Métodos del Analisis Quimico

MÉTODOS INSTRUMENTALES

ESPECTROFOTOMETRIA

Se refiere a la medida de cantidades relativas de luz absorbida por una muestra, en funcion de la longitud de onda.

Cada componente de la solucion tiene su patron de absorcion de luz caracteristico. Comparando la longitud de onda y la intensidad del maximo de absorcion de luz de una muestra versus soluciones standard, es posible determinar la identidad y la concentracion de componentes disueltos en la muestra (solucion incognita).

Las ventajas de la espectrofotometria sobre otros metodos analiticos de laboratorio son varias: es rapida, precisa, versatil, facil de usar y eficiente en costo. Los espectrofotomentros se han mejorado en precision y versatilidad en los ultimos años con los avances de tecnologia, y hoy se consideran indispensables en un laboratorio de quimica analitica.


La espectrofotometria se usa para diversas aplicaciones, como :

analisis cuantitativo y cualitativo de soluciones desconocidas en un laboratorio de investigacion,

estandarizacion de colores de diversos materiales, como plasticos y pinturas,

deteccion de niveles de contaminacion en aire y agua,

y determinacion de trazas de impurezas en alimentos y en reactivos.

Un espectrometro tipico posee cuatro componentes basicos: una fuente de radiacion que tiene intensidad constante en el rango de longitud de onda que cubre ( usualmente es lampara de tungsteno para luz visible,y deuterio para ultravioleta), un compartimiento para la muestra, un monocromador que separa la banda de longitud de onda deseada del resto del espectro y la dispersa al compartimiento de la muestra, y un fotodetector, que mide cuantitativamente la radiacion que pasa por la muestra.

En general, los espectrometros miden en % de transmitancia (T) y absorbancia (A). El porciento de transmitancia se refiere a la cantidad de radiacion que pasa a traves de la muestra y alcanza el detector. Una solucion limpida, no absorbente, mostrara una lectura de 100% de transmitancia en un espectrofotometro calibrado. Las unidades de absorbancia van de 0 a 2. La absorbancia se relaciona con la transmitancia como

A = log 1/T, (logaritmo decimal).

A= 2 – log T%

Esta es una traduccion del catalogo de Cole-Parmer

La espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado en las investigaciones químicas y biológicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia.

CROMATOGRAFÍA

La cromatografía es una técnica que se emplea en el fraccionamiento de proteínas. Consiste en la aplicación de una muestra compleja de proteínas a una columna de cristal en la que se ha situado una matriz sólida porosa que está inmersa en el solvente. A continuación se bombea una gran cantidad de solvente a través de la columna. Las diferentes proteínas se van retrasando de manera distinta según sus interacciones con la matriz, por lo que pueden ser recogidas separadas a medida que son eluidas por el fondo de la columna. Según la matriz escogida, las proteínas se pueden separar de acuerdo a su carga, su hidrofobicidad, su tamaño o su capacidad de unirse a grupos químicos particulares. La pureza de las fracciones obtenidas se suele comprobar mediante la electroforesis en geles de poliacrilamida.

En toda cromatografía hablaremos de los siguientes términos:

-Matriz de la columna. Sustancia que está empapada de solvente y que se empaqueta en la columna. También se denomina el lecho de la columna.

-Longitud de la columna. Longitud del dispositivo en el que se empaqueta la columna. Es importante en algunos tipos de cromatografía como la de filtración en gel y poco importante en otras como la cromatografía de afinidad.

-Volumen de la columna. Volumen total de gel que se empaqueta en una columna cromatográfica.

-Volumen muerto de la columna. Cantidad de solvente que tiene que atravesar la columna para asegurar que se ha reemplazado completamente. Coincide con el volumen de solvente que sale de la columna desde que se aplica la muestra hasta que empieza a salir la primera proteína. En general, y dependiendo del tipo de cromatografía puede ser de 1 a varias veces el volumen de la columna.

-'Run Throught'. Es, en columnas de intercambio iónico o de afinidad, el volumen de solvente más proteínas que atraviesa la columna sin quedar retenido en ella. Correspondería en el caso de la cromatografía de afinidad al volumen de solvente que contiene las proteínas no afines al ligando.

Tipos de cromatografía en columna

El principio de separación de la cromatografía es la aplicación de un criterio de separación a las proteínas que se desplazan a lo largo de una matriz sólida porosa. Este criterio de separación se basa en alguna propiedad que es diferentes entre las proteínas que se quieren separar: peso molecular, carga eléctrica, afinidad de una de ellas por alguna otra, etc... En función de cual sea el criterio de separación que se aplique diferenciamos tres tipos de cromatografía en columna:



Cromatografía de intercambio iónico

La cromatografía de intercambio iónico se realiza sobre matrices que tienen una carga neta, positiva en el esquema. La carga de la matriz de la columna así como la carga de las proteínasmdependerá del pH del solvente y de su fuerza iónica (proporcional a la concentración de iones). En unas condiciones determinadas serán retenidas en la columna las proteínas que tengan una carga complementaria a la de la matriz del gel (las proteínas cargadas negativamente serán retenidas por una matriz cargada positivamente), siendo eluidas las restantes. Para eluir las proteínas retenidas se pueden variar la carga iónica del solvente o su pH de forma que se alcance el punto isoeléctrico de la proteína de interés o el de la matriz, neutralizando de este modo la fuerza que retiene a las proteínas en la columna.

Cromatografía de filtración en gel

La cromatografía de filtración en gel se realiza empleando unas matrices formadas por unas esferas porosas. El volumen de los poros es muy elevado y su diámetro está determinado. Cuando penetran en el lecho de la columna dos proteínas de tamaños tales que una penetra en los poros de las bolas de gel y la otra no, la primera se reparte entre el espacio entre las bolas y el interior de los poros, reduciéndose la concentración en la fase libre entre las bolas. La segunda proteína, por tamaño, sólo puede encontrarse entre las bolas. El flujo de solvente es más elevado entre las bolas que en el interior de los poros de éstas, por lo que el efecto neto es el de acelerar el desplazamiento de las proteínas de mayor peso molecular respecto al de las de menor peso molecular. En esta cromatografía se eluyen primero las proteínas mayores, y en segundo lugar las menores, y tiene una gran influencia en el resultado la longitud de la columna y el volumen de la misma. Columnas largas aseguran separaciones de mayor calidad. Empleando patrones de proteínas de peso molecular conocido se emplea para determinar el peso molecular de proteínas de tamaño desconocido

Cromatografía de afinidad y de inmunoafinidad

En la cromatografía de afinidad las bolas de gel que conforman el lecho de la columna presentan unido en su superficie un ligando, una molécula ante la que tiene afinidad una o más de las proteínas presentes en la mezcla a separar. Al atravesar la columna el ligando secuestra sobre la superficie de las bolas de gel la proteína afín, y deja pasar el resto. La elución de la proteína afín se puede conseguir modificando las propiedades de carga del ligando (variando el pH hasta alcanzar su punto isoléctrico, variando la fuerza iónica del solvente, etc...) con lo que se reduce la intensidad de la interacción hasta anularla.

La naturaleza del ligando es muy variada, puede ser un receptor (proteína) unido a las bolas, que seleccionará su/s ligando/s de una mezcla compleja, o el antígeno empleado en una inmunización el que recubre las bolas y que retendrá del suero del animal aquellos anticuerpos que lo reconocen (anticuerpos purificados por afinidad), o en el caso concreto de la inmunoafinidad el ligando que recubre las bolas son anticuerpos que retienen en la columna a aquellas proteínas que contienen los epítopos que reconocen.

En ocasiones la cromatografía de afinidad se realiza incubando el gel recubierto con el ligando directamente con la solución que contiene las proteínas a purificar. Posteriormente se empaqueta la columna y se procede a la elución, primero de las proteínas no unidas ('run throught') y posteriormente de las retenidas (eluido específico).

POLARIMETRÍA

La polarimetría es una técnica que se basa en la medición de la rotación óptica producida sobre un haz de luz polarizada al pasar por una sustancia ópticamente activa. La actividad óptica rotatoria de una sustancia, tiene su origen en la asimetría estructural de las moléculas

-Los componentes básicos del polarímetro son:

-Una fuente de radiación monocromática

-Un prisma que actúa de polarizador de la radiación utilizada

-Un tubo para la muestra

-Un prisma analizador

-Un detector (que puede ser el ojo o un detector fotoeléctrico)

POLARIMETRÍA

La Polarimetría es la medida y la interpretación del polarización de ondas transversales, la mayoría de las ondas notablemente electromagnéticas, tales como ondas de radio y luz. La polarimetría se hace típicamente en las ondas electromagnéticas que han viajado a través o han reflejado, han refractado, o han difractado de cierto material u objeto para caracterizar ese objeto.

Un polarímetro es el básico instrumento científico hacían estas medidas, aunque este término se utiliza raramente para describir un proceso de la polarimetría realizado por una computadora, por ejemplo se hace en polarimetric radar sintético de la abertura.

La polarimetría de películas finas y de superficies se conoce comúnmente como ellipsometry.

La polarimetría se puede utilizar para medir las varias características ópticas de un material, incluyendo birrefringencia linear, birrefringencia circular (también conocido como rotación óptica o dispersión rotatoria óptica), dicroísmo linear, dicroísmo circular y dispersión.

Medir estas varias características, ha habido muchos diseños de polarímetros. Algunos son arcaicos y algunos están en uso actual. Los polarímetros más sensibles se basan encendido interferómetros, mientras que polarímetros más convencionales se basan en arreglos de filtros polarizantes, placas de la onda u otros dispositivos.

La polarimetría se puede también incluir en el análisis de cómputo de ondas. Por ejemplo, los radares consideran a menudo la polarización de la onda en postprocesar para mejorar la caracterización de las blancos. En este caso, la polarimetría se puede utilizar para estimar la textura fina de un material, ayuda a resolver la orientación de estructuras pequeñas en la blanco, y, cuando se utilizan las antenas circular-polarizadas, resuelve el número de despedidas de la señal recibida ( chirality de ondas circular polarizadas se alterna con cada reflexión).

Rotación óptica que mide

Óptimamente activo las muestras, tales como soluciones de moléculas chiral, exhiben a menudo birrefringencia circular. La birrefringencia circular causa la rotación del polarización de luz polarizada plana como pasa a través de la muestra.

Un polarímetro simple para medir esta rotación consiste en un tubo largo con el plano cristal extremos, en los cuales se coloca la muestra. En cada extremo del tubo está a Prisma de Nicol u otro polarizador. Luz se brilla a través del tubo, y se rota el prisma en el otro extremo, unido a un ocular, hasta que se apaga toda la luz. El ángulo de la rotación entonces se lee apagado de una escala. rotación específica de la muestra puede entonces ser calculado. La temperatura puede afectar la rotación de la luz que se debe explicar en los cálculos.



MÉTODOS CLÁSICOS

GRAVIMETRÍA

Asimismo, se trata de un sistema sumamente valioso en al área de búsqueda de los depósitos minerales, porque permite que se aprovechen al máximo todas las diferencia de gravedad que se suscitan en distintos sectores. Es decir, cuando se produce una gravitación, lo que se genera es una aceleración de un objeto que está realizando una caída hasta dar con la superficie. De esta manera, se puede determinar cuál es la gravitación promedio en la tierra y la misma es de es 9,80665 m/s2.

Por otro lado, muchos cuerpos grandes que se encuentran mineralizados pueden a su vez producir un aumento de la gravitación en una zona específica, justamente porque las rocas que son de mayor densidad tienen la capacidad innata de aumentar la aceleración. Hay otro tipo de gravimetría que es aquella denominada “de precipitación”. En este caso particular, lo que se produce es que una sustancia poco soluble que se encuentra vinculada de manera directa o indirecta con el compuesto que se va a analizar, es decir, con el analito, se logra desprender de la solución primigenia. Posteriormente, la sustancia se filtra, se seca o bien se puede calcinar, siempre con una base determinada en el peso de la sustancia que ha permanecido, conocida más comúnmente con el nombre de residuo. De esta forma, es posible efectuar un cálculo de la cantidad de compuesto que se necesita.

El gravímetro

Con ese nombre conocemos a un equipo que tiene la propiedad de realizar una medición de las diferencias sumamente sutiles que presenta la gravedad, es decir es el instrumento por excelencia de la gravimetría. En primera medida, es importante mencionar que cada una de las balanzas es considerada como gravímetro, justamente porque las básculas son las encargadas del procedimiento de medición del peso de un objeto determinado. Por peso entendemos la potencia específica que aplica la aceleración a un objeto. Lo que se genera es que el objeto quiere bajar, como el ejemplo de la manzana. Es decir, la misma tiene un peso porque quiere caer el piso. Sin embargo, la mano que funciona como sostén no va a permitir que esto ocurra.

Por sobre los sectores que poseen una gravedad mayor, las balanzas van a marcar a un valor elevado, debido a que el objeto ejerce o sufre una fuerza mucho mayor para caerse al suelo. De esta forma, con la denominación gravímetro se hace referencia a una balanza de gran sensibilidad que tiene un peso definido y que es susceptible a padecer todas las diferencias de gravedad.

Método gravimétrico

Este sistema en particular se permite hacer uso de los campos de potencial natural, de una manera análoga al método magnético y a una serie de métodos que trabajan con propiedades eléctricas. El campo de potencial (siempre natural) que se tiene en cuenta se constituye de todos aquellos contribuyentes de las formaciones geológicas. Estos, a su vez, son los constructores de la corteza terrestre, aunque con un cierto límite de profundidad debido al alcance que puede tener el método gravimétrico. Por lo general, se considera como imposible el hecho de intentar realizar una distinción de las contribuciones que se han hecho a este campo, todas ellas provenientes de una formación esencialmente geológica, de todas esas otras contribuciones que son estructuras geológicas pero efectuadas a partir del sistema gravimétrico o de gravimetría.



VOLUMETRÍA

Se emplea, por lo general, para la determinación de caudales muy pequeños y se requiere de un recipiente para recolectar el agua. El caudal resulta de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen. Esto es:

Q = V/T , donde:

Q = caudal en m3/s.

V = volumen en m3.

T = tiempo en segundos.

3.1.4. Método químico

Consiste en la incorporación a la corriente de cierta sustancia química durante un tiempo dado; tomando muestras aguas abajo, donde se estime que la sustancia se haya disuelto uniformemente, se puede determinar la cantidad de sustancia contenida por unidad de volumen y de ahí obtener el caudal buscado. Obviamente, debe asegurarse la absoluta inocuidad de dicha substancia para el ecosistema analizado.

3.1.5. Calibración de compuertas

La compuerta es un orificio, de forma generalmente cuadrangular o circular, en donde se establecen, para determinadas condiciones hidráulicas, los valores del caudal, con respecto a una abertura medida en el vástago de la misma compuerta.

Este principio es utilizado, dentro de la operación normal de una compuerta, para la construcción de una curva característica que nos permita determinar, tomando como referencia la carga hidráulica sobre la plantilla de la estructura, cuál es el gasto en litros por segundo que discurre por el orificio.

Sin embargo, al cambiar las condiciones hidráulicas del cauce natural del cual se está derivando, se produce la variación de las curvas establecidas, razón por la cual es necesario programar una secuencia de aforos para conocer cuál es el grado de modificación de la curva utilizada.