Humberto Gómez

UNAM
Humberto Gómez Ruiz
Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de México
INE, Abril 2005
muestra
muestreo
análisis
cualitativo
etiquetado
homogenizado
preparación
de derivados
pre-tratamiento
análisis
cuantitativo
análisis de
resultados
separación
conclusiones
HGR/2005
toma de
decisiones
2
HGR/2005
3
Muestreo
• Un procedimiento bien definido por el
cual se toma una parte de una
sustancia, matriz, material o producto,
para su análisis, de manera que ésta
sea una muestra representativa del
todo, o bien de la especificación
apropiada por la cual sustancia, matriz,
material o producto es analizada
NAMAS (1990)
HGR/2005
4
Incertidumbre en el muestreo
• Situaciones de medición
Varianza en la medición despreciable /
varianza en la muestra significativa.
plan de muestreo/número de
muestras
Varianza en la muestra despreciable /
varianza en la medición significativa.
plan de análisis/número de
réplicas
Ambas varianzas significativas
HGR/2005
5
incertidumbre
y±
t ∗ Sm
para n >30
T = 1.96 ≈ 2.0
nm
2∗ S m
y ±
nm
y ±E
donde E es el error
HGR/2005
6
con lo que el error
t ∗ Sm
E=
nm
si despejamos ahora nm
t ∗S
nm =
E
2
2
m
2
si conocemos la varianza de la muestra Sm y
establecemos el error aceptable E, nm nos indica el
número de muestras que se deben analizar
HGR/2005
7
lo mismo ocurre para definir el número de
réplicas que se deben hacer en el laboratorio
t ∗Sa
na =
2
Ea
2
2
y cuando ambas varianzas son significativas
1/ 2
s
s 

Etotal = t +
 nm nmna 
2
m
HGR/2005
2
a
8
Muestra
1
2
3
4
5
un ejemplo
Conc.
a
21.6
b
19.9
S=0.95
c
20.0
X=20.5
a
24.9
b
27.7
S=1.4
c
26.3
X=26.3
a
70.1
b
98.0
S=14.2
c
79.1
X=82.4
a
62.3
b
71.9
S=5.6
c
72.1
X=68.7
a
70.8
b
70.4
c
70.6
Stotal
27.6
Xtotal
53.7
Un análisis preliminar de una
muestra de suelo contaminado
con PCB´s muestra un contenido
promedio de 53.76 ppm y s= 27.66.
Si aceptamos un error de ± 5 ppm
en el resultado tenemos que:
Muestra
±1ppm ±5ppm
1
3.6
0.144
2
7.84
0.31
3
806.56
32.26
S=0.2
4
125.4
5.01
X=70.6
5
0.16
0.006
Total
3069
122
HGR/2005
9
Laboratorios # de réplicas
CLAVE
Cd
s
n
Cu
s
n
Hg
s
n
118
5.753
0.10839
119
0.192
0.003
1
0.008
0.00033
1
126
0.182
0.00218
1
6.111
0.08007
65
5.889
0.03431
12
0.012
0.00022
1
135
166
0.17
0.00272
1
4.84
0.08715
77
0.009
0.00027
1
178
0.208
0.00381
1
6.581
0.06645
45
0.01
0.00016
1
204
1.69
0
1
5.47
0
1
0.01
0
1
234
0.1254
0.00817
1
5.4
0.01688
3
0.0101
0.00011
1
242
0.17
0.00272
1
5.55
0.03704
14
0.0125
0.00031
1
259
0.214
0.00218
1
6.59
0.05447
30
0.0129
0.00014
1
268
0.2
0.00311
1
5.5
0.01746
3
0.002
0.00065
1
278
0.1783
0
1
5.075
0
1
0.0131
0
1
330
0.136
0.00065
1
4.97
0.00136
1
0.0124
0.00038
1
353
1.514
0.00125
1
4.757
0.00507
1
0.01104
0.0043
19
365
0.1897
0.00327
1
5.7261
0.05665
32
0.0142
0.00027
1
434
0.187
0.00496
1
5.57
0.02996
9
0.013
0.00174
3
481
0.201
0.00218
1
6.139
0.02723
8
0.017
0.00109
1
533
0.14
0.00109
1
5.548
0.0049
1
571
0.2967
0.00027
1
5.0212
0.00703
1
0.0596
0.00022
1
591
0.185
0.00136
1
5.006
0.01667
3
0.0099
0.00082
1
611
0.2
0.00545
1
6
0.05447
30
0.0107
0.00087
1
726
2.1
0.07625
59
5.1
0.0817
68
0.011
0.00022
1
777
0.204
0.00327
1
5.452
0.05719
33
833
0.178
0.00185
1
5.55
0.18519
347
0.014
0.00076
1
862
0.18
0.00545
HGR/2005
1
4.85
0.00545
1
0.012
0.00054
10
1
• De manera que el número de muestras
que se deben tomar, así como el número
de réplicas que se deben realizar, están
en función de la variabilidad de la muestra
y la calidad (precisión) del laboratorio.
Los dos definen el costo que tendrá el
análisis.
Si no se cuenta con $$$$ no vale la
pena hacer el estudio ya que no
tendrá significado estadístico
HGR/2005
11
Abundance
TIC: AIRE.D
54000
Ftalatos
52000
50000
48000
46000
44000
42000
MUESTREO SIMPLE
40000
38000
36000
Ftalatos
34000
32000
30000
28000
26000
24000
22000
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
Time-->
MUESTREO COMPUESTO
HGR/2005
12
HGR/2005
13
Tratamiento
de datos
27%
Análisis
6%
Tratamiento
de muestra
61%
Toma de
muestra
6%
R.E. Majors, ”An Overview of Sample Preparation”, LC-GC, 9, 1, 1991
HGR/2005
14
Instrumento; 8%
Calibración; 9%
Integración; 6%
Introducción de la
muestra; 6%
Contaminación;
4%
Columnas; 11%
Tratamiento de
muestra; 30%
Operador; 19%
∼ 50 % error
R.E. Majors, ”An Overview of Sample Preparation”, LC-GC, 9, 1, 1991
HGR/2005
15
Consolidación como una
sub-disciplina analítica
Tratamiento de
Muestra
Muestra
“real”
conversión
• Preconcentración
• Purificación (clean-up)
• Fraccionamiento
• Filtración
• Liofilización
• Extracción
• Derivatización
• Dilución
• Tamizado
• Diálisis
etc.
Matriz susceptible
de ser analizada
Complejidad: involucra
uno (pre-tratamiento) o
más procedimientos
¿Cuales usar?
f
HGR/2005
• Matriz
• Analito
• Equipo analítico
disponible
16
Tratamiento de
Muestra
ARTE versus CIENCIA
Empírico
Científico
Separación
Detección
EXTRACCION
Interacción
Analito-Matríz
Cromatografía de Gases
Cromatografía de Líquidos
Espectrometría de Masas
• Muy estudiado
• Bases teóricas bien
establecidas
• Poco estudiado
• Mal entendido
HGR/2005
17
Clasificación General de las Técnicas de Extracción
Técnicas de Extracción
continuo
Exhaustivas
discontinuo
No
exhaustivas
Purga y Trampa
SPE
“in tube”
SPME
SFE
Exhaustivas
LLE
Headspace
Soxhlet
LLME
Ultrasonido
PFE
HGR/2005
No
exhaustivas
SPME
18
LCGC NORTH AMERICA VOLUME 20 NUMBER 12 DECEMBER HGR/2005
2002
19
LCGC NORTH AMERICA VOLUME 20 NUMBER 12 DECEMBER 2002
HGR/2005
20
Distribución de un plaguicida
HGR/2005
21
Energías de enlace analito-matriz
Kcal/mol
Covalente
100
Iónico
10
Dispersión
Dipolo-dipolo
inducido
HGR/2005
puente de
hidrógeno
dipolo-dipolo
22
k=Cte desorción
D=Coef. difusión
K=Cte Distribución
Proceso extractivo
Muestras heterogéneas
Partícula
A(F,P)
A(M,O)
Dc
A(M,S)
Fluido
K
Df
kd
A(D)
A(M,I)
Material
orgánico
A: analito
M: matriz
S: Superfície
O: Fase Orgánica
HGR/2005
I: Interfase
F: Fluido
P: Poro
D: Disolvente
23
Factores a considerar en la Extracción
Analitos
Muestras
“reales”
Interacciones
Analito-Disolvente
s
da
na
cio
Ad
Interacciones
Fisico-químicas
parámetros físicos
del analito
s
tra
es
Mu
Factores
cinéticos
Solubilidad
Agente
Matriz
extractante
Interacciones fisico- químicas
Expansión
cinética
HGR/2005
24
RESULTADOS
%RECOBRO
%RSD
2 sistemas de SPE en
AGUA POTABLE
SISTEMA
•1,2-Diclorobenceno
EMPORE
38.66
3.91
SPEEDISK
64.06
4.51
%RECOBRO
•Naftaleno
SISTEMA
EMPORE
47.68
4.36
SPEEDISK
76.69
3.26
%RECOBRO
•Hexaclorobenceno
•Fenantreno
%RSD
%RSD
SISTEMA
EMPORE
74.22
6.93
SPEEDISK
84.99
4.58
%RECOBRO
%RSD
SISTEMA
EMPORE
77.94
6.65
SPEEDISK
82.27
6.98
HGR/2005
25
Soxhlet
SFE
25
Eficiencia de extracción (%)
CO2/MeOH
6
4
Muestra de 1.2g de peso
Muestra de 1.0g de peso
Muestra de 1.3g de peso
2
20
15
10
0
1
2
3
4
5
6
7
Metanol
Diclorometano
Hexano
5
0
0
0
4
8
12
16
Tiempo (horas)
Número de extracción
12
Eficiencia de extracción (%)
Eficiencia de extracción (%)
8
10
8
6
MWAE
4
Hexano
Diclorometano
2
0
0
2
4
6
8
Tiempo (min)
HGR/2005
26
HGR/2005
27
AUTO
MUESTREADOR
CROMATÓGRAFO
ESPECTRÓMETRO DE MASAS
HGR/2005
28
Inyector SPLIT/SPLITLESS
HGR/2005
29
Abundance
TIC: MESTE11.D
TIC: MESTE23.D (*)
TIC: MESTE31.D (*)
TIC: MESTE41.D (*)
450000
10.7
13.4
14.0
14.4
400000
EST2
350000
300000
13.7
EST1
EST5
EST4
250000
EST3
200000
SPLITLESS PULSADO
150000
SPLITLESS
100000
SPLIT PULSADO
50000
SPLIT
0
10.50
11.00
11.50
12.00
12.50
13.00
13.50
14.00
14.50
Time-->
HGR/2005
30
Abundance
20 psi 1.0 min
40 psi 0.5 min
20 psi 0.5 min
25 psi 0.5 min
30 psi 0.5 min
2400000
2200000
2000000
1800000
1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
Time-->
HGR/2005
31
OH
Cl
Abundance
Cl
TIC: FEN23.D 10.41Cl
10.84
F
F
Cl
Cl
Cl
CH3
F
Cl
9.49
OH
180000
OH
Cl
Cl
OH
F
F
200000
Cl
Cl
OH
220000
15.34
OH
Cl
10.48
OH
Cl
Cl
OH
160000
4.29
Cl
140000
Cl
7.62
8.10
120000
Cl
OH
Cl
OH
100000
F
OH
80000
2.50
NO2
OH
OH
7.05
60000
OH
O2 N
CH3OH
OH
NH2
NO2
NH2
40000
12.71
NO2
13.72
HN
CH3
O
14.62
9.12
20000
8.36
0
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
Time-->
HGR/2005
32
HGR/2005
33
CUADRUPOLO
TRAMPA DE
IONES
ECD
HGR/2005
34
5,0
4,5
4,0
Area Compuesto Fenólico / Area EI
3,5
3,0
2,5
2,0
2-Fluorofenol (24.8-99.2 ppm)
Pentafluorofenol (25.8-103.2 ppm)
Fenol (20.2-80.8 ppm)
o-Nitrofenol (22.6-90.4 ppm)
2,4-Diclorofenol (22-88 ppm)
4-Clorofenol (22-88 ppm)
o-Aminofenol 21.4-85.6 ppm)
p-Aminofenol (21.4-85.6 ppm)
4-Cloro-3-metilfenol (20.4-81.6 ppm)
2,4,6-Triclorofenol (20.2-80.8 ppm)
2,4,5-Trilclorofenol 20.4-81.6 ppm)
2,3,6-Triclorofenol (21-84 ppm)
1,5
1,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Concentración Compuesto Fenólico / concentración EI [ppm]
Curva de Calibración de 10 a 100 ppm
por SCAN
HGR/2005
35
9
8
Area Compuesto Fenólico / Area EI
7
6
5
Pentafluorofenol (7.74-12.9 ppm)
Fenol (1.01-10.1 ppm)
2-Nitrofenol (4.52-11.3 ppm)
2,4-Dicloro (1.1-11 ppm)
4-Clorofenol (1.1-11 ppm)
o-Aminofenol (4.28-10.7 ppm)
p-Aminofenol (2.14-10.7 ppm)
4-Cloro-3-metil (1.02-10.2 ppm)
246Tricloro (4.04-10.1 ppm)
2,4,5-Tricloro (2.04-10.2 ppm)
2,3,6-Tricloro (4.2-10.5 ppm)
2-Fluoro (1.24-12.4 ppm)
4
3
2
1
0
-1
-2
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
Concentración Compuesto Fenólico / Concentración EI [ppm]
Curva de Calibración de 1 a 10 ppm
por SCAN
HGR/2005
36
Abundance
Scan 3637 (11.674 min): FEN57.D
266
95
90
OH
85
80
75
Cl
Cl
Cl
Cl
70
65
60
55
50
Cl
45
40
35
30
165
25
20
202
15
95
230
130
10
5
0
60 71
83
37 48
40
60
80
141
107
118
100
153
120
140
160
177
188
180
200
214
220
241253
240
260
m/z-->
HGR/2005
37
PENTACLOROFENOL
+.OH
+.OH
Cl
Cl
Cl
H
Cl
Cl
OH
.
.
Cl - COH
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
+
Cl
Cl
m/z = 155
Cl
Cl
Cl
m/z = 184
+
.O
Cl
+
.O
H
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl.
Cl
Cl
m/z = 164
HGR/2005
Cl
Cl
Cl
Cl.
+
+
Cl
m/z = 117
Cl
m/z = 136
38
Abundance
Scan
1202
(4.588
min):
FEN57.D
162
95
90
85
80
OH
75
70
Cl
65
60
55
50
45
40
35
Cl
63
30
98
25
20
15
10
73
5
126
53
37
30
135
82
45
0
40
50
90
60
70
80
90
107
147
191
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
m/z-->
HGR/2005
39
DICLOROFENOL
.OH
Cl
OH
OH
Cl
.
H
.
Cl
- COH
+
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
m/z = 133
m/z = 162
+O
.
- Cl
+O
.
H
Cl
Cl
+
- HCl
-F
+
Cl
Cl
Cl
-CO
Cl
m/z = 117
Cl
m/z = 126
m/z = 126
m/z = 98
Cl
HGR/2005
40
Abundance
Scan 1269 (4.783 min): FEN57.D
128
95
90
85
OH
80
75
70
65
60
55
50
45
Cl
40
35
65
30
25
20
15
100
10
39
5
73
50
92
84
0
30
40
50
60
70
80
113
90
100
110
120
135
130
147
140
150
162
160
170
m/z-->
HGR/2005
41
CLOROFENOL
OH .
+
.O
H
O
+
H
H
H
- CO
H
Cl
m/z = 100
Cl
Cl
Cl
-H
m/z = 128
+
Cl
m/z = 99
HGR/2005
42
6,0
5,5
Area Compuesto Fenólico / Area EI
5,0
4,5
4,0
3,5
Pentafluorofenol (1.29-10.32 ppm)
2-Fluorofenol (1.24-9.92 ppm)
Fenol (1.01-8.08 ppm)
2-Nitrofenol (1.13-9.04 ppm)
2,4-Diclorofenol (1.1-8.8 ppm)
4-Clorofenol (1.1-8.8 ppm)
o-Aminofenol (1.07-8.56 ppm)
p-Aminofenol (1.07-8.56 ppm)
4-Cloro-3-metilfenol (1.02-8.16 ppm)
2,4,5-Triclorofenol (1.01-8.08 ppm)
2,3,6-Triclorofenol (1.05-8.4 ppm)
4-Nitrofenol (1.07-8.56 ppm)
4,6-Dinitro-o-cresol (4.12-8.24 ppm)
4-Acetil-aminofenol (1.05-8.4 ppm)
Pentaclorofenol (0.99-7.92 ppm)
2,4,6-Triclorofenol 1.02-8.16 ppm)
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Concentración Compuesto Fenólico / Concentración EI [ppm]
Curva de Calibración de 1 a 10 ppm
por SIM
HGR/2005
43
HGR/2005
44
HGR/2005
45
peso inicial
Volumen
final
1 ml
Volumen
final
1 ml
Volumen
final
1 ml
Volumen
final
1 ml
Volumen
Ffinal
0.001g
⇒
⇒
⇒
1x10-3
g/L
1mg/L
1ppm
1x10
g/L
1µg/L
1ppb
1x10
g/L
1ng/L
1ppt
1x10
g/L
1pg/L
1ppq
-12
1x
g/L
1fg/L
1ppp
Error
10.03%
10.66%
11.29%
12.09%
13%
1µl
1µl
1µl
1µl
1µl
1x10-12 g
pico
1x-15 g
femto
1x-18 g
atto
1x-21 g
Cantidad 1x10-9 g
inyectada
nano
-9
⇒
Conc.
Inyección
-6
⇒
HGR/2005
-15
46
HGR/2005
47
HGR/2005
48
HGR/2005
49
Compuestos no volátiles,
de alto peso molecular y
además polares
Desconocemos su
toxicidad y persistencia
HGR/2005
50
Acoplamiento HPLC/EM
HGR/2005
51
MASS
SPECTROMETRY
HRMS
MAGNETIC
SECTOR &COMB.
ISOTOPE
ANALYSIS
QUAD´s
&
ION TRAP
TIME OF
FLIGHT
GC
HPLC
CZE
FT/ICR
MS/MS
&
MS/MS/MS
GC
HPLC
CZE
EI
NCI/PCI
PD
FUNDAMENTALS
ORIGIN OF
PRODUCTS
EI
NCI/PCI
PD
MALDI
ES
API
ENVIRONMENTAL
BIOPOLYMERS
GEOCHEMISTRY
THERMODINAMICS
DRUG ANALYSIS
PETROLEUM
PHARMACEUTICAL
MACROMOLECULES
EI
NCI/PCI
PD
STRUCTURE
ANALYSIS
DIRECT
INTROD.
PROCESS CONTROL
HGR/2005
52