TEMA 1: TOMA DE MUESTRA

ETAPAS EXPERIMENTALES DENTRO DE UN PROCESO ANALÍTICO:  muestra -> a) Etapa de operaciones previas // b) etapa de medición y transducción de la señal analítica // c) toma y tratamiento de datos -> resultados

Proceso analítico:

Serie de operaciones analíticas entre la muestra y los resultados.

Muestreo:

Es el proceso de selección de una porción de muestra que sea representativa o proporcione información del conjunto material. El procedimiento de muestreo debe comprobar que la porción de muestra es representativa o se ajusta a los propósitos del análisis.

Técnica analítica:

Principio científico que se ha mostrado útil para proporcionar información sobre la composición de la materia.

Método analítico:

Aplicación efectiva de una técnica analítica en el proceso analítico concreto.

Procedimiento analítico:

Grupo de instrucciones concretas que se deben seguir para aplicar un método a la determinación de un o varios analitos.

Protocolo:

Grupo de instrucciones bien definidas que deben ser seguidas sin excepción si el resultado analítico ha de ser aceptado para un propósito dado.

Muestra a granel:

sin estructura. Cada porción constituye un incremento de muestra.

Muestra manufacturada:

Presenta subunidades homogéneas con entidad propia. Cada porción constituye unidades de muestra.

Lote:

Material completo del que se toman las muestras.

Muestra bruta:

(primaria) Se toma del lote para el análisis o almacenamiento.

Muestra de laboratorio:

(Ensayo o análisis): Reducción de la muestra bruta para analizar.

Porciones de prueba:

(ensayo o análisis): Alícuotas de la muestra de laboratorio.

Muestra aleatoria:

Cogida al azar y representativa de la población

Población:

Lote de muestras

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE LA Metodología ANALÍTICA:

• Muestra: El estado físico, si es estable o no. Si es homogénea o heterogénea. Si se dispone de mucha o poca cantidad. Si presenta una matriz sencilla o compleja.

Conociendo este tipo de información podemos diseñar:  Forma de almacenar u conservar la muestra. Tamaño de la muestra a analizar. Puesta en disolución de la muestra. Necesidad de etapas de limpieza o de separación.

• Analitos
• Recursos instrumentales y humanos
• Coste

REPRESENTATIVIDAD:

Una muestra representativa es aquella que tiene las mismas propiedades y composición que el objeto de estudio.

La muestra analizada debe ser representativa del problema analítico a resolver. La muestra tiene que ser exacta, reproducible, tan similar como sea posible a la entidad global a analizar y poseer sus carácterísticas esenciales: Seleccionar sub-áreas adecuadas y representativas. Métodos de toma de muestra diseñados adecuadamente. Considerar los riesgos de contaminación o de pérdida de analitos. Considerar la variabilidad natural y los posibles factores interferentes.

PRINCIPALES FACTOES QUE INFLUYEN EN LA REPRESENTATIVIDAD DE LA MUESTRA: 1. Estado físico del lote de muestra. 2. Heterogeneidad del lugar de toma de muestra. 3. Número y tamaño de porciones tomadas. 4. Desconocimiento de la estructura de la población objeto de estudio. 5. Conocimiento y control de factores distorsionadores en el momento de la toma de muestra y en transporte y almacenamiento antes de convertir la muestra en las porciones de laboratorio.

EXACTITUD:

Parámetro que mide la calidad de un método analítico. Engloba los errores sistemáticos como a los aleatorios.

HOMOGENEIDAD:

Igualdad en la composición en todas las porciones de una muestra. La homogeneidad de una muestra se comprueba evaluando la concentración de ciertos analitos en alícuotas de distinto peso y/o volumen de la muestra.

• Se podría alterar por el empleo de algún estabilizante, por migración, efecto de bacterias, transporte. Etc.
• Para llevar a cabo estudios de homogeneidad debe utilizarse un método analítico altamente reproducible, con bajo límite de detección, elevada sensibilidad y debe concretarse para que analitos.
• La variabilidad total del análisis disminuye con el aumento de peso de la alícuota.
• Si la variabilidad del método ( S²_A)
  es mayor que la debida a la heterogeneidad de la muestra (S²_M)
  Esta no se puede determinar.

S2T = S2M + S2A

La sistemática a seguir en la evaluación de la homogeneidad de una muestra es: 1. Establecer la variabilidad del método de medida a través de n análisis de un patrón (n=10). Calcular S_A.

2. Tomar n porciones (n=10) de la muestra y repetir los análisis. Calcular ST. 3. Calcular SM por diferencia

ESTABILIDAD:

es la capacidad de un material de muestra para retener la propiedad inicial de un componente medido, por un periodo de tiempo dentro de límites especificados, cuando la muestra se almacena bajo condiciones definidas. Se determina por la disminución de la concentración de analito en un tiempo dado o por la aparición de productos de degradación. La medida de inestabilidad puede describirse como una diferencia absoluta, como un cociente o como un porcentaje de desviación de los resultados obtenidos de la medición a tiempo 0 y después de un periodo de tiempo dado.

ALTERACIONES QUE PUEDE SUFRIR UNA MUESTRA:

1. Efectos físicos: Radiación, temperatura, gravedad. Adsorción, difusión, volatilización 2. Actividad química: Reacciones químicas, oxidación. 3. Actividad biológica: Degradación

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ANALÍTICO:

Primero hay que conocer la causa que origina el problema analítico y planificar una estrategia adecuada para poder encontrar una posible solución. Una vez definido el problema analítico al que nos enfrentamos debemos proceder a diseñar una estrategia de muestreo que nos permita obtener una muestra representativa del problema originalmente planteado. La estrategia se ve influenciada por la procedencia de la muestra, el grado de homogeneidad de la misma (se comprueba evaluando la concentración de determinados analitos en alícuotas de distinto peso y/o volumen de muestra)( CVt^2 = CVm^2 +CVa^2), tipos de analitos, nivel de concentración, exactitud y precisión con que se precisen los resultados; y la estabilidad: capacidad de un material de muestra para retener la propiedad inicial de un componente medido, por un periodo de tiempo dentro de los limites especificados. (Inestabilidad: diferencia absoluta, como un cociente o como un porcentaje de desviación de los resultados obtenidos de la medición a tiempo 0 u después de un periodo de tiempo dado.

DISEÑO DE PLAN DE MUESTREO:

Es un procedimiento predeterminado para seleccionar, tomar, preservar, transportar y prepara las porciones que se han de separar de la población en forma de muestras. En un plan de toma de muestra se considerará los sig. Puntos:

1. Definición de objetivos: El problema a resolver determinará el tipo de toma de muestra a realizar. La toma de muestra deberá adaptarse a cada paso en particular.
2. Selección y definición exacta del lote de muestra y de los analitos a estudiar, asíó como de los métodos analíticos utilizados en el análisis final. El analista deberá decidir sobre los límites físicos y temporales del lote de toma de muestra.
3. Establecimiento del método y del procedimiento operativo de la toma de muestra según criterios estadísticos y dependientes del problema analítico. Si no se pueden aplicar criterios estadísticos será necesario utilizar la experiencia previa del analista, siempre complementada con bibliografía.

El establecimiento del método tiene que incluir la descripción detallada de los métodos experimentales de toma de muestra, incluyendo el equipo y herramientas necesarios, la elección del periodo y del momento de la toma de muestra, así como diseño del calendario para aspectos indirectamente relacionados con la toma de muestra o de los reactivos a adicionar para preservar la muestra durante su transporte y almacenamiento.

Deberán considerarse todas las variaciones posibles en la muestra. Códigos a utilizar en el etiquetado de los contenedores. Volatilidad de algunos analitos, sensibilidad a la luz, inestabilidad térmica, biodegradabilidad, reactividad química, así como los métodos para asegurar su preservación y de la calidad de la muestra. Aspectos legales y seguridad del personal.

1. Establecimiento de las primeras etapas de pretratamiento de la muestra, en especial de las etapas de transformación de la muestra bruta en muestra de laboratorio.
2. Redacción del protocolo final del plan y de la operación de toma de muestra. Anotar cualquier cambio o alteración en el plan de toma de muestra.

ERRORES DE MUESTREO:

Comprobar que el coeficiente de variación o la desviación estándar que vamos a tener no exceda nunca el valor de coeficiente de variación del método de análisis. Para ello, se evalúa el error que vamos a cometer en el punto de análisis y en el muestreo mediante la determinación de diferentes porciones de la muestra y ambos tienen que ser del mismo orden para que la muestra se pueda considerar homogénea. Los errores de muestreo son debidos a operaciones mal hechas y errores aleatorios que van a existir siempre en cualquier procedimiento del laboratorio.

Requisitos básicos para el muestreo:

1. Muestra representativa.
2. La varianza debe ser igual a la varianza total (varianza analítica + varianza de muestreo), SM2 es debida a diferencias entre elementos de la muestra. La varianza analítica es la del procedimiento instrumental de medida y la varianza de muestreo es la del procedimiento del muestreo. La varianza del análisis que siempre se tiene que determinar sobre una porción de la muestra homogénea y que no tenga posibilidad de variabilidad.
   

   So^2 = Sm^2 + Sa^2

3. La varianza del muestro nunca puede ser mayor que la varianza del análisis. Las desviaciones estándar no son aditivos. Las varianzas sí son aditivas. La desviación estándar se expresa en las mismas unidades que el valor que estamos midiendo.

Sa^2 =/> Sm^2

El error total introducido en el proceso de muestreo de be ser menor o al menos del mismo orden de magnitud que el que se cometa en el análisis.

• Para muestras heterogéneas es necesario el tamaño de la porción de muestra a tomar y el número de muestras.
• En muchos casos, la varianza global no se ve disminuida sólo al aumentar el número de muestras tomadas, si no también al aumentar el número de análisis efectuados en cada porción del lote.

Si se considera un mismo número de análisis para todos los incrementos de muestra:

ST2 = SM2/N + Sa2/N na

Decidir: a) Si aumentar el número de análisis de una misma porción de muestra para disminuir la contribución de la varianza de la medida. B) Si aumentar el número de porciones a tomar del lote (aumentar también el número de análisis) para disminuir la contribución de la varianza de la muestra.

No tiene sentido disminuir la contribución de la varianza de las medidas a un valor muy bajo si la contribución de la varianza de las muestras continua siendo muy alta. -> No se recomienda disminuir la varianza de la medida más allá de un 10% de la varianza de la muestra.

TIPOS DE ERRORES DURANTE EL MUESTREO

1. Contaminación

Medio ambiente (Polvo, contaminantes volátiles, herramientas usadas) Muestreo en sí (Conservantes o estabilizantes) Personal que muestrea (Sudor, cosméticos, contacto con la piel)

2. Pérdida de Analitos:

Salpicaduras (Agitación y preparación muestra) Coprecipitación (Sedimentación o precipitación) Volatilización (Secado, evaporación a sequedad y mineralización).

3. Variaciones de la composición química de la muestra:

Pérdida de agua (varía el peso) Adsorción de agua del ambiente (muestras secas) Segregación de partículas sólidas (Diferente tamaño, forma y densidad) Reacciones químicas (Hidrólisis, oxidación, desnaturalización de proteínas por efecto del calor, fermentación, etc.)

ESTRATEGIAS GENERALES DE TOMA DE MUESTRA:

• BASADAS EN CRITERIOS NO PROBABILISTICOS: basada en el juicio del que realiza la toma de muestra. Prioriza un factor experimental. Algunos elementos constituyentes tienen una probabilidad nula de se tomados: toma de muestra dirigida o selectiva. Muestras de conveniencia: se seleccionan en función de la accesibilidad, oportunidad, coste, u otros motivos no relacionados con parámetros de toma de muestra. No se puede predecir el orden de magnitud de los errores cometidos. Es necesario disponer de mucha información previa de la zona y del lote.
• BASADAS EN CRITERIOS PROBABILISTICOS: Se realiza cuando no se dispone de información previa de la población y cuando se busca una muestra lo más representativa posible.Todos los componentes del lote tienen la misma probabilidad de ser tomados y los componentes ajenos la tienen nula.

Se pueden distinguir 2 grandes tipos de estrategias:

• ALEATORIA: Las porciones de muestra se extraen del lote de forma que cualquier porción de la población tiene la misma probabilidad de ser seleccionada. Se utiliza cuando se dispone de poca información del material y en ciertos estudios relacionados con el control de productos manufacturados o la determinación de propiedades físicas, Obliga a tomar más porciones que con otras estrategias.
• SISTEMÁTICA: las porciones de muestra se toman en intervalos predeterminados y definidos en el plan de toma de muestra. Luego se forman muestras compuestas o se analizan individualmente estudiando una variable. El tipo de lote afecta directamente el patrón de toma de muestra. Para lotes discretos puede tomarse una porción individual de forma periódica. Para lotes continuos se pueden transferir porciones a un contenedor y tomar cada vez toda la profundidad de la muestra. Si el lote ocupa una cierta superficie se emplean patrones o plantillas: regulares o irregulares.
• ESTRATIFICADA: Contempla la división de un lote de muestra inicialmente heterogénea en grupos homogéneo en cuanto a propiedades de la muestra, llamada estratos. Dentro de cada estrato se puede seguir cualquier criterio. Las porciones de muestra se toman dentro de cada estrato proporcionalmente a su peso o volumen relativo respecto del total. Los estratos son las diferentes fracciones que tienen distinto material.

Condiciones de mínimo error: 1. Los estratos no tienen que solaparse. 2. La suma de la masa o volumen de los estratos tiene que ser igual a la m o V del lote. 3. No se debe excluir a priori ninguna población. 4. El nº de muestras en cada estrato se pondera respecto a su peso relativo total y respecto a la varianza dentro de cada estrato.

MÉTODOS Y EQUIPOS PARA LA TOMA DE MUESTRA

• SÓLIDOS:

  
  
• Partículas en mov: Cinta transportadora: Llevamos el sólido a través de una cinta y de esta manera, vamos tomando cada cierto tiempo una muestra que sea representativa de todo el material. Maneras correctas de tomar la muestra:
• Todo el flujo de material en una fracción de tiempo prefijada: Modelo estático
• Todo el flujo de material en una fracción de tiempo prefijada: Modelo dinámico, con toma de muestra unidireccional.
• Todo el flujo de material en una fracción de tiempo prefijada: Modelo dinámico, con toma de muestra bidireccional.
• Partículas estáticas: Con una sonda a diferentes profundidades que pueda obtener muestras de secciones en vertical e horizontal. Alto riesgo de falta de representatividad.
• Materiales compactados: Con una sonda a diferentes profundidades. Sondas tipo barrena que llevan acoplado un dispositivo que facilita la perforación y que realizan orificios a través de la masa compacta, o bien taladros de 30 cm de diámetro, que astillan o cortan la muestra.
• 
  

  LÍQUIDOS:

• Muestras en mov. En sistemas abiertos: Parámetros a tener en cuenta: temperatura, caudal, profundidad, distancia de la fuente, etc., que conllevan tener que tomar un alto número de muestras en periodos consecutivos. Se utilizan contenedores en forma de botellas de cuello amplio que descansan en una cesta con un peso y un tapón que puede quitarse en una profundidad predeterminada, para volver a colocar el tapón antes de recuperar la botella con la muestra.
• Muestras en mov. En sistemas cerrados: (tuberías) El parámetro que controla la homogeneidad de la muestra es la velocidad de flujo. Se recomienda crear una turbulencia antes del punto previsto para la toma de muestra, mediante la creación de un ángulo en la conducción o un cambio en el diámetro interior de la tubería, o bien tomar muestras en diferentes puntos transversalmente a la masa líquida. Se toma en la dirección opuesta a la del flujo del líquido.
  El diámetro del tubo de toma, va conectado al recipiente de muestra y deberá adaptarse a la velocidad del flujo.
• Muestras estáticas en sistemas abiertos: (lago o embalse) Será necesario tomar la muestra a diferentes profundidades. -> Con una botella o construyendo una estación permanente de toma, con un sistema preestablecido de toma a diferentes profundidades mediante una sonda de longitud variable, por donde se aspira la muestra, una bomba de succión y un distribuidor automático.
• Muestras estáticas almacenados en contenedores cerrados: PROBLEMA -> posible heterogeneidad de la muestra debido a una estratificación por las diferentes densidades de los líquidos. Hay que tomar porciones a diferentes profundidades con una botella. Otros contenedores se basan en un sistema cilíndricos o rectangular con émbolo que sube hasta una altura determinada, permitiendo el paso del líquido, cerrándose a continuación una vez llenado.
• 
  

  GAS:

• Muestras de gases licuados en cilindros: Se pueden tomar como gases o líquidos dependiendo de la presión de los contenedores. Antes de tomar las porciones de muestra se recomienda abrir las válvulas para llenar las líneas del gas y evitar pérdidas de los componentes más volátiles.
• Muestras de gases en mov.: (Chimeneas de industria) Los valores altos de difusión y el caudal que tienen los gases en esta situación permite formular la hipótesis de que el flujo es turbulento, con lo que la muestra será homogénea en su sección transversal. En cambio, no se puede saber si la composición del gas varía o no con el tiempo, ya que dependerá del proceso de generación de los gases y de la capacidad de éstos para mezclarse antes del punto de toma de muestra. Se recomienda tomar la muestra en intervalos de tiempo predefinidos aleatoriamente o según un patrón sistemático. El equipo tiene que permitir la transferencia de la muestra directamente a un analizador, o a un sistema de recolección, lo que obligan al equipo a trabajar a una temperatura y presión adecuadas para evitar el cambio de composición del gas.
• Muestras de gases almacenados en tanques: PROBLEMA -> Separación en capas de los componentes de la muestra debido a diferentes densidades. Una opción es instalar tanques con ventiladores de circulación que aseguran un óptimo grado de homogeneidad en el momento de la toma. Otra opción es tomar porciones a intervalos aleatorios o continuos para tener información de la heterogeneidad de la muestra.
• Muestras de gases en la atmósfera: Puede haber falta de representatividad. Estrategias a seguir:
• Simultáneamente en diferentes puntos dentro del área a estudiar.
• De forma continua dentro de un periodo y zona preestablecidos.
• De forma discontinua durante un tiempo.

SISTEMAS EXTRACTIVOS:

Deben eliminar los gases no necesarios.

SISTEMAS NO EXTRACTIVOS:

Se pasan por un filtrado y se hace el análisis “in situ”.

Para evitar la toma de muestras en grandes cantidades el equipo se divide en 4 partes:

1. Captadores pasivos: Se basan en la difusión de los contaminantes hacia la superficie de muestración. Suele ser un filtro absorbente específico para ciertos contaminantes gaseosos.
2. Captadores activos: Succionan la muestra que utiliza filtros para retener de forma física o química los analitos a estudiar. Absorción o adsorción y de forma química por precipitación. -> Cannister:
   (Para partículas y gases) Succiona el aire que tiene varios filtros para diferentes analitos gaseosos.
3. Analizadores automáticos: Analizan el analito de interés casi en tiempo real. Muy específicos.
4. Sensores remotos: Se basan en radiaciones de longitudes de onda diversas de tal manera que cualquier contaminante que absorba esa radiación a esa longitud de onda quedará registrado en el receptor de los sensores.

TEMA 2: PREPARACIÓN Y TRATAMIENTO DE LA MUESTRA Y PUESTA EN DISOLUCIÓN

ETAPAS EN LA PREPARACIÓN DE LA MUESTRA:

Pretratamiento:

Etapa intermedia entre la toma y el tratamiento, que incluye las operaciones físicas sobre la muestra antes de iniciar los procesos implicados en su disolución o preparación para el análisis.

Tratamiento:

Etapa que implica someter la muestra a procesos físicos y químicos con o sin reacciones químicas para prepararla para el análisis.

• Sólidos:

  
  Secado, pulverizado y división. Las partículas tienen que ser lo más pequeñas posibles para que al ponerlas en contacto con el disolvente se puedan extraer bien los componentes, ya que a mayor superficie de contacto mayor eficacia en la extracción.
  Para homogeneizar se mezclan diferentes porciones a velocidad elevada.
• 
  

  Líquidos:

  Puede tener sólidos en suspensión por lo que habrá que separarlos, lo mismo nos pasa si tenemos dos líquidos con diferentes densidades. ¿Cómo preconcentrar una muestra sólida? -> coger mayor cantidad de muestra o poner menos volumen de disolvente.

En el caso de las muestras líquidas, la concentración del componente que quiero analizar es la misma que la muestra. Cuando cogemos un volumen, lo medimos y la señal que nos da del componente en ese volumen de muestra es menor que el límite de cuantificación -> Tenemos que preconcentrar para subir por encima del límite de cuantificación.

• Gaseosa:

  
  La muestra se puede obtener de varias formas, o hacemos una presión sobre la muestra para recogerla o un proceso de desorción. Hay que elegir bien el disolvente que vayamos a utilizar. Cuando la desorción no es fácil, porque los componentes se quedan atraídos muy fuertemente sobre el sólido que hemos utilizado para retenerlas, tenemos la opción de aumentar la Ta. Siempre que un material sólido retiene componente sobre su superficie, cuando los queremos pasar a un líquido, la transferencia de materia es mucho más rápida a Ta altas. Cuando aumentamos la Ta se favorece la transferencia de materia de sólido a líquido de forma que sea más eficaz.

Aumentar la Ta, tenemos que evitar que los componentes no sean volátiles, porque si no los perdemos.

• Secado:

  
  
• 
  

  Secado en horno:

  110ºC Evita la descomposición de la muestra con la Ta. No deben perder componentes volátiles. (rocas, minerales)
  Los suelos o sedimentos (más finos): No debe ser superior a 60ºC (pérdida de elementos, volátiles como As, Sb y Hg).
• 
  

  Liofilización:

  Siempre para muestras biológicas.
  La muestra se seca a vacío a la Ta que el N está líquido. Su empleo es recomendado cuando existe un riesgo elevado de pérdidas de analitos o de descomposición de la matriz con el calentamiento empleado. La liofilización es un secado en frio. Primero, la muestra se congela para posteriormente someter el sistema a vacío consiguiendo así que el hielo sublime pasando directamente a vapor de agua, el cual es eliminado automáticamente del sistema.
• 
  

  Trituración:

• 
  

  Muestras duras:

  Poniéndolos en contacto con un material más duro que la muestra, por contacto o por abrasión de forma manual (martillo, morteros) o automática (trituradores de mandíbula, de rodillos, de cono, molino de bolas, molino de anillos y pulverizadores de disco vertical).
• 
  

  Muestras blandas:

  Por agitación o contacto con un sistema más duro. Se aconseja la congelación previa o la trituración en presencia de hielo seco.
• 
  

  División:

• Muestras sólidas:

  
  Sin discriminación respecto al tamaño, densidad o cualquier otra carácterística de las partículas. Se lleva a cabo de manera manual o automática. La concentración será la media y la desviación estándar de varias medidas debe ser bajo. Si se quiere comparar la concentración de diferentes porciones se determinarán los analitos en diferentes alícuotas de las mismas. (Método manual del cono y el cuarteamiento; Divisor automático rotatorio; Divisor mecánico (riffler)).
• 
  

  En fragmentos o partículas:

  Se hace manualmente en un montón cónico de la muestra y se van tomando los 4 cuartiles en que se divide. Se toman incrementos desde la base al vértice.
• 
  

  En forma compacta:

  Serrar el material y recoger el serrín mezclándolo.
• 
  

  Muestras líquidas:

  Se agita para homogeneizar y se divide en alícuotas. Las determinaciones se hacen en las diferentes alícuotas que os darán una media de la homogeneidad en cuanto a la concentración del analito y entres distintas muestras tomadas. El proceso de división se realiza para cada muestra tomada mediante la determinación analítica en una alícuota de la misma.
• 
  

  Muestras gaseosas:

  Se adsorben sobre sólidos, se burbujean sobre líquidos, se licuan y se hacen reaccionar para tener los analitos en disolución, se recogen en recipientes a vacío para después introducirlos en el sistema instrumental.

ALMACENAMIENTO DE LA MUESTRA:

• Congelación (~20ºC)

  
  Adecuada: muestras con actividad enzimática, con actividad biológica, analitos poco estables. Inadecuadas: frutas y vegetales -> licuan
• Refrigeración (+4ºC)
  Adecuada: suelos, minerales, agua, frutas y vegetales. Inadecuadas: las que tienen actividad biológica.
• 
  

  Tª ambiente:

  Adecuada: muestras secas en polvo, minerales, analitos estables. Inadecuada: alimentos frescos y fluidos biológicos.
• 
  

  Desecador:

  Higroscópicas pero menos higroscópicas que el desecante.

Sólidos:

Secar la muestra para eliminar el agua que puede dar lugar a reacciones indeseadas (90 – 110ºC)

Componentes oxidables:

Utilizar recipientes opacos a la luz UV.

Recipientes:

Inertes a la muestra que va a contener.

TIPOS DE CONTENEDORES:

Polímeros, Cerámicos (cuarzo, vidrio, porcelanas, grafito) Metálicos (Platino, Aluminio, acero inoxidable).

• VIDRIO: Muestras sólidas: No interaccionan. No dejar hueco con aire para evitar oxidación de la superficie. Muestras líquidas: acidificar para evitar adsorción de hidróxidos. Los PAH y pesticidas se pueden adsorber (enjuagar con el disolvente) El borosilicato produce contaminaciones por B, Ca, Na, Si, Co o Al, no es adecuado. El HF ataca al vidrio. Para compuestos volátiles por su baja permeabilidad y resistencia a hidrocarburos halogenados y la mayoría de los compuestos orgánicos.
• PLÁSTICOS: Muestras sólidas: Sí, no semisólidas como mantequillas o alimentos con analitos orgánicos a nivel de trazas. Presentan aumento de permeabilidad con la Tª. Hexano, HAc o benceno permean a través del teflón aunque es resistente a ácidos y bases fuertes y a hidrocarburos halogenados. Contiene trazas de Fe y Zn.
• METÁLICOS: El Pt es un contenedor ideal, pero es muy caro.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA DETERMINACIÓN DE ANALITOS ORGÁNICOS:

• Compuestos por C, H, O, N y, en algunos casos, S y halógenos. Lo que define la sustancia es su estructura molecular y no su composición. Existen alrededor de 10 millones de compuestos diferentes.
• El método de análisis no puede alterar el compuesto, o si lo hace debe ser de forma controlada. Ej. Los PAHs son fotosensibles. Conocimiento del analito y matriz.
• Los detectores disponibles no son muchos y generalmente poco específicos. Gran importancia de la preparación de la muestra.

ETAPAS EN LA PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: DETERMINACIÓN DE ANALITOS Orgánicos

1. Extracción:

   
   Separación del analito de la matriz.
2. 
   

   Preconcentración:

   Trazas.
3. 
   

   Limpieza:

   eliminación de posibles sustancias interferentes.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA: DETERMINACIÓN DE ANALITOS Inorgánicos

• Muestras sólidas:

  
  Transformación en fase líquida, lo llevamos a cabo por:
• 
  

  Disolución total:

  Destrucción de la materia orgánica o de otros constituyentes de la matriz que puedan interferir en la recuperación del analito.
• Vía húmeda: Utilizando líquidos.
• Vía seca: con oxígeno. De esta manera la materia se oxida.
• Fusión: muestras duras y resistentes.
• 
  

  Lixiviación:

  Se puede decir que es una ext. Sól-liq que nos proporciona una dón con componentes de nuestro interés, quedando un residuo sólido que contiene la matriz donde se encontraban estos componentes. En este residuo sólido han quedado los componentes que no nos interesan.
• 
  

  Muestras líquidas:

  Eliminación de partículas en suspensión y materia orgánica por diferentes operaciones: Filtración, centrifugación, mineralización y extracción.

DISOLUCIÓN Y MINERALIZACIÓN POR VÍA Húmeda

Transformación de la muestra sólida en fase líquida.

• Sin reacción química:

  
  Dón de numerosas sales y compuestos inorgánicos en agua o dón reguladoras. Se usan disolventes.
• 
  

  Con reacción química:

  La mayor parte de las sustancias necesitan de una reacción química para su disolución. En orden creciente de complejidad se utilizan los siguientes reactivos.
• Ácidos diluidos: metales más electropositivos que el H₂.
• Ácidos concentrados (HNO3, HClO4, H2SO4) y mezclas de ácidos: a) recipientes abiertos. B) Recipientes cerrados a reflujo o presión. C) Ultrasonidos. D) Horno de microondas
• Ácidos + otros agentes: H2O2, KClO3, K2SO4, Na2SO4, (NH4)2SO4

La mayoría de las sustancias necesitan reacción química con un ácido para su disolución. Son procesos ácidos-base y de formación de complejos y oxidación-reducción.

1. Dón en recipientes abiertos:

   
   Método de Kjeldahl: Para atacar la muestra se usa H2SO4(cc). Para que N pase a la forma elemental añadimos una sal para favorecer el proceso, K2SO4. Además, usamos SeO2 como catalizador para acelerar la reacción, que la ponemos a 400ºC durante 60-90 min. A esta Ta se elimina toda la materia orgánica y nos quedamos con el Nitrógeno que tenemos en los componentes de la muestra en forma de metal. Este N lo pasamos a NH3 gaseoso utilizando NaOh generando un vapor de NH3 que posteriormente se destila para recogerlo sobre H3BO3. Este H3BO3 se valora mediante volumetría determinando la cantidad de nitrógeno que tenía la muestra.

LIMITACIONES: a) Se requiere mucho tiempo (de horas a días) b) Existen riesgos de pérdidas de analitos volátiles c) Se requieren elevadas cantidades de reactivos lo que implica elevado riesgo de contaminación de la muestra. D) Aumenta el riesgo de contaminación por deposición de partículas de plvo o bien por interacción de la mezcla con la superficie del contenedor. E) requiere la presencia del operador.

1. Ultrasonidos:

   
   Origina vibraciones que proporcionan agitación de la muestra por generación de burbujas microscópicas que se contraen y expanden y pueden crecer hasta alcanzar el tamaño crítico, punto en el que se colapsan dando lugar a la producción local de elevadas Ta (x>5000K) y presiones (x>100atm) que producen la agitación de la muestra y el resquebrajamiento de las partículas sólidas.
2. 
   

   Reacciones a presión:

   Fundamento similar a las ollas a presión (150 a 220ºC y hasta 40 atm) hace que la eficacia de la interacción muestra disolvente aumente enormemente, lo que implica que se pueda reducir el tiempo de disolución de la muestra. Reducen el tiempo de disolución de la muestra.
3. 
   

   Microondas:

   Usamos recipientes de reacción donde vamos a meter cada muestra, lo cerramos y lo introducimos en un compartimento donde irán todas las muestras. La energía del microondas se pierde a través de los mecanismos de conducción iónica y rotación de dipolos. Intervalo de frecuencia: 300.000 – 350.000 GHz

El rendimiento depende de: 1. Potencia aplicada. 2. Tiempo de tratamiento. 3. Temperatura y presión. 4. Reactivo empleado. 5. Muestras. 6. Campo eléctrico. 7.Conducción iónico.

DISOLUCIÓN Y MINERALIZACIÓN POR VÍA SECA:

Técnica para la eliminación de la materia orgánica y posterior puesta en disolución del residuo por tratamiento con ácidos diluidos inorgánicos y disolventes orgánicos. Hay otra forma de poner muestras en disolución, pero en lugar de hacer el proceso de mineralización en el propio disolvente, se usa para mineralizar la muestra de oxígeno que oxida lentamente la muestra. La desventaja es que son más lentas que en el caso de la vía húmeda. Para llevar a cabo la mineralización por vía seca, usamos:

• Horno:

  
  Calentamos a Tª de hasta 500ºC. Puede haber pérdidas por volatilización (Muflas: Muestra en carcasa, previamente pesada se somete a T controlada y después la disolvemos en un disolvente adecuado). (Peso constante -> muestra preparada (Tª depende la volatilidad de los analitos)).
• 
  

  Plasma de oxígeno a baja temperatura

  Oxidación a temperaturas menores de 200ºC, pequeña cantidad de muestra, tiempos largos, proceso lento. Hay otros dos sistemas que usan Tª bajas y, por tanto, el proceso es mucho más lento. (Se pasa una corriente de oxigeno a baja presión por un campo de alta frecuencia que forma el oxígeno activo y hace posible que se realice a 200ºC. El oxígeno estará en estado excitado. Tiene riesgo de perdida por contaminación -> sistema cerrado // Solo se puede mineralizar pequeñas cantidades de muestra // Tiempo mayor que la mufla.
• 
  

  Frasco de oxígeno:

  Utiliza una volatilización cuantitativa y de absorción en un disolvente. El método resulta de gran utilidad para la determinación de muchos elementos. (Combustión en frasco cerrado enriquecido en oxígeno seguido de una recogida por una disolución absorbente.

Cuando no se puede mineralizar una muestra ni con ácidos ni por vía seca, lo hacemos por descomposición por fusión.

DESCOMPOSICIÓN POR FUSIÓN:

FUSIÓN ® Descomposición por fusión (disolución total) Transformación de la muestra sólida en fase líquida a Tª hasta 1200ºC. Permite poner en disolución aquellas muestras resistentes a su disolución por vía húmeda (cementos, aluminatos, silicatos, aleaciones de Ti y Zr, óxidos mixtos de Ce, W, Si y Al. Presenta gran efectividad por: 1. Elevada temperatura que se alcanza (hasta 1200ºc) 2. Elevada capacidad de disolución de los electrolitos fundidos (d tes muy enérgicos) 3. Comportamiento como ácidos o bases o reactivos redox de los electrolitos fundidos. Limitaciones: 1. Elevada viscosidad del fundido (disminuye la velocidad de difusión de los iones) 2. Formación de productos insolubles en la interfase.

TIPOS DE FUSIONES:

SEGÚN EL CARÁCTER ÁC-BASE DEL FUNDIENTE:

• Fusiones alcalinas: Se utilizan para disolver compuestos sólidos o muestras sólidas que contengan carbonatos, hidróxidos o boratos.
• Fusiones ácidas: Para disolver muestras que contengan disulfatos, fluoruros, óxidos de boro.

SEGÚN EL CARÁCTER REDOX DEL FUNDIENTE:

• Fusiones oxidantes: Cuando utilizamos agentes oxidantes como agentes alcanos + oxidantes peróxidos.
• Fusiones reductoras: Cuando utilizamos agentes reductores como agentes alcalinos + reductores, sulfuros y otros.

TEMA 3: TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN Y/O PRECONCENTRACIÓN DE ANALITOS. ELIMINACIÓN DE INTERFERENCIAS

LIMITE DE DETECCIÓN Y LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN:    LD = 3Sa/b   //   LC = 10Sa/b

CLASIFICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN SE PUEDE RECOGER EN:

• Sólidos con líquidos:

  
  Extracción sólido-líquido (Lixiviación)
• 
  

  Sólido con F. Supercrítico:

  Extr. F. Supercríticos (Lixiviación)
• 
  

  Sólido con gas:

  Extr. En F. Gaseosa
• Líquido con líquido:
  extr. Líquido-Líquido (Diálisis)
• 
  

  Líquido con sólido:

  Extr. En fase sólida (Precipitación)
• 
  

  Líquido con F. Supercrítico:

  Extr. F supercríticos
• Líquido con gas:
  Extr. En fase gaseosa

VENTAJAS DE LA PRECONCENTRACIÓN:

a) Minimiza los efectos de matriz. B) permite la aplicación de una instrumentación más simple. C) facilita los análisis automatizados.

EXTRACCIÓN LÍQ-LÍQ

El principio en el que se basa esta técnica es en la diferencia de solubilidad de un soluto entre dos fases líquidas inmiscibles:

• Fase acuosa: Suele contener el analito cargado, por lo que es muy importante controlar el pH.
• Fase orgánica: fase extractante en la que se puede adicionar:
• Agente extractivo: sustancia disuelta en fase orgánica responsable de transferir el soluto a extraer de la fase acuosa a la orgánica, mediante una reacción con este.
• Modificador: sustancia disuelta que mejora la extracción, aumenta la solubilidad en la fase orgánica del componente a extraer… pero no reacciona con el componente a extraer.
• Extracto: Fase que contiene el analito después de terminada la extracción.

La extr. L-L se utiliza tanto para separar un analito de la fase acuosa en la que se encuentra, como para preconcentrarlo, si el disolvente orgánico con el que se extrae está en menor volumen que la fase acuosa. Necesitamos un volumen mínimo de fase orgánica para extraer cuantitativamente el analito que está en la fase acuosa. Entre ambas fases, se crea un equilibrio de distribución, que viene descrito por la constante de distribución Kd y por la relación de distribución D. Se define Kd cuando se supone que le soluto se encuentra en la misma forma química en las dos fases, pero en la mayoría de los casos esto no ocurre, ya que existen otros equilibrios que influyen en el reparto, dando lugar a Kd condicionales. En estos casos se define un nuevo concepto, la relación de Distribución D.

Kd = [A]o / [A]ac   //   D = [AT]o / [AT]ac

Rendimiento de extracción: %R = Corg*Vorg / (Corg*Vorg) x (Cac*Vac)    //    Mayor D -> mayor rendimiento

TIPOS DE EXTRACCIÓN LÍQ-LÍQ

• Simple:

  
  Cuando la ext. Es muy favorable y sirve para separar una especie con un coeficiente de distribución D muy favorable de otras con D próximo a 0.
• 
  

  Continua:

• 
  

  Repetitiva:

  Varias simples empleando nuevos volúMenes de fases extractante. El equilibrio se alcanza varias veces.
• 
  

  Por recirculación:

  Flujo continuo de disolvente orgánico que atraviesa la mezcla que se quiere separar. Dependiendo de la densidad de la fase acuosa y la orgánica, en ocasiones será la fase acuosa la que quede por debajo y en otras ocasiones la orgánica, de forma que se utilizará un sistema u otro para realizar la extracción.
• 
  

  En contracorriente:

  Permite la separación de mezclas complejas de compuestos que tienen relaciones de distribución del mismo orden. Los disolventes se mueven de forma contraria y se usan tubos de extracción Craig.
• 
  

  Ext. Liq-liq automatizada:

  determinación de Caféína en preparados de ác. Acetil salicílico: a pH básico el ácido queda cargado negativamente, quedando en la fase acuosa y la caféína neutra, quedando en la fase orgánica. A pH ácido, la caféína quedará cargada positivamente sobre la fase acuosa, y el ácido. De forma neutra, quedando sobre la fase orgánica.

Aplicaciones:

1. Separación de cationes inorgánicos (+ acomplejante pasan a f.O.)  y compuestos orgánicos (variando el pH). 2.Preconcentración de cationes inorgánicos y compuestos orgánicos.

EXTRACCIÓN LIQ-SOL (EXT. EN FASE SOLIDA)

Se basa en la diferente afinidad de los analitos por la muestra(liquida o gaseosa)  o por una fase sólida (sorbente) que puede ser de diferente naturaleza (polar, apolar, intercambiador iónico…)

Se lleva a cabo para muestras que presentan gran cantidad de interferencias o que necesitan límites de detección muy bajos.

1. Ext. De analitos en muestras líquidas:

   
   la muestra pasa a través de un lecho de fase sólida que retiene los analitos y, posteriormente, algunos interferentes. Estos se eliminan del lecho y después se eluyen los analitos con un pequeño volumen de disolvente para concentrar la muestra, aumentando los límites de detección y simplificando el análisis.
2. 
   

   Purificación de muestras líquidas (eliminación de interferencias):

   La muestra pasa a través de un lecho de fase sólida que retiene las interferencias mientras que los analitos eluyen. Funcionamiento: Para su aplicación práctica se emplean dispositivos comerciales que contienen entre 50 y 1000 mg de partículas porosas. Cuando la disolu
3. ción que contiene los analitos pasa a través del adsorbente activado, se produce una retención de éstos junto con algunos compuestos interferentes que contienen la muestra. Seguidamente se realiza una etapa de lavado con la que se absorben los interferentes que hayan podido quedar retenidos. Por último, se eluyen los compuestos de interés mediante el paso del volumen necesario de una disolución adecuada.

Capacidad del sorbente:

Máxima cantidad de analito (ode interferentes) que puede ser retenida en una determinada cantidad de sorbente. Cuando todos los centros activos están ocupados, el soluto pasa sin ser retenido.

Volumen de ruptura

Volumen máximo de muestra que puede hacerse pasar a través del sorbente sin que haya pérdidas de analito.

• Cartuchos de extracción en fase sólida de diferente polaridad
• Sistema de vacío para extracción en fase sólida.
• Cartuchos de SPE poliméricos OASIS de Waters
• Intercambiador catiónico

TIPOS DE SORBENTES:

• Sorbentes apolares:

  
  C18, C8, C2, fenil y ciclohexil unido covalentemente a los silanoles de la superficie. Para compuestos orgánicos en muestras líquidas polares. Se eluye con un disolvente orgánico (MeOH, AcCN, EtAc…)
• 
  

  Sorbentes polares:

  Gel de sílice (SiO2 · H2O), la alúmina (Al2O3 · H2O) Para extraer compuestos polares o purificar extractos orgánicos -> adsorben H2O del medio-> calentar antes de usar.
• 
  

  Sorbentes de intercambio iónico:

  Para preconcentrar compuestos orgánicos iónico o fácilmente ionizables.
• 
  

  I. Aniónicos:

  fenoles, ác. Carboxílicos, ác. Ftálicos… (pH básico o superior a su pKa)
• 
  

  I. Catiónicos:

  Anilinas, N-heterociclos (pH ácido o inferior a su pKa)
• 
  

  Sorbentes de exclusión:

  permiten la separación de moléculas en función de su tamaño molecular. Las moléculas menores que los poros pasan y las mayores quedan retenidas. Son geles (bio-gelp)
• 
  

  Sorbentes de afinidad:

  permiten extraer específicamente un compuesto o familia de compuestos de estructura similar. El eluyente desfavorece la reacción aA.

FORMAS DE TRABAJO SEGÚN EL TIPO DE SORBENTE

• Apolares:

  
  Interacción hidrófoba, se eluye con 1-10 mL de MeOH, ACN, EtAc. Para preconcentrar compuestos apolares y muy moderadamente polares.
• 
  

  Polares:

  Sílice (SiO2), Alúmina (Al2O3.H2O) y Florisil (Sílice + MgO). Es necesario calentarlos porque absorben agua. Elución por desplazamiento, a mayor polaridad, mayor elución.
• 
  

  Intercambio iónico:

  Preconcentración de iones y orgánicos iónicos o ionizables. Se extrae al pH al que se encuentren cargados y se eluye al que se encuentren neutros.
• 
  

  Exclusión:

  Geles de poliacrilamida. Las moléculas grandes no pasan los poros y salen mientras laspequeñas entran y salen ralentizando su salida. Para moléculas biológicas.
• 
  

  Afinidad:

  Sílice + anticuerpo. Específico para un compuesto o familia. Fijar a pH = 7.2-7.4 y eluir a pH ácido o básico donde las interacciones Antígeno-Anticuerpo sean bajas.

MICROEXTRACCIÓN EN FASE SÓLIDA

Se basa en la extracción de los analitos de la matriz de la muestra mediante una fibra de sílice fundida que está recubierta de un sorbente, seguida de la desorción de los analitos mediante Tª o un disolvente orgánico.

El principio en el que se basa la SPME es la partición de los analitos entre la matriz de la muestra y el recubrimiento de fibra. Así, el transporte de los analitos desde la matriz de la muestra hasta la fibra comienza cuando la fibra entra en contacto con la muestra y la extracción se considera completa cuando la concentración del analito ha alcanzado el equilibrio de distribución entre la muestra y la fibra. En el proceso de SPME se pueden diferenciar principalmente dos etapas. Una primera etapa de extracción en la que la fibra recubierta del sorbente se pone en contacto con la muestra durante un tiempo y temperatura determinadas, de manera que se produce una migración de los analitos desde la solución a la fibra hasta que se alcanza la situación de equilibrio. Después de esta primera etapa, se realiza la desorción de los analitos retenidos en la fibra.

Existen dos modos de extracción posibles en SPME: directa o en espacio de cabeza.

Extracción (directa o en espacio de cabeza):

1. Atravesar el septum del vial de muestra.
2. Exponer la fibra a la muestra (agitar)
3. Retraer la fibra y extraer el dispositivo

Influyen el pH, la fuerza iónica, Tª y el tiempo de exposición.

Nº de moles retenidos en la fibra = K_fs*V_f*V_s *C₀ / (K_fs*V_f)+V_s      //  Si Vs >> Vf  -> N = K_fs*V_f*C₀

Desorción:

1. Directa:

   
   En el mínimo volumen de un disolvente adecuado con calentamiento suave.
2. 
   

   Térmica:

   Volatilización por calentamiento e introducción directa en el inyector de un CG.

Aplicaciones de SPME: Pesticidas en agua y sueles; fenoles en agua; PAHs en agua y suelos; caféína en café y té; drogas en agua.

EXTRACCIÓN LÍQ-GAS o SOL-GAS (MICROEXTRACCIÓN EN FASE GASEOSA)

Cuando la presión de vapor de los analitos en la matriz es alta, su volatilidad permite utilizar técnicas en la que el reparto del analito se realiza entre una muestra sólida o líquida y una fase extractante gaseosa.

• Ext. En espacio de cabeza estática:

  
  La muestra se coloca en un vial dejando un espacio (espacio de cabeza) suficiente entre la superficie de la misma y el septúm. Se termostatiza el sistema para que los analitos volátiles pasen a la fase gaseosa hasta alcanzar el equilibrio. Finalmente, con ayuda de una jeringuilla se toma una alícuota de la fase gaseosa. Se trabaja a T baja (25-30ºC) que implica que la técnica tenga una limitada sensibilidad.
• 
  

  Ext. En espacio de cabeza dinámica:

  Una corriente de gas inerte pasa por el espacio de cabeza arrastrando de forma continua los analitos, que después son retenidos en un trampa criogénica o en un sorbente adecuado. Al renovar continuamente la fase gaseosa el sistema intentará alcanzar el equilibrio transfiriendo los analitos de forma continua desde la muestra a la fase gaseosa. Una vez finalizada la extracción, los analitos retenidos son desorbidos de forma térmica o con la ayuda de un disolvente.

PURGA Y TRAMPA:

Se burbujea un gas inerte que arrastra los compuestos volátiles. Es necesario agitación. Se introduce en el seno de la muestra un tubo terminado en un filtro de vidrio. Al hacer pasar la corriente de gas es finamente dividida en pequeñas burbujas en el interior de la muestra. Posteriormente los analitos son retenidos en

una trampa criogénica o en un sorbente (tenax u óxido de 2,6-difenileno). La desorción de los analitos siempre se realiza térmicamente. Se puede acoplar en continuo al GC con la ayuda de una válvula de 6 vías.

EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS

El fluido supercrítico más usado es el CO2.

1. Etapa de presurización:

   
   Se eleva la presión del gas a utilizar como solvente a un valor P1 por encima de su presión crítica, Pc; esta operación se realiza por medio de un compresor o bomba.
2. 
   

   Etapa de ajuste de temperatura:

   Se remueve o adiciona energía térmica, ya sea con un intercambiador de calor, baños térmicos o resistentes eléctricas, para llevar el solvente comprimido a la temperatura de extracción requerida, estado que está por encima de su temperatura crítica.
3. 
   

   Etapa de extracción:

   Se conduce el FSC al extractor donde se encuentra la muestra o materia prima que contiene el soluto de interés en la celda de extracción.
4. 
   

   Etapa de separación:

   El FSC se descomprime a una presión P2 inferior a la presión critica pasando esta fase de gas, saliendo al exterior mediante un restrictor o capilar fino que despresuriza el sistema, junto con los componentes extraídos, que pueden ser recogidos de diferentes formas.

Componentes básicos de un extractor: Depósito de fluido (CO2) -> Bomba -> Cámara con modificador o de mezcla (que a su vez está unida a un depósito modificador y a una bomba auxiliar) -> Celda de extracción -> Restrictor -> Sistema de recogida.

SISTEMAS DE RECOGIDA DE COMPONENTES Extraídos CON FSC:

• FUERA Línea:

  
  
• burbujeo directo: sobre un disolvente a la salida del sistema.
• recogida sobre adsorbente por el cual los componentes extraídos tengan mucha afinidad.
• Atrapamiento criogénico sobre un sólido inerte, bajando la temperatura bruscamente de forma que al enfriarse, los componentes extraídos son retenidos.
• 
  

  EN Línea:

  Con sistemas de detección o separación: (UV-Vis; MS; Fía; cromatografía, etc…)

El más usado es el Superfluido de CO2, para favorecer su extracción:

• Aumentar el poder disolvente del CO2 mediante el aumento de temperatura a presión constante o viceversa.
• Añadir un modificador para aumentar la polaridad de este, como pueden ser la acetona o el etanol.

Aplicaciones: (HPAs, PCBs, dioxinas, furanos, fenoles…) en suelos, sedimentos, aire, cenizas… Alimentos; biomedicina (anfetaminas, colesterol, vitaminas) en plasma, suero, fármacos, Antioxidantes, iones metálicos en polímeros, cosméticos.

EXTRACCIÓN SÓL-LÍQ O LIXIVIACIÓN

Lixiviación: separación de analitos de una muestra sólida con una fase líquida a la que se transfieren los analitos. Se utiliza para extraer especies iónicas inorgánicas y orgánicas (sólidas)
, utilizando como extractantes disoluciones acuosas de ácidos y especies orgánicas de diferentes polaridades utilizando disolventes orgánicos. Los analitos que se quieren extraer no deben quedar en el sólido.

Este proceso es muy lento, por lo que debe ser acelerado, mediante el aumento de temperatura o presión.

• Aumento de Tª: favorece la solubilidad y la difusividad de los analitos en el disolvente. Esto se consigue mediante un sistema de calefacción o mediante microondas.
• Aumento de la presión: favoree la penetrabilidad del disolvente en las partículas de la muestra y mejora el transporte de los analitos desde la muestra sólida al disolvente líquido. Esto se consigue mediante calor cerrado o ultrasonidos.
• 
  

  Ext. Mixta. Continua o discontinua:

  mediante extractor Soxhlet: Su funcionamiento consiste en hacer hervir en el matraz el disolvente con el cual se va a extraer los analitos que se encuentra en la muestra sólida depositada sobre el cartucho del “Soxhlet”. Los vapores del disolvente ascienden por el extractor y se condensan en el refrigerante cayendo gota a gota sobre la muestra. La parte soluble, es decir los analitos solubilizados en el disolvente, pasa por gravedad atravesando el cartucho, que es un material poroso al matraz. Desventajas: Analitos termodegradables desaparecen.
• Discontinua: Porque usamos porciones de disolvente “nuevos”.
• Continua: porque se hace repetidas veces con la misma cantidad de analito.

INTERCAMBIADOR IÓNICO:

Es un sólido poroso que tiene la propiedad de fijar iones contenido en una disolución que lo baña, intercambiándolos por otros de las mismas cargas que forman parte de la estructura del cambiador.

El intercambio iónico se puede llevar a cabo de forma estática o dinámica:

1. Conversión de la resina en forma adecuada: Fijación de ion metálico. Aniónica o catiónica según la naturaleza de los analitos que se encuentran en la muestra.
2. Lavado con agua destilada para eliminar iones no retenidos por la resina.
3. Proceso de intercambio: Se añade la muestra, y los iones contenidos en esta se intercambian por los cationes o aniones que forman parte del intercambiador iónico. Un ion se retendrá mejor en la resina cuanto mayor sea su carga y tamaño.
4. Elución de los iones de analito de la muestra retenido en la resina. En el caso de ser cationes, se utiliza un ácido fuerte para eludir, y en el caso de ser aniones una disolución de, NaSO4.

F = (Vo / V1 + V2 + V3) > 1

A la hora de llevar a cabo el intercambio iónico, se pueden presentar 2 tipos de situaciones:

1. Disoluciones con carga electrolítica baja: a) Se pasa la disolución por una resina catiónica o aniónica. B) Se eluye con un eluyente adecuado (resina catiónica: ácido concentrado) (resina aniónica: disolución de sulfatos)
2. Disoluciones con carga electrolítica alta: Se ve afectada la selectividad ya que, si se tienen muchos iones y todos ellos son afines por el intercambiador, es difícil que el ión que me interesa quede retenido. Para solucionar esto: a) Se pueden utilizar intercambiadores con elevada selectividad para el ión traza. B) Se pueden utilizar resinas quelantes, en las que directamente se retiene un ligando cargado capaz de formar complejos con el ión que queremos captar. Hay que regular el pH ya que, la estabilidad de los complejos depende de este, por poderse producir o no reacciones laterales. Además, modificando el pH se podrá favorecer el proceso de extracción haciendo la K condicional de formación del complejo lo más elevada posible.

APLICACIONES: para preconcentración de trazas (fijación de ión metálico -> lavado -> elución); purificación de disolventes y reactivos; separación de interferencias.

OTRAS TÉCNICAS DE AISLAMIENTO Y PRECONCETRACIÓN

Destilación:

obtener el componente más volátil de una mezcla en la forma más pura posible. Obtención de un disolvente altamente purificado. (simple y fraccionada)

• Destilación a vacío:

  
  es una destilación simple o fraccionada a presión reducida, que se consigue conectando el sistema a una trompa de agua o a una bomba de vacío en función de la presión requerida.
• 
  

  Evaporación:

  retener los componentes menos volátiles eliminando el componente más volátil. Eliminación del disolvente dejando lo analitos menos volátiles concentrados.
• 
  

  Evaporación en recipiente abierto:

  Se deja el extracto en un recipiente abierto en campana hasta que el disolvente se evapora.
• 
  

  Evaporación con gas inerte:

  Se pasa un flujo suave de un gas inerte sobre la superficie del extracto contenido en un recipiente. Sometido a calefacción suave.

PROCESOS DE MEMBRANA:

• Filtración:

  
  Ultrafiltración: para macromoléculas disueltas en un fluido se separan de la disolución bajo presión a través de membranas selectivas, pasan el disolvente y analitos de bajo peso molecular.
• 
  

  Ósmosis:

  Paso de disolventes a través de una membrana para igualar la presión: natural e inversa.
• 
  

  Diálisis:

  Separación por tamaños en función de la capacidad de difundir a través de los poros de una membrana semipermeable. Está gobernada por los gradientes de concentración y su eficacia depende de la concentración de analitos, caudal de muestra y disolución y del tipo de membrana. Ext. De bajo Pm.
• 
  

  Pervaporaización:

  Evaporación y difusión de un gas a través de una membrana no porosa en un solo módulo. Las sustancias volátiles presentes en la fase dadora caliente (muestra) se evaporan difundiendo a través de la membrana y el vapor condensa en la superficie de una fase aceptora fría situada al otro lado de la membrana. La diferencia de Tª y como consecuencia la diferencia de presión impulsa al analito al otro lado de la membrana.

EXTRACCIÓN MEDIANTE COPRECIPITACIÓN

Se utiliza como algo excepcional ya que conduce a numerosos errores, debido a las etapas que se llevan a cabo; suelen ser una fuente de impurezas en el precipitado pesable y, por tanto, una fuente de error en el resultado.

Sus compuestos, son habitualmente solubles, resultan arrastrados en la formación de un precipitado puede ser: Oclusión, Adsorción en la superficie o formación de cristales mixtos.

EXTRACCIÓN MEDIANTE TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS:

1. VOLTAMPEROMETRÍA POR REDISOLUCIÓN ANÓDICA

Redisolución de iones metálicos: De barrido lineal (la más sencilla); De impulsos y de onda cuadrada (que son más sensibles)

Se trabaja con tres electrodos:

1. Auxiliar: Para imponer el potencial y evitar que se generan sobrecargas sobre el electrodo indicador sobre el que se lleva a cabo la reacción electroquímica.
2. Indicador: Puede ser de cualquier material sobre el que se pueda depositar la sustancia de interés. El más utilizado es el de Mercurio.
3. Referencia: Electrodo con un potencial fijo y conocido utilizado para medir el potencial del electrodo indicador.

Etapas:

1. Preconcentración catódica (reducción): En ella, el analito se deposita en el electrodo de Mercurio realizándose en general, la electrolisis a potencial controlado. Se suministra un potencial suficientemente negativo para que se reduzcan las trazas metálicas en el electrodo en forma de amalgama o película. Este potencial debe ser mayor que el potencial del electrolito fondo y menor que el potencial donde se alcanza el máximo de intensidad de reducción. El proceso se realiza manteniendo la disolución en continua agitación ya que, la difusión de los iones lejanos a la superficie del electrodo es lenta. El potencial debe estar constante. Forma una amalgama.
2. Reposo: Ya no llegan más iones al electrodo por lo que se terminan por reducir los iones cercanos a la superficie del electrodo. La intensidad de reducción comienza a disminuir por no llegar más iones a la superficie para reducirse. Para que se homogenice en la amalgama.
3. Redisolución anódica (oxidación): los iones depositados en el electrodo se redisuelven, mediante oxidación, pasando a la disolución. El electrodo que ha actuado de cátodo en la etapa de preconcentración, ahora actuará de ánodo. Las condiciones experimentales, son las clásicas de voltamperometría (disolución no agitada, ausencia de oxígeno disuelto, control de temperatura…) La señal electroquímica que se produce durante este proceso se utiliza para determinar la concentración de cada analito. La oxidación se consigue imponiendo un barrido de potencial en sentido positivo mientras se registra la intensidad de corriente. Se alcanza un valor máximo de intensidad cuando se oxide toda la especie de la superficie del electrodo, que depende del tiempo de preconcentración y la cantidad depositada en el electrodo. Para cada analito que se redisuelve aparece un pico cuya altura o área se relaciona con una concentración.

Transporte:

• Migración: Se evita con electrolito de fondo.
• Difusión: Se da en la interfase.
• Convección: Proceso de difusión mediante agitado.
• 
  

  REDISOLUCIÓN POTENCIOMÉTRICA

En la etapa de redisolución, en lugar de lograr la oxidación mediante el barrido de potencial, los iones son oxidados químicamente, mediante un agente con un potencial mayor que el de los analitos, que puede ser un elemento oxidante (Hg(II), Vr(VI) o el oxígeno atmosférico). Se registra durante el proceso de redisolución, el potencial del electrodo en función del tiempo, utilizando los intervalos de tiempo entre los cambios de potencial para determinar la concentración de cada analito.

1. VOLTAMPEROMETRÍA DE REDISOLUCIÓN CATÓDICA

Contrario a anódica, durante la preconcentración, se lleva a cabo la oxidación, y durante la redisolución, la reducción. La determinación de aniones se lleva a cabo por precipitación.

1. REDISOLUCIÓN ADSORTIVA

La preconcentración se lleva a cabo por agitación directamente sobre la superficie del electrodo, quedando la especie (especies orgánicas) adsorbida sobre dicha superficie. No hay ni oxidación ni reducción durante esta etapa, por lo que una vez en la superficie, para llevar a cabo la redisolución, se podrá oxidar o reducir, utilizando potenciales o más bajas o más altos de su potencial, y realizando barrido hacia potenciales mayores o menores.