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78107982 analisis-instrumental2

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Published on March 10, 2014

Author: AnaGabrielaMiranda

Source: slideshare.net

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Cuadro Comparativo
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ANÁLISIS INSTRUMENTAL Presentado por: GERMÁN ANTONIO ARBOLEDA MUÑOZ ALEJANDRO BUSTAMANTE MURIEL NATALIA MARCELA FERNÁNDEZ CRUZ MARIA PAULA FIERRO CADENA YERALDIN LUCIO IDROBO Presentado a: Mag. JULIE QUINTERO UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS INGENIERIA AGROINDUSTRIAL POPAYAN 2011

Análisis Instrumental TABLA DE CONTENIDO Pág. OBJETIVOS INTRODUCCIÓN MARCO CONCEPTUAL 1. ESPECTROFOTOMETRIA 1.1 FUNDAMENTO 1.2 EQUIPO: ESPECTROFOTÓMETRO 1.3 PRINCIPIO FISICO 1.4 RESULTADOS 1.5 APLICACIONES 1.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 2. ESPECTROMETRÍA DE ULTRAVIOLETA-VISIBLE 2.1. FUNDAMENTO 2.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE UV-VISBLE 2.3. PRINCIPIO FISICO 2.3.1 Electrones π, σ y η 2.3.1.1 Transiciones σ σ* 2.3.1.2 Transiciones ησ* 2.3.1.3 Transiciones ηπ* y ππ* 2.4. RESULTADOS 2.5. APLICACIONES 2.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 3. ESPECTROMETRÍA DE INFRARROJO 3.1. FUNDAMENTO 3.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE ABSORCION EN EL INFRARROJO 3.3. PRINCIPIO FISICO 3.3.1 Fuente de Radiación 3.3.2 Sistemas de selección de longitudes de onda 3.3.3 Compartimiento de la muestra 3.3.4 Detector 3.4. RESULTADOS 3.5. APLICACIONES 3.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 4. ESPECTROMETRIA DE MASAS 4.1. FUNDAMENTO 4.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE MASAS 4.2.1 Sistema de entrada de muestras 4.2.2 Cámara de Ionización 4.2.3 Acelerador 4.2.4 Analizadores 4.2.5 Detector 4.3. PRINCIPIO FISICO 4.4. RESULTADOS 5 6 7 10 10 12 12 12 12 13 14 14 15 16 17 17 17 17 19 19 19 21 21 22 23 23 23 23 23 23 24 25 26 26 27 27 27 27 27 28 28 29 2

Análisis Instrumental 5. 6. 7. 8. 9. 4.5. APLICACIONES 4.5.1 Aplicaciones cualitativas 4.5.2 Aplicaciones cuantitativas 4.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES ESPECTROMETRIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA 5.1. FUNDAMENTO 5.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE ABSORCIÓN ATÓMICA 5.3. PRINCIPIO FISICO 5.4. RESULTADOS 5.5. APLICACIONES 5.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES PLASMA ACOPLADO POR INDUCCIÓN 6.1. FUNDAMENTO 6.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE EMISIÓN 6.3. PRINCIPIO FISICO 6.4. RESULTADOS 6.5. APLICACIONES 6.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR 7.1. FUNDAMENTO 7.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE RMN 7.3. PRINCIPIO FISICO 7.4. RESULTADOS 7.4.1 Espectros de líneas anchas 7.4.2 Espectros de alta resolución 7.4.3 Espectros de 13C del adamantano cristalino 7.5. APLICACIONES 7.5.1 Identificación de Compuestos 7.5.2 Análisis cuantitativo de RMN 7.5.2.1 Análisis cuantitativo de grupos funcionales 7.5.2.2 Análisis elemental 7.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES CROMATOGRAFÍA DE CAPA FINA 8.1. FUNDAMENTO 8.1.1 Preparación de placas de capa fina 8.1.2 Desarrollo cromatográfico 8.2. EQUIPO: CROMATÓGRAFO EN CAPA FINA 8.3. PRINCIPIO FISICO 8.4. RESULTADOS 8.5. APLICACIONES 8.5.1 Detección cualitativa rápida deanalitos 8.5.2 Determinación semicuantitativadeanalitos 8.5.3 Aislamiento y purificación parcial deanalitos de una muestra 8.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES CROMATOGRAFÍA LIQUIDA DE ALTA RESOLUCIÓN 9.1. FUNDAMENTO DE LA TECNICA 9.2. EQUIPO: CROMATÓGRAFO HPLC 9.3. PRINCIPIO FISICO 30 30 31 32 33 33 34 34 35 35 36 37 37 37 39 40 41 41 42 42 43 44 45 45 45 46 46 47 47 47 47 48 49 49 49 49 51 51 53 54 54 54 55 55 56 56 57 57 3

Análisis Instrumental 9.3.1Cromatografía de fase Normal 9.3.2Cromatografía de fase inversa 9.3.3 Cromatografía de exclusión por tamaño 9.3.4Cromatografía de Intercambio Iónico 9.3.5 Cromatografía de bioafinidad 9.4. RESULTADOS 9.5. APLICACIONES 9.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 9.6.1 Conservantes antioxidantes 9.6.2 Análisis de carbohidratos en bebidas 9.6.3 Isómeros de Carotenoides 9.6.4 Flavonoides y Fenoles 9.6.5 Lípidos 9.6.6 Acidoslipoico y ácido dihidrolipoico en suplementos alimenticios 9.6.7 Medición de nutrientes liposolubles en tabletas multivitamínicas 9.6.8 4-Hidroxinonenal y otros aldehídos 9.6.9 Surfactantes no iónicos 9.6.10 Carbohidratos simples 9.6.11Contaminantes triptófanos 10. CROMATOGRAFIA DE GASES 10.1 FUNDAMENTO 10.2 EQUIPO: CROMATOGRAFO DE GASES 10.3 PRINCIPIO FISICO 10.4 RESULTADOS 10.5 APLICACIONES 10.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 11. CROMATOGRAFIA IONICA 11.1 FUNDAMENTO DE LA TECNICA 11.2 EQUIPO: CROMATOGRAFO IONICO 11.3 PRINCIPIO FISICO 11.3.1 Resinas de Intercambio Iónico 11.4 RESULTADOS 11.4.1 Preparación de la muestra 11.4.2 Costos 11.5 APLICACIONES 11.5.1 Desionización 11.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES 11.6.1 Tratamiento de Aguas duras 11.6.1.1 Principio 11.6.1.2 Funcionamiento 11.3.1.3 Dibujo esquemático del principio CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA 57 58 58 58 59 59 59 60 60 60 61 61 61 61 61 61 61 61 61 62 62 62 63 63 63 63 65 65 66 66 66 68 68 69 69 69 69 70 70 70 71 72 73 4

Análisis Instrumental OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Determinar los aspectos más importantes y sobresalientes de algunos de los métodos de análisis instrumental. OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar de forma clara y puntual, los aspectos más relevantes de distintas técnicas de análisis instrumental. Interpretar diferencias y similitudes entre las técnicas de análisis instrumental. Deducir las principales aplicaciones de las técnicas al campo científico, en especial en el campo agroindustrial. 5

Análisis Instrumental INTRODUCCIÓN La obtención de información tanto cuantitativa como cualitativa acerca de la composición y estructura de la materia, es una de las necesidades más urgentes de Ingenieros y Científicos vinculados al campo de las ciencias exactas como la Química, Biología o Física. Para esto han sido creadas una serie de herramientas para suplir estos requerimientos. Estos instrumentos han conseguido ser cada vez más avanzados y proporcionar información mucho más confiable, además de facilitar el trabajo para el analizador y brindar mayor credibilidad en sus resultados. El desarrollo de estos métodos instrumentales de análisis ha venido de la mano de la revolución tecnológica producida por el auge de grandes empresas tanto industriales como informáticas, que han permitido mejorar aún mucho más todas las técnicas instrumentales. Aunque muchos de los principios en los que se basan se conocían desde hacemucho tiempo, no se contaba con la suficiente instrumentación e información para desarrollarlas. Estas técnicas presentan grandes ventajas, muestra de ello es el campo de acción tan grande que tienen, abarcando desde las Ciencias tanto Exactas como de la Salud, pasando por las Ingenierías vinculadas al estudio de materia orgánica, llegando incluso hasta gran parte del Campo Industrial, destacándose entre este la industria farmacéutica y la de alimentos. Siendo estudiantes de Ingeniería Agroindustrial, el conocimiento de estas herramientas se hace necesario no solo como parte de la formación sino además como parte de la vida profesional, donde se ve enfrentado a diversos problemas analíticos, para los cuales se debe tener los mejores criterios para desarrollarlos con satisfacción. Debido a que muchos analitos pueden ser determinados por diferentes técnicas, para hacer de su uso algo correcto y pertinente se requiere de la clara comprensión del principio básico de cada una de estas. Esto con el fin de tener el mejor criterio para hacer la elección del método a utilizar, teniendo en cuenta cual brinda la mayor exactitud y precisión, así como cual podría brindar menos limitaciones para el análisis. Es por estas razones, que se ha realizado la presente investigación, basándose principalmente en bibliografía acerca de análisis instrumental. Claro está que aunque no se pretende profundizar los aspectos relacionados con cada técnica, si es importante ser muy puntual en los aspectos más importantes de cada una teniendo en cuenta su fundamento y sus aplicaciones que pueda tener para el campo científico en general y en especial en el campo agroindustrial, que nos concierne.1 1 Autores 6

Análisis Instrumental MARCO CONCEPTUAL Absorbancia: es la cantidad de intensidad de luz que absorbe una muestra Absorción: de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como calor o energía eléctrica. Adsorción: La adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido. Anisotropía: (opuesta de isotropía) es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas. Atomización:Pulverización de líquidos Calor de radiación: Energía calorífica que se transmite por la radiación de ondas electromagnéticas. También llamado calor radiante. Coeficiente de reparto:se define como la relación de las concentraciones en equilibrio (ci) de una sustancia disuelta en un sistema bifásico consistente en dos disolventes considerablemente inmiscibles. Desorción: es el fenómeno por el que una sustancia esté lanzada o a través de una superficie. Proceso es el contrario de absorción (es decir, adsorción y absorción). Esto ocurre en un sistema que está en el estado del equilibrio de la absorción entre la fase a granel (líquido, es decir. solución del gas o del líquido) y una superficie adsorbente (sólido o límite que separa dos líquidos). Efectividad o selectividad de una columna cromatográfica: Se dice que una columna es efectiva cuando las especies a separar se eluyen a velocidades relativas suficientemente diferentes (los picos están suficientemente separados). Eficacia de una columna cromatográfica: Se dice que una columna es tanto más eficaz cuanto menos sea el ensanchamiento de los picos. La eficacia será mayor cuanta más pequeña sea la altura de plato y mayor sea el número de platos. Elución:Es un proceso en el cual los solutos son lavados a través de una fase estacionaria por el movimiento de una fase móvil. Eluyente: Se trata de un disolvente que se usa para llevar los componentes de una mezcla a través de una fase estacionaria. 7

Análisis Instrumental Espectro:Es la imagen o registro gráfico que presenta un sistema físico al ser excitado y posteriormente analizado Espectro electromagnético: electromagnéticas. distribución energética del conjunto de las ondas Espín: se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas, por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor fijo. Factor de retención (k’): también conocida como la relación de capacidad, representa la relación de tiempo que el soluto pasa en la fase estacionaria con respecto al que pasa en la fase móvil. Fase móvil: consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido Flama: Se llama flama a la reacción química de oxidación violenta de una materia combustible, con desprendimiento de llamas, calor, vapor de agua y dióxido de carbono.} Frecuencia:Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Ionización: es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra. Isoterma: Laisoterma es una curva que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan las mismas temperaturas en la unidad de tiempo considerada. Isótopos: diferentes tipos de átomos de un mismo elemento cuyos núcleos difieren en su número de neutrones. Ley de beer: La ley de Beer-Lambert relaciona la intensidad de luz entrante en un medio con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción. Longitud de onda: La longitud de una onda es la distancia que recorre la onda en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos. Por ejemplo, la distancia recorrida por la luz azul (que viaja a 299.792.458 m/s) durante el tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico (o magnético) es la longitud de onda de esa luz azul. Momento magnético: El momento magnético de espín es una propiedad intrínseca o fundamental de las partículas, como la masa o la carga eléctrica. Este momento está relacionado con el hecho de que las partículas elementales tienen momento angular intrínseco o espín, para partículas cargadas eso lleva inevitablemente a que se comporten de modo similar a un pequeño circuito con cargas en movimiento. Mufla:Es una especie de horno, con el cual se alcanzan muy elevadas temperaturas. Se usa generalmente para carbonizar completamente sustancias orgánicas 8

Análisis Instrumental Nebulizador: Un nebulizador es un aparato eléctrico que transforma a los líquidos en un vapor fino o rocío. Planímetro:El planímetro es un aparato de medición utilizado para el cálculo de áreas irregulares. Este modelo se obtiene en base la teoría de integrales de línea o de recorrido. Reflectancia:Cantidad de energía que es reflejada por un objeto luego de que esta incide sobre él. Resolución de espectrómetros: la capacidad de un espectrómetro de masas de distinguir entre masas se expresa normalmente en términos de su resolución. Resolución de una columna: Parámetro que proporciona una medida cuantitativa de su capacidad para separar dos solutos. Debe ser mayor a 1,5 para que se considere buena. Tiempo Muerto: (TM) Es el tiempo que tarda en salir de la columna una sustancia no retenida. Tiempo de Retención: (TR) Es el tiempo entre la inyección de una muestra y la aparición de un pico de soluto en el detector de una columna cromatográfica. Transmitancia: La transmitancia o transmitencia es una magnitud que expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo (potencia). Transición:Una transición es la acción y efecto de pasar de un modo de ser o estar, a otro muy distinto del anterior. Representa un cambio de un estado a otro. Volatilización:Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido 9

Análisis Instrumental 1. ESPECTROFOTOMETRIA La espectrofotometría se refiere a los métodos cuantitativos de análisis químico que utilizan la luz para medir la concentración de las sustancias químicas. Se conocen como métodos espectrofotométricos y según sea la radiación utilizada como espectrofotometría de absorción visible (colorimetría), ultravioleta e infrarroja. 1.1 FUNDAMENTO La espectrofotometría es una de las técnicas más utilizadas para la detección específica de moléculas, y se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza (contaminantes, biomoléculas, etc. Todas las sustancias pueden absorber energía radiante, lo cual indica la absorción y emisión de luz a través de ellas en forma de miles de millones de moléculas energéticas llamadas fotones, los cuales contienen una energía según la teoría de Planck. Las moléculas pueden absorber energía y almacenarla en forma de energía interna (calor) esto permite que se inicien procesos físico-químicos tales como la fotosíntesis en plantas. La mecánica cuántica nos dice que la luz está compuesta como ya se mencionó, por fotones; cada uno de ellos contiene energía especial: E foton hv  hc  Donde c es la velocidad de la luz, v es su frecuencia,  su longitud de onda y h  6.61034 J  s (constante de Planck). Cuando decimos que una sustancia química absorbe luz de longitud de onda  , esto significa que las moléculas de esa sustancia absorben fotones de esa longitud de onda. Generalmente la absorción de luz en el ultravioleta cercano   (325  420nm) y en el visible   (420  900nm) absorbe un fotón en este intervalo espectral, se excita pasando un electrón de un orbital del estado fundamental a un orbital en estado excitado de energía superior. de esta manera la molécula almacena la energía del fotón. A  hv( E )  A  E ( A ) E ( A)E foton Como la mayoría se conserva, la diferencia de energía entre el estado fundamental de la molécula A y su estado excitado A debe ser exactamente igual a la energía del fotón. Es decir, una molécula solo puede absorber fotones cuya energía hv sea igual a la energía de un estado molecular excitado. Cada molécula tiene una serie de estados excitados discretos (bandas) que dependen de su estructura electrónica y que la distinguen del resto de moléculas. Como consecuencia el espectro de absorción, es decir la luz absorbida en función de la longitud de onda, constituye una verdadera señal de identidad de cada sustancia o molécula. Por lo tanto se tiene que la absorción de luz incrementa la energía de una molécula, y que la emisión de luz reduce su energía. 10

Análisis Instrumental Selector de longitud de onda (monocromador) Fuente de luz Po P Muestra Detector de luz b En la figura anterior se puede apreciar el principio de la medición espectrofotométrica. Cuando una muestra absorbe luz, la potencia radiante del haz de luz disminuye. La potencia radiante P (intensidad de la radiación después de pasar por un medio), se evalúa como energía por segundo en una unidad de tiempo por unidad de área del haz de luz. La grafica muestra que la luz se hace pasar por un monocromador (un prisma, una rejilla de difracción o un filtro) para aislar una sola longitud de onda. Esta ultima de potencia radiante Po, incide sobre una muestra de espesor b. La potencia radiante del haz emergente es P; la muestra puede absorber una fracción de la luz, de manera que PP0 . La transmitancia T, se define como la fracción de la luz incidente que sale de la muestra. T P Po La absorbancia Por lo tanto, T varia de cero a uno ( 0 T  1 ). A se define como: P  A  log10  o    logT P Cuando no se absorbe luz, P  P y entonces  A  0 . Cuando se absorbe 90% de la luz, o 10% de ella se transmite y P  PO 10 . Con esto se tiene A  1 . Cuando solo se transmite el 1% de la luz, A  2 . La absorbancia también se llama a veces densidad óptica, que se abrevia DO y en ocasiones se representa por E. También conocida como la fracción o “trozo” de potencia radiante incidente que absorbe la muestra. La importancia de la absorbancia estriba en que es directamente proporcional a la concentración de la especie absorbente en la muestra: A   bc (Ley de Beer)  = Constante de proporcionalidad denominada absorbilidad molar b = longitud del camino óptico c = concentración de la muestra 11

Análisis Instrumental 1.2 EQUIPO: ESPECTROFOTÓMETRO http://perso.wanadoo.es/sergioram1/espectrofotometria.htm 1.3 PRINCIPIO FISICO El principio del Espectrofotómetro está basado en la Ley de Lambert-Beer, que relaciona la intensidad de luz incidente y la de la luz transmitida, cuando es atravesada una longitud de onda de un medio que absorbe. Si se registra la transmitancia cuando lo que realmente se desea es la absorbancia, se puede utilizar la ecuación de definición anteriormente dada para convertir una en otra y obtener la medida que se desea. 1.4 RESULTADOS Generalmente los resultados obtenidos en graficas muestran unas respuestas dadas por la longitud de onda del haz de luz vs la absorbancia (transmitancia deducible por formula), la cual indica la relación del medio (coeficiente de absorción, índice de refracción, etc), esto conforme a la ley de Beer, la cual dice que la absorbancia es proporcional a la concentración del cromóforo absorbente y al espesor de la celda. También se pueden encontrar respuestas con base en graficas entre longitud de onda vs índice de refracción del medio las cuales hablan de cómo se desviara o cambiara la longitud de onda  respecto a tipo de material o medio por el cual se desplace. Curva de Calibración: Con los datos de la parte recta de la curva de Ringbom se construye la curva de calibración Absorbancia (en la ordenada) vs. Concentración (en laabscisa) previo ajuste de los datos por mínimos cuadrados (que incluyen el punto 0.0, 0.0000) revisando que el coeficiente de correlación sea estadísticamente significativo. La gráfica de la recta de calibración debe incluir los puntos experimentales. La recta ajustada también se conoce con el nombre de curva de trabajo. 1.5 APLICACIONES Para que un compuesto pueda ser analizado mediante espectrofotometría debe absorber luz, y esta absorción debe ser distinguible de otras absorciones de especies presentes en la muestra. 12

Análisis Instrumental En vista de que la mayoría de los compuestos absorben la radiación ultravioleta, estos resultados suelen dirigirse al espectro visible. Sin embargo, cuando no hay especies que interfieran, la absorbancia ultravioleta suele ser muy útil. Las soluciones de proteínas normalmente se analizan en la región de ultravioleta a 280 nm, debido a que los grupos aromáticos presentes en casi todas las proteínas tienen una máxima absorbancia de 280 nm.El hierro para biosíntesis se transporta en el flujo sanguíneo unido a la proteína transferrina. El procedimiento que se utiliza para medir el contenido de hierro en esa proteína de transporte. Este análisis es muy sensible ya que necesita 1 g 106 g de hierro para obtener una exactitud de un rango entre el 2-5%. La sangre humana contiene normalmente 45% (V/V) de células y 55% de plasma (liquido). Si la sangre se colecta sin un anticoagulante, se coagula, y el líquido que queda se llama suero. 1. El Fe (III) en la transferrina se reduce a Fe (II), y de este modo se separa de la proteína. Los agentes reductores que se emplean normalmente son clorhidrato de hidroxilamina ( NH3OH  Cl  ), acidotioglicolico o ácido ascórbico Vita. C. 2. Se agrega ácido tricloroacético (Cl3CCO2 H ) para precipitar todas las proteínas, dejando al Fe (II) en solución. Las proteínas se eliminan por centrifugación. Si se les dejara en solución, precipitarían parcialmente en la solución final. Las partículas de precipitado serian consideradas erróneamente absorbentes de luz por el espectrofotómetro. 3. Un volumen medido del líquido sobrenadante que se obtuvo en el paso 2 se transfiere a un recipiente y se trata con un exceso de ferrozina para formar el complejo purpura, y se mide su absorbancia. También se agrega una solución patrón para mantener el pH en un intervalo en el que la formación del complejo ferrozina-hierro sea cuantitativa. En la mayoría de los análisis espectrofotométricos es importante preparar un blanco que contenga todos los reactivos, pero en que el analito se ha sustituido por agua destilad. Cualquier absorbancia del blando se debe al color de la ferrozina no complejadamas el color de las impurezas de hierro en los reactivos y en el material de vidrio. La absorbancia del blanco se resta se resta de todas las absorbancias antes de hacer cualquier cálculo. 1.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES El primer uso industrial de la espectrofotometría y colorimetría estuvo en la industria de la pintura. El objetivo principal era intentar mantener las partidas de pintura lo más similares posible entre ellas y así reducir al mínimo las diferencias cuando se debía retocar de nuevo la pintura. Al final de los años ochenta, los primeros espectrofotómetros y especialmente la colorimetría se abrieron camino en las imprentas. La industria química, petroquímica, farmacéutica, del vidrio, pinturas, papel, automotriz, textil entre otras, requieren de instrumentos ópticos (espectro colorímetros, colorímetros y espectrofotómetros) para llevar a cabo las mediciones de color de manera confiable (análisis cualitativo, medición de color, pureza, control de calidad, aceptación o rechazo de producto terminado, anuncios y seguridad, uniformidad e igualación del color, etc.), por lo que se requiere calibrar los equipos y asegurar su trazabilidad a patrones nacionales y con ello determinar la exactitud y compatibilidad de los resultados de las mediciones 13

Análisis Instrumental 2. ESPECTROMETRIA DE ULTRAVIOLETA-VISIBLE 2.1 FUNDAMENTO DE LA TÉCNICA La espectrometría de Ultravioleta Visible utiliza radiación electromagnética (luz) de las regiones visible, ultravioleta cercana (UV) e infrarroja cercana (NIR) del espectro electromagnético (160nm - 780nm). La radiación absorbida por las moléculas desde esta región del espectro provoca transiciones electrónicas que pueden ser cuantificadas. Esta se basa en la medida de la transmitancia T o de la absorbancia A de disoluciones que se encuentran en cubetas transparentes que tienen un camino óptico de b cm. Normalmente, la concentración c de un analito absorbente está relacionada linealmente con la absorbancia como representa la ecuación: Esta ecuación es una representación matemática de la Ley de Beer Término y Símbolo* Definición Nombre y símbolo alternativo Potencia Radiante P, P0 Energía (en ergios) de la Intensidad de la radiación I, I0 radiación que incide en el detector, por cm2 y por segundo Absorbancia A Densidad Óptica D; extinción E Transmitancia T Transmisión T Camino óptico de la radiación b Absortividada Absortividad molar --- l, d Coeficiente de extinción k Coeficiente de extinción molar *Terminología recomendada por la American ChemicalSociety (Anal. Chem., 1990, 62, 91) Atenuación de una radiación con una potencia inicial P0 por una disolución que contiene c moles por litro de soluto absorbente y con un camino óptico de b cm P < P 0 14

Análisis Instrumental La ley de Beer describe de forma correcta el comportamiento de absorción de un medio que contiene concentraciones de analito relativamente bajas; en este sentido es una ley límite. A concentraciones altas (generalmente >0.01M), la distancia media entre las moléculas responsables de la absorción disminuye hasta el punto en que cada molécula altera la distribución de carga de las moléculas vecinas. Esta interacción, a su vez, puede alterar la capacidad de las moléculas para absorber la radiación de una determinada longitud de onda. Como la magnitud de la interacción depende de la concentración, la aparición de este fenómeno da lugar a desviaciones de la linealidad entre la absorbancia y la concentración. 2.2 EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE UV-VISIBLE El científico interesado en medidas de absorción en las regiones ultravioleta, visible e infrarrojo cercano no dispone de cien o más modelos de instrumentos para elegir. Algunos son sencillos y baratos (unos cientos de dólares); otros son equipos complejos, informatizados cuyo precio asciende y supera los 30.000 dólares. Para muchas aplicaciones, los instrumentos más sencillos proporcionan información tan rápida y satisfactoria como la obtenida con los equipos más sofisticados. Por otra parte, los instrumentos más complejos se han desarrollado para realizar tareas difíciles, que requieren mucho tiempo, o imposibles de realizar con los más sencillos. Los instrumentos para medir la absorción de radiación ultravioleta, visible y en el infrarrojo cercano están compuestos por uno o más de los siguientes componentes: (1) Fuentes, (2) selectores de longitud de onda, (3) recipientes para la muestra, (4) detectores de radiación y (5) procesadores de señal y dispositivos de lectura. Espectrómetro de UV-Visible. Fuente: http://ictp.csic.es 15

Análisis Instrumental Diseños instrumentales para fotómetros y espectrofotómetros: (a) instrumentos de Haz sencillo, (b) instrumentos de doble haz con haces separados en el espacio, (c) instrumentos de doble haz con haces separados en el tiempo. SKOOG 5 ED 2.3 PRINCIPIO FÍSICO Una molécula es capaz de absorber radiación ultravioleta-visible, causando una excitación electrónica. El tiempo de vida de la especie excitada es breve (10 -8 a 10-9 s), su existencia termina por un proceso de relajación. La forma de relajación más común supone la conversión de la energía de excitación en calor. Existen tres tipos de transiciones electrónicas y las especies absorbentes se clasifican dentro de esa base. Dichas transiciones incluyen: (1) electrones π, σ y η, (2) electrones d y f, (3) electrones de transferencia de carga. 16

Análisis Instrumental 2.3.1 Electrones π, σ y η Todos los compuestos orgánicos son capaces de absorber radiación electromagnética porque todos contienen electrones de valencia que pueden ser excitados a niveles de energía superiores. A menor longitud de onda, mayor energía absorbida. La energía para los distintos tipos de orbitales moleculares difiere significativamente. Las transiciones electrónicas entre los distintos niveles de energía se pueden producir por absorción se radiación. Son posibles cuatro tipos de transiciones: σ σ*, ησ*, ηπ* y ππ*. 2.3.1.1 Transiciones σ σ* En este caso, un electrón de orbital sigma enlazante de una molécula se excita al correspondiente orbital antienlazante mediante la absorción de radiación. La energía requerida para esta transición es grande. El metano, por ejemplo que solo contiene enlaces sencillos C-H y que solo puede sufrir transiciones se este tipo, presenta un máximo de absorción a 125nm. 2.3.1.2 Transiciones ησ* Los compuestos saturados que contienen pares de electrones no compartidos son capaces de sufrir estas transiciones. Estas requieren menos energía que las anteriores y se pueden producir por radiación e la región comprendida entre 150 y 250nm, apareciendo, la mayoría de los picos de absorción, por debajo de 200nm. 2.3.1.3 Transiciones ηπ* y ππ* Esta es la más usada en las aplicaciones de esta espectrometría porque la energía utilizada para estos procesos produce picos de absorción dentro de una región espectral experimentalmente accesible (200 a 700nm) 17

Análisis Instrumental Características de absorción de algunos cromóforos comunes. SKOOG 5 ED La luz visible o UV es absorbida por los electrones de valencia, éstos son promovidos a estados excitados (de energía mayor). Al absorber radiación electromagnética de una frecuencia correcta, ocurre una transición desde uno de estos orbitales a un orbital vacío. Las diferencias entre energías varían entre los diversos orbitales. Algunos enlaces, como los dobles, provocan coloración en las moléculas ya que absorben energía en el visible así como en el UV, como es el caso del β-caroteno. Cuando un haz de radiación UV-Visible atraviesa una disolución conteniendo un analito absorbente, la intensidad incidente del haz (P0) es atenuada hasta P. Esta fracción de radiación que no ha logrado traspasar la muestra es denominada transmitancia (T). Por aspectos prácticos, se utilizará la absorbancia (A) en lugar de la transmitancia, por estar relacionada linealmente con la concentración de la especie absorbente según la Ley de Beer. 18

Análisis Instrumental 2.4 RESULTADOS Las aplicaciones de la espectrofotometría ultravioleta y visible en el análisis cualitativo están en cierta medida limitadas, ya que el número de máximos y mínimos de absorción es relativamente pequeño. Por tanto, una identificación inequívoca es a menudo imposible. En espectroscopia molecular cualitativa existen diferentes tipos de registros espectrales. Lo más habitual es representar en ordenadas el porcentaje de transmitancia, la absorbancia, el logaritmo de la absorbancia o la absortividad molar. En abscisas es habitual representar la longitud de onda o el número de onda, aunque en algunas ocasiones se emplea la frecuencia. La figura muestra el efecto de la concentración de analito en tres de los modelos de registros más comunes. Al comparar los registros (a) y (b) se observa que en el registro de absorbancia las diferencias entre las alturas de los picos en función de la concentración son mayores que en el registro de transmitancia. Por otra parte, las diferencias entre las curvas son mayores cuando las transmitancias son elevadas. Un registro en el que en ordenadas se representa el logaritmo de absorbancia, conduce a una pérdida de detalle espectral, pero es conveniente para comparar espectros de disoluciones de distintas concentraciones, ya que las curvas se desplazan la misma magnitud a lo largo del eje vertical para múltiplos iguales de concentración. 2.5 APLICACIONES Las aplicaciones de los métodos de absorción ultravioleta/visible no sólo son numerosas sino que abarcan todos los campos en los que se demanda información química cuantitativa. Por ejemplo, se ha estimado que solamente en el campo de la sanidad, un 95% de las determinaciones cuantitativas de llevan a cabo por espectrofotometría de ultravioleta/visible. 2.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES Estudio de estabilidad térmica de aceites vegetales comestibles. Tiene gran importancia con fines de identificación, como criterio de pureza o para control de calidad  Análisis químicos y texturales, estudio de aleaciones, soldaduras, etc. 19

Análisis Instrumental        Microanálisis no destructivo de muestras valiosas (joyería, gemología, etc.) Análisis de pigmentos industriales. Determinación de estructuras moleculares en cristales. Identificación y análisis de compuestos orgánicos. Determinación de estructuras moleculares en cristales. Identificación de material particulado (látex, liposomas, arcillas, etc.) Determinación de contaminantes orgánicos, inorgánicos y pesticidas a nivel de trazas. 20

Análisis Instrumental 3. ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO 3.1 FUNDAMENTO Tanto desde el punto de vista instrumental como de sus aplicaciones es conveniente dividir la región infrarroja en tres regiones denominadas infrarrojo cercano (NIR), infrarrojo medio (MIR) e infrarrojo lejano (FIR). La gran mayoría de las aplicaciones analíticas clásicas de la espectroscopia infrarroja se basan en el empleo del infrarrojo medio (4000-200 cm-1) y el infrarrojo cercano (12.800-4000 cm-1), que proporciona la posibilidad de convertir esta técnica en una técnica cuantitativa. La técnica de transformada de Fourier supuso una revolución en la espectroscopia en general y particularmente en este tipo de espectroscopia, permitiendo la obtención de espectros de forma rápida, precisa y con relaciones Señal/Ruido (S/N) elevadas. El origen de la absorción de las bandas en el infrarrojo cercano es el mismo que para las bandas del IR medio: una molécula absorbe radiación electromagnética en esta región si la energía de la radiación corresponde a la diferencia energética entre 2 niveles vibracionales, además de producirse un cambio en el momento bipolar de la molécula. Cuando se dan éstas dos circunstancias, ocurre una transferencia neta de energía que da lugar a un cambio en la amplitud de la vibración molecular y como consecuencia absorbe la radiación. El fenómeno espectroscópico que provoca la absorción de energía por parte de la materia es debido: a las rotaciones moleculares en el IR lejano, a bandas fundamentales de vibración en el IR medio, y finalmente a bandas de combinación de las bandas fundamentales y a sobretonos en el IR cercano. Cuando se trata de especies homonucleares como O2, N2, o Cl2, el momento bipolar no se altera durante la vibración o la rotación y, en consecuencia, este tipo de compuestos no absorben radiación en el infrarrojo. Los movimientos vibratorios que presenta una molécula pueden ser básicamente de dos tipos: Estiramiento. Se produce un cambio en la distancia interatómica a lo largo del eje del enlace de dos átomos durante la vibración. Flexión. Además de la modificación en la distancia interatómica se produce un cambio en el ángulo de enlace. A diferencia del infrarrojo medio, en la región del NIR no aparecen las bandas de vibración fundamentales    1 . 21

Análisis Instrumental http://www.ehu.es/imacris/PIE06/web/IR.htm 3.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE ABSORCIÓN EN EL INFRARROJO Los equipos pueden clasificarse básicamente en dos tipos: dispersivos y no dispersivos. Dentro de los sistemas dispersivos que descomponen la luz policromática que proviene de la fuente de radiación en longitudes de onda discretas. La radiación entra en forma de haz estrecho y un elemento dispersante, que puede ser un prisma o una red de difracción, la descompone. Los más utilizados actualmente son más baratos, proporcionan mejor separación de longitudes de onda y dispersan linealmente la radiación. El conjunto de sistemas no dispersivos es más amplio debido a su mayor utilización actualmente. Dispone de equipos con filtros adicionales, con filtros optoacústicos (AOTF) e instrumentos de transformada de Fourier (FT), ambos con características bastante diferentes entre sí. La selección de longitudes de onda mediante filtros se realiza interponiendo materiales específicos entre la muestra y la fuente de radiación, permitiendo el paso de longitudes de onda selectivas. 22

Análisis Instrumental Espectrómetro BRUKER IFS 66, es capaz de trabajar con una resolución de hasta 1cm -1. Dispone de una fuente de IR medio (tipo) con un rango de trabajo entre 9000-100 cm-1. La utilización de un divisor de haz de KBr y un detector DLaTGS limita la obtención de espectros de calidad al rango 7000-400 cm-1, aunque existe la posibilidad de aumentar este rango hasta los 200cm-1 con la utilización de distintos divisores de haz. 3.3. PRINCIPIO FÍSICO Debido a la baja intensidad de las bandas NIR, el nivel de exigencia de los espectrofotómetros NIR, en términos de nivel de ruido permisible y estabilidad instrumental, debe ser mayor que en otros instrumentos, sobre todo si se pretende aplicar al análisis cuantitativo. Ésta es una de las causas de la tardía aparición de los primeros espectrofotómetros NIR. El esquema básico de un instrumento NIR no difiere de cualquier espectrofotómetro. Sus componentes básicos son: fuente de radiación, sistema de selección de longitud de onda, compartimiento de muestra y detector. 3.3.1 Fuente de radiación La fuente de radiación más utilizada es la lámpara halógena de filamento de tungsteno con ventana de cuarzo, capaz de proporcionar un espectro continuo en la región de 320-2500nm. 3.3.2 Sistemas de selección de longitudes de onda Es el componente esencial que permite obtener la información espectral a cada longitud de onda. El selector debe proporcionar un ancho de banda estrecho respecto al ancho de banda que está midiendo y debe ser preciso y exacto para la longitud de onda analítica. 3.3.3 Compartimiento de muestra Los instrumentos NIR permiten registrar el espectro tanto de muestras sólidas, líquidas y gaseosas. La ausencia de pretratamiento de muestra para el registro de su espectro, permite disponer de gran cantidad de accesorios adaptables a cada situación. 3.3.4 Detector Es el dispositivo encargado de recibir la señal luminosa que proviene de la muestra y la transforma en señal eléctrica. Detectores habituales en espectroscopia en el infrarrojo próximo son los construidos con semiconductores (como InGaAs, PbS, InSb, Si,…). Hasta 1100nm el semiconductor más utilizado en los detectores es el Su, y en la región entre 1100 y 2500nm el material fotoconductivo más utilizado es el PbS. 3.4. RESULTADOS Como normalmente sucede en la escala se representa una escala lineal de número de onda de unidades de cm-1. La mayoría de los instrumentos modernos utilizan un microordenador con un software versátil capaz de producir diversos formatos de señales de salida, tales como 23

Análisis Instrumental transmitancia frente a la longitud de onda, y la absorbancia frente a número de onda o longitud de onda. La preferencia por la escala lineal de número lineal de número de onda, en espectroscopia en el infrarrojo, se debe a la directa proporcionalidad que existe entre esta magnitud y la energía o la frecuencia. La frecuencia de la radiación absorbida coincide con la frecuencia de la vibración molecular, que en realidad es la responsable del proceso de absorción. Se destaca que la abscisa de la figura cambia de escala a partir de 2.000 cm -1. Esta discontinuidad se introduce por comodidad, dado que en los espectros de infrarrojo la mayoría de los detalles útiles, desde el punto de vista cualitativo, aparecen a número de onda inferiores a 2.000 cm-1. Espectro de absorción en el infrarrojo de una película delgada de poliestireno obtenido con un moderno espectrofotómetro de IR. (Skoog D., Holler J., Nieman T., 2000, pág. 410,411) 3.5. APLICACIONES Las técnicas y las aplicaciones de los métodos basados en cada una de las tres regiones del espectro infrarrojo difieren considerablemente. Las medidas de infrarrojo cercano se realizan con fotómetros y espectrofotómetros similares, en cuanto a su diseño y componentes. Las aplicaciones más importantes de ésta región espectral se encuentran en el análisis cuantitativo de materiales industriales y agrícolas y en los procesos de control. La mayoría de los instrumentos para la región de infrarrojo medio o fundamental son del tipo de transformada de Fourier. Los fotómetros con filtros de interferencias también son útiles para medir la composición de los gases y de los contaminantes atmosféricos. 24

Análisis Instrumental La aparición, en la última década de espectrómetros de transformada de Fourier ha aumentado el número y tipo de aplicaciones de la radiación del infrarrojo medio; este incremento radica en el aumento de la relación señal/ruido, y de los límites de detección, en un orden de magnitud e incluso mayor, que pueden conseguirse son los instrumentos interferométricos. Antes en la espectrometría de infrarrojo medio se utilizaba en su mayor parte para el análisis orgánico cualitativo y la determinación estructural, teniendo como base los espectros de absorción. Ahora como contraste, la espectrometría en el infrarrojo medio se está comenzando a utilizar además en el análisis cuantitativo de muestras complejas, mediante espectrometría de absorción y emisión. También han empezado a aparecer aplicaciones de esta región espectral en los estudios microscópicos de superficies, análisis de sólidos mediante reflectancia total atenuada y reflectancia difusa, medidas fotoacústicas y otras. El uso de la región del espectro del infrarrojo lejano, las pocas fuentes de este tipo de radiación disponibles son notoriamente débiles y además se ven atenuadas por la necesidad de utilizar filtros de selección de órdenes espectrales para evitar que la radiación de mayores órdenes que emerge de la red de dispersión alcance el detector. 3.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES El servicio de Espectroscopia Infrarroja en las industrias agroalimentarias es de gran importancia para llevar a cabo funciones como las siguientes:  Análisis de relaciones entre C, N, H y S en suelos agrícolas  Determinación de la composición cárnica de embutidos y conservas  Control de calidad, especialmente en cuanto a adulteraciones de aceite de oliva y azucares en zumos  Determinación de contaminantes orgánicos y pesticidas a nivel de trazas  Determinación de ácidos grasos y grasas  Análisis de aminoácidos  Análisis de composición y control de calidad de derivados del petróleo 25

Análisis Instrumental 4. ESPECTROMETRIA DE MASAS 4.1. FUNDAMENTO La espectroscopia de masas es una técnica basada en la posibilidad de separar especies moleculares y atómicas según su masa. Los espectros de masas se obtiene por conversión de los componentes de una muestra en iones gaseosos que se mueven rápidamente y se separan en función de su relación masa-carga. La espectrometría de masas atómicas es una herramienta muy versátil y útil para identificar los elementos presentes en una muestra y determinar las concentraciones de cada una de las materias que la componen. Esta técnica nos permite determinar prácticamente todos los elementos del sistema periódico. Esta técnica ofrece numerosas ventajas frente a las técnicas espectrométricas ya que:        Los límites de detección que son, para muchos elementos, tres órdenes de magnitud más sensibles frente a los métodos ópticos. No implica la absorción o emisión de luz Espectros notablemente más sencillos, generalmente únicos y con frecuencia fácilmente interpretables. Capacidad para medir relaciones isotópicas atómicas. Es una técnica universal y especifica Permite obtener información isotópica, estructural, energias de enlace, cinética, fisicoquímica etc. Es una técnica rápida En cambio, también tienen una serie de desventajas que no se pueden obviar como:     El coste del instrumento es de dos a tres veces el de los instrumentos ópticos atómicos. Es una técnica destructiva, la muestra no se puede recuperar integra, al haber sufrido la fragmentación. La deriva del instrumento puede ser del orden del 5 o 10%/hora. Contiene unas determinadas interferencias. 26

Análisis Instrumental 4.2. EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE MASAS Básicamente un espectrómetro de masas consta esencialmente de las siguientes partes: www.espectrometria.com 4.2.1 Sistema de entrada de muestras En el sistema de entrada de muestras, un micromol o menos de muestra se convierten al estado gaseoso por calentamiento a unos 400ºC y se introduce lentamente en la cámara de ionización. La finalidad del sistema de entrada es permitir la introducción de una muestra representativa en la fuente de iones con la mínima perdida de vacío. 4.2.2 Cámara de ionización Las fuentes de iones de los espectrómetros de masas, tienen todas unas características comunes, pese a la variabilidad de tipos existente y es que todas transforman los componentes de una muestra en iones. En todos los casos, se obtiene un haz de iones positivos o negativos (normalmente positivos) que posteriormente se acelera hacia el interior del analizador de masas o sistema separador a través del acelerador 4.2.3 Acelerador: En el sistema acelerador las partículas ionizadas producidas por el impacto de los electrones son obligados a atravesar una primera ranura aceleradora por una pequeña diferencia de potencial. Entre esta primera y una segunda ranura existe una diferencia de potencial muy elevada que imprime a las partículas su velocidad final. Una tercera ranura actúa como colimador del haz de partículas 4.2.4 Analizadores Para la separación de iones con diferente relación m/e se dispone de varios dispositivos. Lo ideal es que el analizador fuera capaz de distinguir entre diferencias muy pequeñas de masa. Además, los analizadores deberían de permitir el paso del número suficiente para producir corrientes iónicas fáciles de medir. 27

Análisis Instrumental 4.2.5 Detector Los iones procedentes del sistema acelerador llegan al detector el cual generalmente está constituido por un cátodo emisor que al recibir el impacto producido por las partículas cargadas emite electrones. Estos electrones son acelerados hacia un dinodo el cual emite varios electrones más al recibir el impacto de cada electrón. Componentes de un Espectrómetro de Masas. Skoog 4ed pág. 494 Entre las características del espectrómetro de masas se encuentran:  Aplicaciones principales: Determinación de la estructura e identidad de compuestos orgánicos.  Fenómeno molecular: Ionización y rompimiento de la molécula en fragmentos de iones.  Ventajas en el análisis cualitativo: Peso molecular preciso, masas de partes integrantes de la molécula, muy alta sensibilidad, detección de impurezas.  Ventajas en el análisis cuantitativo: Alta sensibilidad.  Muestra promedio deseable: <1 mg  Limitaciones del método: No siempre puede diferenciar entre estructuras isómeras.  Limitaciones para la muestra: Ninguna 4.3. PRINCIPIO FÍSICO La espectrometría de masas se fundamenta en la separación de partículas moleculares o atómicas por su diferente masa. En la ionización por impacto electrónico, se bombardea la molécula con un haz de electrones de alta energía. Un electrón de este tipo puede arrancar un electrón de un enlace creando un catión radical (ion positivo con un electrón desapareado). Para esto se debe hacer un proceso de cuatro pasos en el que se ioniza la muestra para que posteriormente los átomos formados sean convertidos en un flujo de iones generalmente de positivos y de carga única. Dado que estos tienen una sola carga y que el resto de parámetros se mantienen constantes, la relación m/e suele ser la masa del ión.El ordenador al que está 28

Análisis Instrumental conectado el aparato recoge las distintas señales y las reproduce en forma de espectrograma, formato de fácil interpretación. 4.4. RESULTADOS El espectro de masas se presenta habitualmente como un gráfico de barras, en la que cada una de ellas corresponde a un ión. La información proporcionada incluye la relación m/z y la intensidad relativa de cada señal. A la más intensa, denominada pico base, se le asigna el valor 100. Como la mayor parte de los iones formados tiene carga unidad, las relaciones m/z se correspondes con sus masas. El ión molecular es el ión que resulta tras la pérdida de un electrón por parte de la molécula. Como consecuencia del bombardeo electrónico en la cámara de ionización, las moléculas se rompen en una serie de fragmentos, siempre que una misma molécula se rompa en las mismas condiciones nos dará el mismo tipo y número de fragmentos y constituyen la fragmentación patrón. Gracias a esto se pueden determinar que es la muestra por comparación y por otra parte, la intensidad relativa de los distintos picos, permite deducir la proporción en que cada componente se encuentra en la muestra. El pico del espectrograma que aparece con valor más elevado de m/e corresponde a la molécula ionizada sin fragmentar y recibe el nombre de masa patrón. Esta masa patrón nos permite determinar con rapidez y precisión la masa molecular, siempre que se opere con una tensión de ionización no excesivamente elevada, la cual produciría la fragmentación total de la molécula El pico mayor del espectrograma de masa se llama pico base. Normalmente la altura de este pico se toma como valor cien. Las intensidades de los demás picos se expresan en porcentajes de la intensidad del pico base. Aspecto clásico de un espectrograma de masas, en el que se señalan su pico base y su ión molecular más importante. La tabla situada a la derecha nos indica la concentración y la relación m/z de cada uno de los elementos presentes en el analito http://mural.uv.es/caloan/ 29

Análisis Instrumental 4.5. APLICACIONES 4.5.1 Aplicaciones cualitativas  Determinación del peso molecular de todas las sustancias que pueden volatilizarse por la posición del pico correspondiente a la masa patrón.  Determinación de la formula molecular. Si el instrumento es de gran resolución bastará la determinación precisa de su masa molecular para poder atribuirle una fórmula empírica. Otras veces puede determinarse por la relación entre las alturas del pico correspondiente a la masa patrón y la de los picos de los isótopos. Existe una tercera forma que sería con la regla del nitrógeno, según la cual todas las sustancias orgánicas con peso molecular par deben de contener un número par o ningún átomo de N y los de número impar deben de contener un número impar. Por el contrario los fragmentos moleculares por rotura de enlace, tienen una masa impar si contienen cero o número par de átomos de N y masa par si el número de átomos de N es impar.  Identificación de compuestos por su fragmentación patrón: la fragmentación de la mayor parte de las moléculas produce un gran número de picos que permiten la identificación de numerosos compuestos y el reconocimiento de ciertos grupos funcionales de ellos. Se han descrito una serie de reglas generales que rigen los procesos de fragmentación, los cuales son de gran utilidad para la determinación de los espectros.  Caracterización y análisis de polímeros: el polímero se piroliza en condiciones controladas y los productos volátiles se hacen pasar a un espectrómetro para su análisis.  Análisis de sangre: gracias ala rapidez del método, se puede emplear incluso como control durante un proceso quirúrgico. Así se puede determinar a gran velocidad las concentraciones hemáticas de monóxido y dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, gases anestésicos (como el NO). 30

Análisis Instrumental  Estudiar la abundancia de isótopos: Esta fue la finalidad con la que fue creada la técnica y en la actualidad se usa para análisis por dilución de isótopos, estudios con trazadores isotrópicos 5, estudiar la edad de las muestras por su proporción de isótopos con la ventaja frente a los radiactivos que se pueden medir los isótopos no radiactivos. 4.5.2 Aplicaciones cuantitativas Para la determinación cuantitativa de los componentes de una mezcla es conveniente que cada uno de ellos presente por lo menos un pico que difiera claramente de los demás. La calibración se realiza por comparación de los picos con patrones adecuados. Las alturas de los picos son directamente proporcionales a las presiones parciales de los componentes volatilizados en la muestra. Las aplicaciones cuantitativas de la espectrometría de masas para análisis cuantitativo son de dos tipos:  Determinación cuantitativa de especies moleculares o tipos de especies moleculares en muestras orgánicas, biológicas y ocasionalmente inorgánicas: normalmente tales análisis se llevan a cabo haciendo pasar la muestra a través de una columna cromatrográfica o de electroforesis capilar y posteriormente por el espectrómetro.  Determinación de la concentración de elementos en muestras inorgánicas y, en menor medida, de muestras orgánicas y biológicas: las concentraciones de analito en este caso se obtienen directamente a partir de las alturas de los picos de los espectros de masas. Se crean curvas de calibrado que nos permiten el análisis cuantitativo gracias a la existencia de picos únicos para cada componente y cada valor de m/z. Las aplicaciones son tan numerosas y abarcan tantos campos que resulta complicado citarlas todas, a continuación veremos las más características:            Elucidación de la estructura de moléculas orgánicas y biológicas. Determinación del peso molecular de péptidos, proteínas y oligonucleicos. Identificación de los compuestos de cromatogramas en capa fina y papel. Determinación de secuencias de aminoácidos en muestras de polipéptidos y proteínas. Detección e identificación de especies separadas por cromatrografía y electroforesis capilar. Identificación de drogas de abuso y sus metabolitos en sangre, orina y saliva. Control de gases en enfermos respiratorios durante los procesos quirúrgicos. Pruebas para confirmar la presencia de drogas en sangre de caballos de carreras y en atletas olímpicos. Datación de ejemplares en arqueología. Análisis de partículas en aerosoles. Control de compuestos orgánicos volátiles en el agua de suministro 31

Análisis Instrumental 4.6. APLICACIONES AGROINDUSTRIALES Se han desarrollado protocolos de análisis rápidos y fiables que permiten garantizar la calidad y seguridad alimentaria en alimentos básicos como la leche y el contenido de especies tóxicas de As y Hg en productos de la pesca, alimento que aporta a la dieta uno de los niveles más altos de estos dos metales pesados. En el diseño de protocolos siempre se ha buscado minimizar el tratamiento previo de la muestra, el uso de reactivos menos peligrosos y la mínima generación de residuos.        Determinar la adulteración de la miel de abeja Monitorear fermentaciones en línea (industria biotecnológica) Determinar contaminantes orgánicos en aire, suelo, aguas y alimentos Identificación de productos de reacción o de productos metabólicos: se usa en cinética química y en farmacología pudiéndose llegar a identificar impurezas y metabolitos a concentraciones de pocas partes por millón. Determinación de residuos de pesticidas en alimentos. Caracterización de aromas, de proteínas de vinos Análisis de procesos industriales, control de calidad de productos de química fina e de industrias alimenticias 32

Análisis Instrumental 5. ESPECTROMETRIA DE ABSORCION ATOMICA 5.1 FUNDAMENTO DE LA TECNICA La espectrometría de absorción atómica es un método instrumental que se basa en la absorción, emisión y fluorescencia de radiación electromagnética por partículas atómicas. Se emplean principalmente radiaciones del espectro ultravioleta (UV) y visible y Rayos X. Consiste en la medición de las especies atómicas por su absorción a una longitud de onda particular. La especie atómica se logra por atomización de la muestra. La técnica de atomización más usada es la absorción atómica con flama o llama, que nebuliza la muestra y luego la disemina en forma de aerosol dentro de una llama de aire de acetileno u óxido nitroso-acetileno. La absorción de la luz por medio de átomos brinda una herramienta analítica poderosa para los análisis cuantitativos y cualitativos. La espectrometria de absorción atómica se basa en el principio que los átomos libres en estado fundamental pueden absorber la luz a una cierta longitud de onda. La absorción es específica, por lo que cada elemento absorbe a longitudes de onda únicas. Es una técnica analítica aplicable al análisis de trazas de elementos metálicos en minerales, muestras biológicas, metalúrgicas, farmacéuticas, aguas, alimentos y de medio ambiente. La espectrometría de absorción atómica transforma la muestra problema (que puede encontrarse en disolución o sólida) en átomos en estado de vapor y medir la radiación electromagnética absorbida por dichos átomos. La mayor parte de la información útil se obtiene operando en las regiones UV, visible y rayos X. Los espectros atómicos están constituidos por picos estrechos y bien definidos que se originan por transiciones entre los diferentes niveles de energía electrónica, estas líneas de resonancia tienen origen en el estado basal y un destino en diferentes estados excitados. La absorción atómica es el proceso que ocurre cuando átomos de un elemento en estado fundamental absorben energía radiante a una longitud de onda específica. La cantidad de radiación absorbida aumenta al incrementar el número de átomos del elemento presentes en el “camino óptico”, esto permite utilizar a la absorción atómica con fines cuantitativos. Este método puede detectar cantidades tan bajas como 10-14gramos. La absorción de radiación por átomos libres involucra una transición de estos átomos desde el altamente poblado estado basal hasta un estado electrónico excitado. 33

Análisis Instrumental 5.2 EQUIPO: ESPECTRÓMETRO DE ABSORCIÓN ATÓMICA http://www.google.com.co/images?hl=es&q=espectrometria%20de%20absorcion%20atomica&u m=1&ie=UTF-8&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1024&bih=575 Es un método instrumental que está basado en la atomización del analito en matriz líquida y que utiliza comúnmente un nebulizador pre-quemador (o cámara de nebulización) para crear una niebla de la muestra y un quemador con forma de ranura que da una llama con una longitud de trayecto más larga. La niebla atómica es desolvatada y expuesta a una energía a una determinada longitud de onda emitida ya sea por una Lámpara de Cátodo hueco construida con el mismo analito a determinar o una Lámpara de Descarga de Electrones (EDL). Normalmente las curvas de calibración no cumplen la Ley de Beer-Lambert en su estricto rigor. La temperatura de la llama es lo bastante baja para que la llama de por sí no excite los átomos de la muestra de su estado fundamental. El nebulizador y la llama se usan para desolvatar y atomizar la muestra, pero la excitación de los átomos del analito es hecha por el uso de lámparas que brillan a través de la llama a diversas longitudes de onda para cada tipo de analito. En AA la cantidad de luz absorbida después de pasar a través de la llama determina la cantidad de analito existente en la muestra. Hoy día se utiliza frecuentemente una mufla de grafito (u horno de grafito) para calentar la muestra a fin de desolvatarla y atomizarla, aumentando la sensibilidad. El método del horno de grafito puede también analizar algunas muestras sólidas o semisólidas. Debido a su buena sensibilidad y selectividad, sigue siendo un método de análisis comúnmente usado para ciertos elementos traza en muestras acuosas (y otros líquidos). Otro método alternativo de atomización es el Generador de Hidruros. 5.3 PRINCIPIO FISICO Los electrones de los átomos en el atomizador pueden ser promovidos a orbitales más altos por un instante mediante la absorción de una cantidad de energía (es decir, luz de una determinada longitud de onda). Esta cantidad de energía (o longitud de onda) se refiere específicamente a una transición de electrones en un elemento particular, y en general, cada longitud de onda corresponde a un solo elemento. 34

Análisis Instrumental Como la cantidad de energía que se pone en la llama es conocida, y la cantidad restante en el otro lado (el detector) se puede medir, es posible calcular cuántas de estas transiciones tienen lugar, y así obtener una señal que es proporcional a la concentración del elemento que se mide. 5.4 RESULTADOS El espectro de AA de un elemento consta de líneas que son el resultado de transiciones electrónicas desde el estado basal a niveles superiores de energía. Debido a que las bandas son tan estrechas, la fuente de radiación debe producir bandas muy estrechas, puesto que si diera bandas amplias o radiación continua, la mayor parte de la luz pasaría sin ser absorbida. Además debe emitir radiación exactamente de la misma longitud de onda de la línea de resonancia del elemento en estudio. 5.5 APLICACIONES La absorción atómica es una técnica capaz de detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos químicos, por lo que sus campos de aplicación son variados. Este método se puede aplicar para la determinación de ciertos metales tales como: antimonio, cadmio, calcio, cesio, cromo, cobalto, oro, plomo, níquel, entre otros. Se emplea en análisis de agua, de suelos, bioquímica, toxicología, medicina, industria farmacéutica, alimenticia, petroquímica, etc. El instrumental empleado en estos análisis es un Espectrómetro de Absorción Atómica. Este equipo generalmente está compuesto por una lámpara del tipo cátodo hueco, un quemador o mechero, compuesto a su vez por un nebulizador de la muestra, y dispositivos selección de longitudes de onda (monocromador tipo rejilla de difracción), transducción y amplificación (tubo fotomultiplicador) y lectura de la señal. 35

Análisis Instrumental 5.6 APLICACIONES AGROINDUSTRIALES El servicio de espectroscopia de absorción atómica en las industrias agroalimentarias es de gran importancia para llevar a cabo funciones como las siguientes:  Estimación de contaminaciones por oligoelementos  Análisis de elementos químicos mayores (Fe, Ca, Al, etc.) en vinos y aceites  Estimación de contaminación de alimentos por microorganismos  Determinación de la composición cárnica de embutidos y conservas  Estudios de citotoxicidad de conservantes y aditivos  Análisis de composición y control de calidad de derivados del petróleo 36

Análisis Instrumental 6. PLASMA ACOPLADO POR INDUCCIÓN 6.1 FUNDAMENTO Por definición un plasma es una mezcla gaseosa conductora de electricidad que contiene una concentración significativa de cationes y electrones (la concentración de ambos es tal que la carga neta se aproxima a cero). La ICP, es quizás la fuente que ofrece mayores ventajas en relación con la sensibilidad y la ausencia de interferencias. Tal vez la más importante de las ventajas que ofrece las fuentes de plasma es la mayor reproducibilidad de las condiciones de atomización, lo que con frecuencia da lugar a precisiones mejores por un factor de 10 o más. Este procedimiento requiere de la descomposición de las muestras que permitan la obtención de disoluciones normalmente acuosas para la inyección en la fuente. El plasma de acoplamiento inductivo es un tipo de flama que alcanza temperatura

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