Disolventes orgánicos CCl4, CHCl3 tolueno, hexano, benceno 3 Extracción líquido-líquido en modo continuo (analito no volátil) disolvente extractor más denso A disolvente extractor menos denso calor B Emerge sólo disolvente B emerge A emerge Columnas cromatográficas modernas Cromatografía de gases Muestra con analitos A, B, C ,D Disolvente con Solutos A y B (fase móvil) Relleno de la columna (fase estacionaria) muestra muestra condensador (refrigerado) Separación cromatográfica clásica en columna Los analitos A y B fluyen con velocidades distintas a través del material de la columna (fase estacionaria) Por su distinta interacción con el mismo detector Horno con columna de separación cromatográfica señal horno A B D C Columna abierta (cromatografía de gases) Columna empaquetada (cromatografía de líquidos) tiempo Fase estacionaria (sólida o líquida) grosor 0.1 - 5 µm diámetro interno columna 0.1 - 0.5 mm 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 Un ejemplo: Separación de hidrocarburos saturados (alcanos) lineales por Cromatografía de gases con Temperatura programada Fase estacionaria (sólido poroso) diámetro interno columna 1 - 5 mm Composición del “Chapapote” del Prestige Fuel pesado (residuo de la destilación del petróleo crudo) Temperatura Programada 50º-250º en 8 min. 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 masas Resultados Hidrocarburos saturados 25 % Hidrocarburos aromaticos 50 % Resinas 10 % Asfaltenos 25 % 4 Vertido del Prestige Hidrocarburos Saturados Hidrocarburos Aromáticos 5
