Unidad 1. 1. Importancia de la química analítica.

Desde sus inicios, la química se ha preocupado por conocer la composición de la materia, las sustancias que la integran y los efectos que cada una de ellas tiene sobre el ambiente y los seres vivos; de esta manera ha creado procedimientos que nos han permitido a lo largo de la historia caracterizar a las sustancias y aprovechar o sintetizar aquellas que son útiles para el hombre. Poco a poco se fue desarrollando esta importante rama de la ciencia denominada Química Analítica, que en sus inicios fue considerada un arte, “el arte de reconocer diferentes sustancias y determinar sus componentes” (Wilhelm, 1894) y que en la actualidad tiene gran importancia por sus contribuciones a gran parte de las áreas del conocimiento.

No es extraño escuchar o leer en los medios de comunicación los niveles de contaminantes atmosféricos ocasionados por los vehículos automotores, la creación de nuevos medicamentos, de materiales de mayor resistencia, los efectos de los contaminantes en el agua, el aire y el suelo, concentraciones de sustancias en la sangre, mejores productos de limpieza y del aseo personal, dietas para bajar de peso, detección de bebedores mediante el alcoholímetro, la verificación de automóviles, la información del genoma humano o los efectos curativos de algunas hierbas, entre otras. Estos y otros ejemplos nos muestran la importancia que tiene la química analítica en la vida actual.

La Química Analítica es la ciencia que desarrolla y mejora métodos e instrumentos para obtener información sobre la composición y naturaleza de la materia.

La ciencia y la tecnología avanzan a pasos agigantados y con ello se incrementan las exigencias que la sociedad demanda a los científicos, en este caso, a los químicos analíticos, pues es necesario el desarrollo de métodos y técnicas que nos permitan caracterizar sustancias que anteriormente no existían o que se han hecho importantes debido a los efectos que causan a los ecosistemas o que ofrecen alternativas para mejorar nuestra calidad de vida.

Como habrás apreciado, la química analítica es una ciencia que tiene una amplia aplicación y de ahí la importancia de su estudio. Por ello, cualquier persona que se adentre en este campo debe reconocer y evaluar los distintos medios para abordar un problema analítico dado.

1.1.1.          Clasificación de los métodos analíticos.

En los últimos años, a nuestro país se han ingresado una gran cantidad de productos de bajo costo y de dudosa calidad. Tal fue el caso de crayones que se expendían en lugares públicos y de las que se sospechaba la presencia de metales pesados como el plomo. ¿Cómo se pudo comprobar a presencia del metal en estos productos? ¿Cómo se cuantificó el metal en las crayolas?

El ejemplo anterior nos muestra que es necesario conocer la manera en que la química nos puede apoyar para resolver estas incógnitas. Para ello la química analítica se divide en dos principales ramas, la cualitativa y la cuantitativa.

En el análisis cualitativo, se realiza la búsqueda e identificación de los componentes que constituyen la muestra que se analiza.

En el análisis cuantitativo, se determinan las cantidades de uno o varios de los analitos de una muestra.

Ilustración 1 Tipos de análisis aplicado a una muestra.

De manera ordinaria, el análisis cualitativo siempre precede al cuantitativo porque los resultados del primero sirven como guía para la selección del medio y procedimiento que ha de emplearse en el segundo.

El análisis químico cuantitativo, se ha clasificado en diversos métodos que se pueden aplicar dependiendo del tipo de muestra y de la sustancia a analizar.

De esta manera los métodos analíticos se clasifican en:

a)   Métodos volumétricos: en los que la cantidad de sustancia que se busca se determina de forma indirecta midiendo el volumen de una disolución de concentración conocida, que se necesita para que reacciones con el constituyente que se analiza o con otra sustancia químicamente equivalente.

Los métodos volumétricos también se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de reacción que se lleva a cabo:

1.   Volumetría por neutralización

2.   Volumetría por precipitación

3.   Volumetría por complejación.

4.   Volumetría por óxido-reducción.

b)   Métodos gravimétricos: En estos métodos la cantidad de sustancia buscada se determina mediante el peso de la propia sustancia pura o de algún compuesto químico que la contiene o equivale químicamente a ella.

La clasificación de los análisis gravimétricos es:

1.   Precipitación: el constituyente buscado se determina como producto insoluble de una reacción. Un ejemplo, es la determinación de cloruro por precipitación como cloruro de plata.

2.   Electrodeposición: la electrólisis da lugar a la separación de un producto sólido que se deposita en uno de los electrodos, como, por ejemplo, en la determinación electrolítica del cobre.

3.   Volatilización: el método puede ser físico, como en la pérdida de peso por desecación en una estufa, o químico, como es la expulsión del dióxido de carbono de los carbonatos por calcinación o por la acción de un ácido. La medida puede ser directa, por determinación del aumento de un peso absorbente del constituyente volátil o indirecta, por determinación de la pérdida de peso.

c)   Métodos electroanalíticos: se basan en la medida de una magnitud eléctrica básica: intensidad de corriente, potencia, resistencia (o conductancia) y carga. Según las propiedades electroquímicas medidas se distinguen una serie de tecnicas electroanalíticas:

1.   Potenciométricas: mide el potencial de un sistema electroquímico en equilibrio para determinar la actividad de algunas sustancias de la disolución.

2.   Conductimétricas: método que se utiliza para medir la conductividad de la disolución iónica o salina y se realiza por medio del movimiento de estos en la disolución.

3.   Voltamperométricas: este método se basa en la medida de la corriente en función del potencial aplicado a un electrodo pequeño sumergido en una disolución que contiene una especie electroactiva en condiciones de polarización.

4.   Coulombimétricas: en este caso la cantidad de analito se determina midiendo la cantidad de carga eléctrica necesaria para convertirlo totalmente en producto.

d)   Métodos espectroscópicos: estos métodos miden la interacción de la radiación electromagnética con los átomos o moléculas del analito o la radiación producida por los analitos

e)   Existen otros métodos que miden propiedades de la sustancia de interés como la relación masa-carga, velocidad de decaimiento radiactivo, calor de reacción, velocidad de reacción, conductividad térmica, índice de refracción, etc.

Los métodos químicos que de manera rutinaria se utilizan en un laboratorio son el volumétrico, el gravimétrico y el espectrofotométrico. La utilidad de cada uno de estos métodos depende de la complejidad de la muestra y de la cantidad de sus componentes.

Ahora veamos cómo se realiza un análisis y la forma en la que se define el método para determinar la sustancia en cuestión.

1.1.2.          Etapas de un análisis cuantitativo.

De manera general, un análisis químico conlleva una serie de pasos que deben ser realizados concienzudamente ya que son muy elaborados, tanto o más que la medición en sí. Aunque no se puede tomar como un proceso inamovible, la realización de un análisis químico contiene las siguientes etapas:

1.   Definición del problema: se debe tener bien clara la problemática a resolver y el analito a identificar o cuantificar.

2.   Selección del método: la elección del método es un paso fundamental para el éxito del resultado de la cuantificación. Requiere tomar en cuenta factores importantes como, por ejemplo, la cantidad de la muestra, la disponibilidad del equipo y de los reactivos, la exactitud y la precisión requerida en el análisis, entre otros.

3.   Obtención de la muestra (muestreo): el resultado de un análisis dará información confiable si la muestra o unidad de muestro analizada es representativa en composición del material de donde se obtuvo.

4.   Preparación de la muestra: una vez realizada la obtención de la muestra, es necesario reducir lo más posible el tamaño de las partículas en el caso de los sólidos (pulverizar) para homogeneizar la muestra. Pudiera ser que, durante el manejo, la muestra ganara o perdiera humedad, por lo que es necesario conocer el peso seco y el contenido de humedad de la muestra para poder conocer su exacta composición química.

5.   Medición de la muestra: se refiere a cuantificar la cantidad de muestra para el análisis, de esta manera se podrá planificar mejor su determinación.

6.   Disolución de las muestras: las muestras, en la mayoría de los casos, deben ponerse en alguna solución previa a la aplicación del método analítico. El disolvente principal es el agua, aunque existen muestras no solubles o poco solubles en agua y en estos casos es necesario el uso de disolventes alcohólicos u orgánicos (como el hexano, benceno, etc.).

7.   Muestras repetidas: las muestras repetidas, son cantidades similares del material a estudiar que son analizadas al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones. La aplicación de muestras repetidas mejora y aumenta la confiabilidad en los resultados.

8.   Eliminación de interferencias: la dificultad para la evaluación directa y efectiva del analito de interés en una muestra debido a la presencia de otras sustancias, se le conoce como interferencia. En la mayoría de los casos, estas interferencias deben eliminarse antes de la evaluación final.

9.   Medición del analito: los resultados del análisis químico dependen de la medición final de una determinada propiedad física o química del analito de interés. Aquí se lleva a la práctica el método elegido, sea gravimétrico, volumétrico o espectrofotométrico.

10.  Cálculos: la cuantificación del analito o la sustancia de interés, generalmente se calcula a partir de los datos experimentales obtenidos en la etapa de medición, en la estequiometria de la reacción química específica y con la ayuda de equipo e instrumentos de laboratorio.

11.  Análisis e interpretación de resultados: después de obtener los resultados, el experimentador debe analizarlos para corroborar su veracidad. En algunos casos será necesario aplicar criterios estadísticos para interpretar la información.

Ilustración 2 Diagrama de las etapas de un análisis cuantitativo.

Finalmente es importante mencionar que existen Normas Oficiales Mexicanas (NOM) que determinan los métodos y técnicas de muestreo, análisis y evaluación de resultados según sea el caso específico de productos a analizar, observables en el territorio nacional cuyo soporte general son las técnicas básicas de la química analítica.