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.
