1. Pesos atmicos internacionales, basados en 12C12Nmero Peso Nmero PesoElemento Smbolo atmico atmicoa Elemento Smbolo atmico atmicoaActinio Ac 89 (227)Aluminio Al 13 26.9815Americio Am 95 (243)Antimonio Sb 51 121.76Argn Ar 18 39.948Arsnico As 33 74.9216stato At 85 (210)Azufre S 16 32.066Bario Ba 56 137.33Berilio Be 4 9.0122Berkelio Bk 97 (247)Bismuto Bi 83 208.980Bohrio Bh 107 (264)Boro B 5 10.811Bromo Br 35 79.904Cadmio Cd 48 112.41Calcio Ca 20 40.08Californio Cf 98 (251)Carbono C 6 12.011Cerio Ce 58 140.12Cesio Cs 55 132.905Cloro Cl 17 35.453Cobalto Co 27 58.9332Cobre Cu 29 63.546Cromo Cr 24 51.996Curio Cm 96 (247)Disprosio Dy 66 162.50Dubnio Db 105 (262)Einstenio Es 99 (252)Erbio Er 68 167.26Escandio Sc 21 44.956Estao Sn 50 118.71Estroncio Sr 38 87.62Europio Eu 63 151.96Fermio Fm 100 (257)Flor F 9 18.9984Fsforo P 15 30.9738Francio Fr 87 (223)Gadolinio Gd 64 157.25Galio Ga 31 69.72Germanio Ge 32 72.61Hafnio Hf 72 178.49Hassio Hs 108 (265)Helio He 2 4.0026Hidrgeno H 1 1.00794Hierro Fe 26 55.845Holmio Ho 67 164.930Iridio I 53 126.9045Iridium Ir 77 192.2Iterbio Yb 70 173.04Itrio Y 39 88.905Kriptn Kr 36 83.80Lantano La 57 138.91Laurencio Lw 103 (262)Litio Li 3 6.9417Lutecio Lu 71 174.967Magnesio Mg 12 24.312Manganeso Mn 25 54.9380Meitnerio Mt 109 (268)Mendelevio Md 101 (258)Mercurio Hg 80 200.59Molibdeno Mo 42 95.94Neodimio Nd 60 144.24Neon Ne 10 20.180Neptunium Np 93 (237)Niobio Nb 41 92.906Nquel Ni 28 58.69Nitrgeno N 7 14.0067Nobelio No 102 (259)Oro Au 79 196.967Osmio Os 76 190.2Oxgeno O 8 15.9994Paladio Pd 46 106.4Plata Ag 47 107.870Platino Pt 78 195.08Plomo Pb 82 207.2Plutonio Pu 94 (244)Polonio Po 84 (209)Potasio K 19 39.098Praseodimio Pr 59 140.907Prometio Pm 61 (145)Protactinio Pa 91 (231)Radio Ra 88 (266)Radn Rn 86 (222)Renio Re 75 186.2Rodio Rh 45 102.905Rubidio Rb 37 85.47Rutenio Ru 44 101.07Rutherfordio Rf 104 (261)Samario Sm 62 150.35Seaborgio Sg 106 (266)Selenio Se 34 78.96Silicio Si 14 28.086Sodio Na 11 22.9898Talio Tl 81 204.38Tantalio Ta 73 180.948Tecnecio Tc 43 (98)Telurio Te 52 127.60Terbio Tb 65 158.925Titanio Ti 22 47.87Torio Th 90 232.038Tulio Tm 69 163.934Tungsteno W 74 183.85Uranio U 92 238.03Vanadio V 23 50.9415Xenn Xe 54 131.30Yodo In 49 114.82Zinc Zn 30 65.37Zirconio Zr 40 91.22a Los nmeros entre parntesis indican la masa del istopo ms estable. Para los elementos 110, 111, 112, 114, 116 y 118, vea las tablas peridicas que aparecen en el apndice E.

2. Pesos frmulaAgBr 187.78 K2CrO7 294.19AgCl 143.32 KHC2O4 128.13Ag2CrO4 331.73 KHC2O4H2C2O4 218.16Agl 243.77 KHC8H2O4(KHP) 204.23AgNO3 169.87 KH(IO3)2 389.92AgSCN 165.95 K2HPO4 174.18Ag2SO4 311.80 KH2PO4 136.09Al(C9H6ON)3(AlOx3) 459.46 KHSO4 136.17Al2O3 101.96 Kl 166.01Al2(SO4)3 342.14 KlO3 214.00As2O3 197.85 KlO4 230.00BaCO3 197.35 KMnO4 158.04BaCl2 208.25 KNO3 101.11BaCl22H2O 244.27 KOH 56.11BaCrO4 253.33 KSCN 97.18BaO 153.34 K2SO4 174.27BaSO4 233.40 MgCl2 95.22Bi2O3 466.0 Mg(C9H6ON)2(MgOx2) 312.60C6H12O6 (glucosa) 180.16 MgNH4PO4 137.35CO2 44.01 MgO 40.31CaCl2 110.99 Mg2P2O7 222.57CaCO3 100.09 MgSO4 120.37CaC2O4 128.10 MnO2 86.94CaF2 78.08 Mn2O3 157.88CaO 56.08 Mn3O4 228.81CaSO4 136.14 MnSO4 151.00CeO2 172.12 Na2B4O710H2O 381.37Ce(SO4)2 332.25 NaBr 102.90(NH4)2Ce(NO3)6 548.23 Na(C6H5)4B 342.20(NH4)4Ce(SO4)42H2O 632.6 NaC2H3O2 82.03Cr2O3 151.99 Na2C2O4 134.00CuO 79.54 NaCl 58.44Cu2O 143.08 NaClO 74.44CuSO4 159.60 NaCN 49.01Fe(NH4)2(SO4)26H2O 392.14 Na2CO3 105.99FeO 71.85 NaHCO3 84.01Fe2O3 159.69 Na2H2EDTA2H2O 372.23Fe3O4 231.54 NaOH 40.00HBr 80.92 NaSCN 81.07HC2H3O2 (cido actico) 60.05 Na2SO4 142.04HCl 36.46 Na2S2O35H2O 248.18HClO4 100.46 Ni(C4H7O2N2)2(Ni-DMG2) 288.94H2C2O4 90.04 NH3 17.03H2C2O42H2O 126.07 NH4Cl 53.49H5IO6 227.94 (HOCH2)3CNH2(THAM; Tris) 121.14HNO3 63.01 NH2CONH2 (Urea) 60.06H2O 18.015 (NH4)2C2O4H2O 142.11H2O2 34.01 NH4NO3 80.04H3PO4 98.00 (NH4)2SO4 132.14H2S 34.08 (NH4)2S2O8 228.18H2SO3 82.08 NH2SO3H 97.09H2SO4 98.08 PbCrO4 323.18HSO3NH2 (cido sulfmico) 97.09 PbSO4 303.25HgO 216.59 P2O5 141.94Hg2Cl2 472.09 Sb2O3 291.50HgCl2 271.50 SiO2 60.08Hg(NO3)2 324.61 SnCl2 189.60KBr 119.01 SnO2 150.69KBrO3 167.01 SrSO4 183.68K(C6H5)4B 358.31 SO2 64.06KCl 74.56 SO3 80.06KClO3 122.55 TiO2 79.90KCN 65.12 V2O5 181.88K2CrO4 194.20 Zn2P2O7 304.68 3. QUMICA ANALTICA 4. QUMICA ANALTICAS e x t a e d i c i nGary D.ChristianUniversity of WashingtonRevisin tcnicaRodolfo lvarezUniversidad Nacional Autnoma de MxicoUniversidad IberoamericanaMXICO BOGOT BUENOS AIRES CARACAS GUATEMALA LISBOA MADRIDNUEVA YORK SAN JUAN SANTIAGO AUCKLAND LONDRES MILNMONTREAL NUEVA DELHI SAN FRANCISCO SINGAPUR SAN LUIS SIDNEY TORONTO 5. Director Higher Education: Miguel ngel Toledo CastellanosDirector editorial: Ricardo A. del Bosque AlaynCoordinadora editorial: Marcela I. Rocha MartnezEditor sponsor: Pablo E. Roig VzquezEditora de desarrollo: Ana L. Delgado RodrguezSupervisor de produccin: Zeferino Garca GarcaTraduccin: Sergio Sarmiento Ortega y Virgilio Gonzlez y PozoQUMICA ANALTICASexta edicinProhibida la reproduccin total o parcial de esta obra,por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del editor.EducacinDERECHOS RESERVADOS 2009 respecto a la primera edicin en espaol porMcGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V.A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc.Edifi cio Punta Santa FeProlongacin Paseo de la Reforma 1015, Torre APiso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe,Delegacin lvaro ObregnC. P. 01376, Mxico, D. F.Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nm. 736ISBN: 978-970-10-7234-9Traducido de la sexta edicin de: Analytical Chemistry. Copyright MMIV John WileySons, Inc.All rights reserved. ISBN: 0-471-21472-81234567890 08765432109Impreso en Mxico Printed in Mexico 6. ASue por dcadas de gozo y por ser una abuela tan increble paraTanya y Taffy por la luminosidad que da a nuestras vidas. 7. Gary Christian creci en Oregn y durante toda su vida se ha interesado en la enseanza,inspirado por Harald Platou, un excelente maestro de ciencia en la preparatoria, en unaescuela rural. Recibi su grado de licenciatura (B.S.) en la Universidad de Oregn y sudoctorado (Ph.D) en la Universidad de Maryland, donde adquiri de su mentor, Bill Purdy,una apreciacin de lo emocionante de la investigacin. Comenz su carrera como qumicoanaltico de investigacin en el Instituto de Investigacin de la Armada Walter Reed dondedesarroll su inters por la qumica clnica y la bioanaltica. Ingres a la Universidad deKentucky en 1967 y en 1972 se cambi a la Universidad de Washington. Fue decano di-visionalde ciencias en el periodo 1993-2001.Gary escribi la primera edicin de este libro en 1971. Es autor de ms de 300 pu-blicacionesy ha escrito otros cinco libros, incluyendo Instrumental Analysis. Sus interesesde investigacin incluyen la qumica electroanaltica, la espectroscopa atmica, el anlisisde proceso y el anlisis de inyeccin de flujo.Recibi el Premio de Excelencia en Enseanza de la American Chemical Society(ACS), Divisin de Qumica Analtica, y el Premio ACS Fisher en Qumica Analtica, unreconocimiento mximo por contribuciones en qumica analtica. Fue Acadmico Fullbrighty recibi la Medalla de Oro Talanta, la Medalla de Honor de la Universidad Libre deBruselas, la Medalla Conmemorativa de la Universidad Charles, y el Certificado Honora-riode Investigacin de la Universidad de Gante. Es coeditor en jefe de Talanta, una revistainternacional de qumica analtica, y forma parte de los consejos editoriales de otras nu-merosasrevistas. Fue presidente de la Divisin de Qumica Analtica de la ACS.Gary presidi la preparacin del Examen de Qumica Analtica de la ACS, y fuepreparador de la prueba de qumica para el Examen de Registro de Graduados (GRE, porsus siglas en ingls). Fue miembro del equipo que prepar el examen para la OlimpiadaInternacional de Qumica cuando tuvo lugar en Estados Unidos. Es miembro de la Ame-ricanChemical Society, la Society for Applied Spectroscopy (Sociedad de EspectroscopaAplicada), la Spectroscopy Society of Canada (Sociedad de Espectroscopa de Canad) yla Society for Electroanalytical Chemistry (Sociedad de Qumica Electroanaltica).Gary vive en Medina, Washington, con su esposa Sue, desde hace 41 aos, y susnietas, Tanya y Taffy.Acerca del autorx 8. PrefacioLos maestros abren la puerta, pero t decides si entras AnnimoLa qumica analtica se ocupa de la caracterizacin qumica de la materia, tanto cualitativacomo cuantitativamente. Es importante para casi todos los aspectos de nuestras vidas por-quelos productos qumicos forman parte de todo lo que usamos. El fallecido Charles N.Reilly deca que la qumica analtica es lo que hacen los qumicos analticos. Usted vaa aprender en este texto qu es lo que hacen.Este texto est diseado para estudiantes de licenciatura en qumica y disciplinasrelacionadas con la qumica. Trata de los principios y tcnicas del anlisis cuantitativo; esdecir, de cmo determinar qu cantidad de una sustancia especfica contiene una muestra.El lector aprender cmo disear un mtodo analtico con base en la informacin que senecesita, cmo obtener una muestra de laboratorio que sea representativa del total, cmoprepararla para el anlisis, qu herramientas de medicin estn disponibles y la importan-ciaestadstica del anlisis. Los captulos 24-26 ilustran aplicaciones de las tcnicas que sehan aprendido en los campos de la qumica clnica, genmica y protemica, y en el mues-treoy anlisis ambientales.Pueden tomarse ejemplos del uso de la qumica analtica de reas como las cienciasbiolgicas, la qumica clnica, la contaminacin de aire, agua y los anlisis industriales.La importancia de la qumica analtica se percibe cuando por un anlisis incorrecto desangre se puede poner en peligro la vida de un paciente, o cuando un error en el anlisisde control de calidad puede dar por resultado graves prdidas financieras para un industrial.Para asegurar la eficiencia mxima en la produccin qumica, se realizan anlisis automa-tizadosen lnea de los procesos qumicos. Esto ahorra millones de dlares a la industriaqumica.QUIN DEBE USAR ESTE TEXTO?El texto est escrito para un curso de anlisis cuantitativo para el nivel de licenciatura.Necesariamente contiene ms material que el que normalmente se puede cubrir en un cursode un semestre o un trimestre, de modo que el instructor puede seleccionar los temas quese consideren ms importantes. Algunas de las secciones restantes pueden servir comomaterial complementario. Dependiendo de cmo est diseada una secuencia de anlisiscuantitativo y de anlisis instrumental, podra servir para ambos cursos. En cualquier caso,el autor espera que el lector se tome el tiempo para leer algunas secciones que le parezcaninteresantes, aunque no se cubran formalmente. Sin duda, pueden servir como referenciaen el futuro.QU QUED IGUAL?Esta sexta edicin de Qumica analtica ha sido extensamente revisada y actualizada. Cadacaptulo tiene un prrafo introductorio de resumen, que enumera los temas que se van axi 9. xii PREFACIOcubrir, dando al lector una visin general de cada tema. Se usan negritas para los trminosclave, y las ecuaciones importantes se encuadran para ayudar en el repaso. Se usan abun-dantesnotas marginales para destacar ms los conceptos importantes y ayudar en el re-paso.Se hace hincapi en el anlisis dimensional en todo el libro, para dar al lector unamejor percepcin para el planteamiento correcto de los problemas. En todo el texto se usanunidades o smbolos SI (por ejemplo L, mL, mol y s). Se introducen los conceptos denormalidad y equivalentes, pero permanece el nfasis en la molaridad y los moles. Lapresentacin de normalidad se hace de manera que permite ignorarla si el instructor decideno revisarla.Los Problemas y las Referencias se agrupan por tema para facilitar su asignacin.Las referencias se han actualizado ampliamente, y se han agregado numerosos problemasnuevos. Hay 673 preguntas y problemas para que el estudiante practique al responderlos.Se introdujeron varios temas nuevos, tales como: Estadstica de pequeos grupos de datos Estadstica de muestreo Procedimiento sistemtico para clculos de equilibrio (balance de masa y cargas) Equilibrios heterogneos Diagramas logartmicos para describir especies de equilibrios mltiples (ahora seintroduce la preparacin de stos usando hojas de trabajo). Espectrmetros de matriz de diodos Espectroscopa infrarroja de transformada de Fourier Espectroscopa de IR cercano Sensores de fibra ptica Cromatografa de gases: Espectrometra de masasAsimismo: Se introdujeron hojas de trabajo Excel, que se usan en todo el texto para realizarclculos, anlisis estadsticos y grficas.Muchas curvas de titulacin se derivan usando hojas de trabajo, as como los clcu-losde valoresy las grficas de curvas -pH y de diagramas logartmicos de concentra-cin.Las presentaciones en hojas de trabajo se dan de manera que el usuario perciba confacilidad su configuracin. Para realizar los clculos mediante las hojas de trabajo se in-troducenlas frmulas en celdas especficas; por ejemplo, la celda B11 puede contener unafrmula para calcular la relacin de los nmeros introducidos en las celdas A2 y A3, y lafrmula es (A2/A3). La respuesta aparece en la celda B11, donde se introdujo la frmula.Las celdas que contienen frmulas estn resaltadas en negritas. Por lo general, el usuariotiene que hacer ingeniera en reversa con los datos introducidos en las celdas para deter-minarlas ecuaciones a partir de las cuales se derivaron; por ejemplo, la ecuacin que divideun nmero entre otro para obtener la fraccin. Esto es muy engorroso para ecuacionescomplicadas. Para evitar esto, las ecuaciones reales que se usaron para derivar las frmu-lasde celda se dan en la seccin de documentacin bajo las configuraciones de las hojasde trabajo; la frmula que se debe introducir en la celda con nmero identificado se daexactamente debajo de la ecuacin. El lector entender y apreciar mejor esto cuandocomience a estudiar el uso de las hojas de trabajo. Incluye un captulo sobre buenas prcticas de laboratorio: Certeza de calidad de lasmediciones analticas. 10. PREFACIO xiiiEste aspecto de la prctica de la qumica analtica se ha vuelto cada vez ms impor-tante,ya que los organismos oficiales, con la finalidad de establecer polticas o vigilar sucumplimiento, han implantado lineamientos ms complejos y exigentes para asegurar quelas mediciones analticas sean precisas. Cualquier qumico analtico que inicia, se darcuenta de lo importante que es para un empleador que el aspirante conozca estos linea-mientos.Este captulo sirve como introduccin y referencia a las prcticas actuales, e in-cluye: Validacin de mtodos analticos Aseguramiento de calidad Acreditacin de laboratorios Registros electrnicos y firmas electrnicas Captulo sobre Genmica y ProtemicaLa qumica analtica desempe un papel clave en la realizacin del histrico Pro-yectodel Genoma Humano. El lector debe saber qu es eso. Las tecnologas se han vueltorutina para el secuenciamiento de DNA de organismos complejos, para la ciencia forense,etc. Ahora se avanza en el terreno del perfilamiento de protenas (protemica), un empren-dimientoanaltico an ms desafiante, y el libro da una introduccin a esta nueva disciplina.Este captulo trata de: El Proyecto del Genoma Humano Cmo estn secuenciados los genes La reaccin de la cadena de polimerasa (PMR) Los chips de ADN PGINA 2-D y MALDI-TOF para perfilamiento de protenasSe incluyen a lo largo del texto los siguientes temas: Calibracin de equipo de vidrio Extraccin y digestin acelerada y en microondas Electrodos ISFET de estado slido Bases de datos espectrales, disponibles en Internet: comerciales y de libre acceso Extraccin en fase slida ampliada (SPE); microextraccin en fase slida (SPME) Nomenclatura de cromatografa: trminos y smbolos recomendados por IUPAC Teora de la eficiencia de la columna cromatogrfica ampliada. Software de simulacin de cromatografa, para desarrollo del mtodo Columnas capilares para cromatografa de gases (CG): seccin actualizada y am-pliada. Anlisis de CG de inyector de espacio de cabeza, desorcin trmica y de purga ytrampa Cromatografa de gases y lquidos rpida Cromatografa de lquidos de alta eficiencia-espectrometra de masas (HPLC-MS) Analizadores de masas para CG-MS Y CL-MS Fases estacionarias de HPLC actualizadas; columnas de conducto estrecho para altasensibilidad Electroforesis capilar ampliada; electrocromatografa capilar 11. xiv PREFACIOEXPERIMENTOSHay 40 experimentos que ilustran la mayor parte de las tcnicas de medicin que se pre-sentanen el texto. stos se encuentran agrupados por temas. Cada uno contiene una des-cripcinde los principios y las reacciones qumicas pertinentes, de modo que el lectorpodr adquirir una visin general de qu es lo que se analiza, y cmo. Se dan listas de lassoluciones y reactivos que hay que preparar antes de cada experimento, de manera que sepuedan realizar eficientemente; el instructor habr preparado muchas de estas solucionesy muchos de estos reactivos. Los experimentos estn diseados, en la medida de lo posible,para evitar el uso de asbesto, cloroformo, tetracloruro de carbono y benceno, de confor-midadcon los requisitos de salud y seguridad. Todos los experimentos, especialmente losvolumtricos, se han diseado para reducir al mnimo el desperdicio de productos qumi-cos,preparando los volmenes mnimos de reactivos, como los reactivos de titulacin, quese necesitan para llevar a cabo el experimento.Nuevos. Se incluye un nuevo experimento de titulacin en microescala, suministradopor el profesor John Richardson de la Universidad Estatal de Shippenburg, para el anlisisde muestras de agua dura (experimento 18). Las herramientas y las tcnicas que se usanpara ese experimento se podrn usar para disear experimentos similares para otras titu-laciones,si as se desea. (Si el instructor y los estudiantes exploran esta posibilidad, elautor podra incluir su experimento en la siguiente edicin!). Se agregan dos experimen-tosen equipo (39 y 40), para ilustrar los principios que se presentan en el captulo 4 sobrevalidacin estadstica. Uno es acerca de la validacin de mtodo y control de calidad, enel cual diferentes miembros de los equipos realizan diferentes partes de la validacin paraun experimento elegido. El otro es acerca de la prueba de competencia, en el cual se calcu-lanlos valores z para ver qu tan bueno es el desempeo.Hojas de trabajo. Se alienta al estudiante (en realidad se le dan instrucciones) paraque use las hojas de trabajo en sus experimentos, para preparar las curvas de calibraciny para realizar anlisis estadsticos de los resultados experimentales.AGRADECIMIENTOSLa produccin de este texto implic la asistencia y la pericia de numerosas personas.Agradecimientos especiales, primero, a los usuarios del texto que han contribuido concomentarios y sugerencias para cambios y mejoras; estos comentarios y sugerencias sonsiempre bienvenidos. Varios colegas revisaron el texto y el manuscrito, y han sido de granayuda sus sugerencias especficas, que fueron tomadas en cuenta a la hora de hacer loscambios. Ellos, naturalmente, expresan algunas veces puntos de vista opuestos sobre algntema o la ubicacin de un captulo o seccin; pero en forma colectiva han asegurado unresultado casi ptimo, y espero que los lectores encuentren su estudio fcil y agradable.Va una mencin especial para los profesores Dennis Anjo (Universidad del Estado deCalifornia en Long Beach), Kevin Chambliss (Universidad Baylor), Michael DeGrandpre(Universidad de Montana), Jinmo Huang (el Colegio de Nueva Jersey), Ira Krull (Univer-sidaddel Noreste), Gary Long y Harold McNair (Tecnolgico de Virginia), Jody Redpen-ning(Universidad de Nebraska), John Richardson y Thomas Schroeder (Universidad Es-tatalde Shippensburg), Benjamin Rusiloski (Universidad del Estado de Delaware), JamesRybarczyk (Universidad Estatal de Ball), Cheryl Klein Stevens (Universidad Xavier deLouisiana), y Philip Voegel (Universidad Estatal del Medio Oeste). El profesor NormanDovichi (Universidad de Washington) proporcion informacin valiosa para el captulo 25sobre genmica y protemica. Y gracias a Mac Carter por su genialidad en computacin,y a Sheila Parker por ayudarme a mantener la cabeza fuera del agua. 12. PREFACIO xvMi esposa y mejor amiga, Sue, ha sido mi ms fuerte apoyo durante este ejerciciode dos aos. Ella mantuvo el proceso dentro de programa por su eficiente traduccin ytecleado de mis pginas escritas a mano. Gracias, gracias, gracias!Gary D. ChristianSeattle, Washington,Estados UnidosEnsear es aprender dos veces Joseph Joubert 13. Captulo 1OBJETIVOS ANALTICOS, O:LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOS 11.1 Qu es la ciencia analtica?, 11.2 Anlisis cualitativo y cuantitativo:a qu se refiere cada uno?, 21.3 Comencemos: los procesos analticos, 51.4 Validacin de un mtodo: se debe demostrarque funciona!, 141.5 Intervalo: de qu tamao debe ser lamuestra?, 141.6 Algunos sitios tiles en la red, 15Captulo 2HERRAMIENTAS Y OPERACIONES BSICASDE LA QUMICA ANALTICA 202.1 Cuaderno de anotaciones del laboratorio:el registro crtico, 202.2 Materiales y reactivos de laboratorio, 232.3 La balanza analtica: herramientaindispensable, 242.4 Cristalera volumtrica: tambin esindispensable, 322.5 Preparacin de soluciones bsicas estndar, 432.6 Preparacin de soluciones cidas estndar, 442.7 Otros aparatos. Manejo y tratamiento de lasmuestras, 442.8 Calcinacin de precipitados. Anlisisgravimtrico, 512.9 Obtencin de la muestra. Es slida, lquida ogaseosa?, 522.10 Operaciones de secado y preparacinde una solucin del analito, 532.11 Seguridad de laboratorio, 60Captulo 3MANEJO DE DATOS Y HOJAS DE CLCULOEN QUMICA ANALTICA 653.1 Exactitud y precisin: hay diferencia, 653.2 Los errores determinados son sistemticos, 663.3 Los errores indeterminados son aleatorios, 673.4 Cifras significativas: cuntos nmerosse necesitan?, 683.5 Redondeo, 733.6 Modos de expresar la exactitud, 733.7 Desviacin estndar: la operacin estadsticams importante, 743.8 Uso de las hojas de clculo en qumicaanaltica, 783.9 La propagacin de errores no slo esaditiva, 823.10 Cifras significativas y propagacindel error, 883.11 Grficas de control, 893.12 El lmite de confianza. Qu tan segurose est?, 903.13 Pruebas de significancia. Hay diferencia?, 923.14 Rechazo de un resultado: la prueba Q, 983.15 Estadstica para conjuntos pequeosde datos, 1003.16 Mnimos cuadrados lineales. Cmo graficarla lnea recta correcta, 1023.17 Coeficiente de correlacin y coeficientede determinacin, 1063.18 Uso de hojas de clculo para graficar curvasde calibracin, 1073.19 Pendiente, interseccin y coeficientede determinacin, 1093.20 LINEST para estadsticas adicionales, 1103.21 Paquetes de software de estadstica, 111Contenidoxvii 14. xviii CONTENIDO3.22 Lmites de deteccin: el cero no existe, 1113.23 Estadstica del muestreo. Cuntas muestras?De qu tamao?, 113Captulo 4BUENAS PRCTICAS DE LABORATORIO:CERTEZA DE CALIDAD DE LAS MEDICIONESANALTICAS 1244.1 Qu son las buenas prcticas delaboratorio?, 1254.2 Validacin de mtodos analticos, 1264.3 Certeza de calidad. Todava funciona elmtodo?, 1334.4 Acreditacin de laboratorios, 1344.5 Registros electrnicos y firmas electrnicas:CFR 21, parte 11, 1354.6 Algunas organizaciones oficiales, 136Captulo 5CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS:EL CABALLO DE BATALLA DEL ANALISTA 1415.1 Repaso de conocimientos fundamentales, 1415.2 Cmo se expresan las concentraciones de lassoluciones?, 1445.3 Expresiones de resultados analticos:hay muchas formas, 1525.4 Anlisis volumtrico: cmo se hacen losclculos estequiomtricos?, 1585.5 Clculos volumtricos. Uso de la molaridad, 1605.6 Normalidad: una forma diferente de hacerclculos volumtricos, 1725.7 Ttulo: cmo hacer clculos de rutinarpidos, 1795.8 Relaciones de pesos: son necesarias para losclculos gravimtricos, 180Captulo 6CONCEPTOS GENERALESDE EQUILIBRIO QUMICO 1896.1 Reacciones qumicas: el concepto de rapidez, 1896.2 Tipos de equilibrio, 1916.3 La energa libre de Gibbs y la constantede equilibrio, 1916.4 Principio de Le Chtelier, 1926.5 Efectos de la temperatura sobre las constantesde equilibrio, 1936.6 Efectos de la presin sobre los equilibrios, 1936.7 Efecto de las concentraciones en losequilibrios, 1936.8 Catalizadores, 1936.9 Finalizacin de las reacciones, 1946.10 Constantes de equilibrio para especies que sedisocian o se combinan: electrlitos dbiles yprecipitados, 1946.11 Clculos con constantes de equilibrio.Cunto est en equilibrio?, 1956.12 Efecto del ion comn: desplazamientodel equilibrio, 2026.13 Procedimiento sistemtico para clculos deequilibrio: cmo resolver cualquier problemade equilibrio, 2036.14 Equilibrios heterogneos: los slidos nocuentan, 2096.15 Actividad y coeficientes de actividad:la concentracin no lo explica todo, 2106.16 Efecto del ion diverso: constante de equilibriotermodinmico y coeficientes de actividad, 214Captulo 7EQUILIBRIO CIDO-BASE 2197.1 Teoras cido-base: no todas se crearon igual, 2197.2 Equilibrios cido-base en agua, 2217.3 La escala de pH, 2247.4 El pH a temperaturas elevadas: pH de lasangre, 2277.5 cidos y bases dbiles: cul es el pH?, 2287.6 Sales de cidos y bases dbiles: no sonneutras, 2307.7 Amortiguadores: conservacin del pH constante(o casi), 2347.8 cidos poliprticos y sus sales, 2417.9 Amortiguadores fisiolgicos: nos mantienenvivos, 2517.10 Amortiguadores para mediciones biolgicas yclnicas, 253 15. CONTENIDO xix7.11 Efecto de ion diverso en cidos y bases. KayKb: las sales cambian el pH, 2547.12 Diagramas logartmicos de concentracin:cmo visualizar grandes cambios deconcentracin, 255Captulo 8TITULACIONES CIDO-BASE 2668.1 cido fuerte y base fuerte: las titulacionesfciles, 2668.2 Deteccin del punto final: indicadores, 2708.3 Soluciones estndar cidas y bsicas, 2728.4 cido dbil contra base fuerte:un poco menos sencillo, 2728.5 Base dbil contra cido fuerte, 2788.6 Titulacin de carbonato de sodio: una basediprtica, 2798.7 Titulacin de cidos poliprticos, 2818.8 Mezclas de cidos o bases, 2848.9 Titulacin de aminocidos: stos son cidos ybases, 2868.10 Anlisis de Kjeldahl: determinacinde protenas, 287Captulo 9REACCIONES Y TITULACIONES COMPLEJOMTRICAS 2949.1 Complejos y constantes de formacin: qu tanestables son los complejos?, 2949.2 Quelatos: EDTA, lo mximo en agentesquelantes para metales, 2979.3 Curvas de titulacin metal-EDTA, 3039.4 Deteccin del punto final: los indicadores sonagentes quelantes, 3059.5 Otros usos de los complejos, 3079.6 Fraccin de especies disociadas en complejospoliligandos: valores , cunto de cadaespecie?, 308Captulo 10ANLISIS GRAVIMTRICO Y EQUILIBRIOSDE PRECIPITACIN 31310.1 Cmo realizar un anlisis gravimtricosatisfactorio, 31310.2 Clculos gravimtricos. Cunto analitohay? 32010.3 Ejemplos de anlisis gravimtrico, 32410.4 Precipitados orgnicos, 32510.5 Equilibrios de precipitacin: el producto desolubilidad, 32610.6 Efecto del ion diverso en la solubilidad: Kps ylos coeficientes de actividad, 332Captulo 11REACCIONES DE PRECIPITACIN Y TITULACIONES 33911.1 Efecto de la acidez en la solubilidad de losprecipitados: producto de solubilidadcondicional, 33911.2 Procedimiento de balance de masas paraequilibrios mltiples, 34111.3 Efecto del complejamiento en la solubilidad:producto de solubilidad condicional, 34511.4 Titulaciones de precipitacin, 346Captulo 12CELDAS ELECTROQUMICAS Y POTENCIALESDE ELECTRODO 35412.1 Qu son las reacciones redox?, 35412.2 Celdas electroqumicas: lo que usan losqumicos electroanalticos, 35512.3 Ecuacin de Nernst: efectos de lasconcentraciones sobre los potenciales, 36112.4 Potencial formal: se usa para condicionesdefinidas no estndar, 36512.5 Limitaciones de los potenciales deelectrodo, 366Captulo 13ELECTRODOS POTENCIOMTRICOS Y POTENCIOMETRA 36913.1 Electrodos metlicos para medir el catin delmetal, 36913.2 Electrodos metal-sal metlica para medir elanin de la sal, 37113.3 Electrodos redox y metales inertes, 37313.4 Celdas voltaicas sin unin lquida: paraexactitud mxima, 37413.5 Celdas voltaicas con unin lquida: el tipoprctico, 37513.6 Electrodos de referencia: el electrodo saturadode calomel, 37813.7 Medicin del potencial, 380 16. xx CONTENIDO13.8 Determinacin de concentraciones a partirde mediciones de potencial, 38213.9 Potencial residual de unin lquida: debe sermnimo, 38213.10 Exactitud de mediciones potenciomtricasdirectas. Error de voltaje contra error deactividad, 38313.11 Electrodo de vidrio para pH: el caballo debatalla de los qumicos, 38413.12 Amortiguadores estndar. Referenciapara mediciones de pH, 38913.13 Exactitud de las mediciones de pH, 39113.14 Uso del medidor de pH. Cmo opera?, 39113.15 Medicin del pH de la sangre. La temperaturaes importante, 39313.16 Mediciones de pH en disolventes noacuosos, 39413.17 Electrodos selectivos de iones, 39513.18 Electrodos ISFET de estado slido, 408Captulo 14TITULACIONES REDOX Y POTENCIOMTRICAS 41414.1 Primero: balancear la reaccin de reduccin-oxidacin,41414.2 Clculo de la constante de equilibrio de unareaccin. Es necesario para calcular lospotenciales del punto de equivalencia, 41514.3 Clculo de curvas de titulacin redox, 41814.4 Deteccin visual del punto final, 42214.5 Titulaciones en las que participa el yodo:yodimetra y yodometra, 42314.6 Titulaciones con otros agentes oxidantes, 42914.7 Titulaciones con otros agentes reductores, 43014.8 Preparacin de la solucin: ajuste del analitoen el estado correcto de oxidacin antes de latitulacin, 43114.9 Titulaciones potenciomtricas (potenciometraindirecta), 433Captulo 15VOLTAMPEROMETRA Y SENSORES ELECTROQUMICOS 44615.1 Voltamperometra, 44615.2 Electrodos amperomtricos. Medicinde oxgeno, 45115.3 Sensores electroqumicos: electrodosqumicamente modificados, 4525.4 Ultramicroelectrodos, 454Captulo 16MTODOS ESPECTROQUMICOS 45716.1 Interaccin de la radiacin electromagnticacon la materia, 45816.2 Espectros electrnicos y estructuramolecular, 46416.3 Absorcin en infrarrojo y estructuramolecular, 46916.4 Pruebas no destructivas con espectrometraen infrarrojo cercano, 47016.5 Bases de datos de espectros: identificacin deincgnitas, 47216.6 Disolventes en espectrometra, 47316.7 Clculos cuantitativos, 47416.8 Instrumentacin espectromtrica, 48316.9 Tipos de instrumentos, 49516.10 Espectrmetros de serie de diodos. Obtencinde todo el espectro al instante, 49816.11 Espectrmetros de infrarrojo por transformadade Fourier, 49916.12 Instrumentos para IR cercano, 50116.13 Error espectromtrico en las mediciones, 50116.14 Desviaciones respecto a la ley de Beer, 50316.15 Fluorometra, 50516.16 Sensores pticos: fibras pticas, 511Captulo 17MTODOS DE ESPECTROMETRA ATMICA 52217.1 Espectrometra por emisin de flama, 52217.2 Distribucin entre los estados fundamental yexcitado: la mayor parte de los tomos seencuentra en estado fundamental, 52417.3 Espectrofotometra de absorcin atmica, 52517.4 Estndar interno y calibracin por adicin deestndar, 533Captulo 18PREPARACIN DE LA MUESTRA: EXTRACCIN CONDISOLVENTES Y EN FASE SLIDA 54118.1 Coeficiente de distribucin, 54118.2 Relacin de distribucin, 54218.3 Porcentaje extrado, 54318.4 Extraccin de metales con disolventes, 544 17. CONTENIDO xxi18.5 Extraccin acelerada y con microondas, 54618.6 Extraccin en fase slida, 547Captulo 19CROMATOGRAFA: PRINCIPIOS Y TEORA 55519.1 Principios de las separacionescromatogrficas, 55619.2 Clasificacin de las tcnicascromatogrficas, 55819.3 Teora de la eficiencia de la columnacromatogrfica, 56019.4 Programas de simulacin de cromatografa, 57019.5 Sin costo: bases de datos de compaas concromatogramas que se pueden consultar, 571Captulo 20CROMATOGRAFA DE GASES 57420.1 Realizacin de separaciones concromatografa de gases, 57420.2 Columnas para cromatografa de gases, 57720.3 Detectores para cromatografa de gases, 58420.4 Seleccin de la temperatura, 58720.5 Mediciones cuantitativas, 58920.6 Anlisis del espacio de cabeza, 59020.7 Desorcin trmica, 59120.8 Purga y captura, 59120.9 Pequea y rpida, 59220.10 Cromatografa de gases-espectrometra demasas, 593Captulo 21CROMATOGRAFA DE LQUIDOS 60421.1 Cromatografa de lquidos de altaeficiencia, 60421.2 Cromatografa por exclusin de tamao, 62021.3 Cromatografa de intercambio inico, 62221.4 Cromatografa inica, 62521.5 Cromatografa de capa delgada, 62721.6 Electroforesis, 63121.7 Electroforesis capilar, 632Captulo 22MTODOS CINTICOS DE ANLISIS 64322.1 Cintica: las bases, 64322.2 Enzimas catalizadoras, 646Captulo 23AUTOMATIZACIN EN LAS MEDICIONES 66023.1 Principios de la automatizacin, 66023.2 Instrumentos automatizados: control deprocesos, 66123.3 Instrumentos automticos, 66423.4 Anlisis por inyeccin de flujo, 66523.5 Microprocesadores y computadoras, 674Captulo 24QUMICA CLNICA 67824.1 Composicin de la sangre, 67824.2 Toma y conservacin de las muestras, 68024.3 Anlisis clnicos: determinacionesfrecuentes, 68124.4 Inmunoensayos, 683Captulo 25EL SIGLO DEL GEN. GENMICA Y PROTEMICA:SECUENCIACIN DE ADN Y PERFIL DE PROTENAS 69325.1 De qu estamos hechos?, 69325.2 Qu es el ADN?, 69525.3 El Proyecto del Genoma Humano, 69525.4 Cmo se secuencian los genes?, 69725.5 Replicacin del ADN: la reaccin en cadenade la polimerasa, 69725.6 Plsmidos y cromosomas bacterianosartificiales (BAC), 69925.7 Secuenciacin de ADN, 70025.8 Secuenciacin de escopeta de todo elgenoma, 70325.9 Polimorfismos de un solo nucletido, 70325.10 Chips de ADN, 70425.11 Borrador del genoma, 70525.12 Genomas y protemica: el resto de lahistoria, 705 18. xxii CONTENIDOCaptulo 26MUESTREO Y ANLISIS DEL MEDIO AMBIENTE 71226.1 Obtencin de una muestra adecuada, 71226.2 Toma de muestras de aire y su anlisis, 71326.3 Recoleccin y anlisis de muestras deagua, 72026.4 Muestreo de suelo y sedimentos, 72226.5 Preparacin de muestras para trazasde sustancias orgnicas, 72226.6 Sitios terrestres contaminados. Qu se debeanalizar?, 72326.7 Mtodos EPA y anlisis basados en eldesempeo, 723EXPERIMENTOS 727USO DE APARATOSExperimento 1 Uso de la balanza analtica, 727Experimento 2 Uso de pipetas y buretas,y anlisis estadsticos, 729GRAVIMETRAExperimento 3 Determinacin gravimtrica decloruros, 730Experimento 4 Determinacin gravimtrica de SO3en un sulfato soluble, 733Experimento 5 Determinacin gravimtrica de nquelen aleacin de nicromo, 735TITULACIONES CIDO-BASEExperimento 6 Determinacin de hidrgenosustituible en un cido titulando conhidrxido de sodio, 736Experimento 7 Determinacin de la alcalinidadtotal del carbonato de sodiocomercial, 738Experimento 8 Determinacin de bicarbonato en lasangre por retrotitulacin, 740TITULACIN COMPLEJOMTRICAExperimento 9 Determinacin de la dureza del aguacon EDTA, 742TITULACIONES CON PRECIPITACINExperimento 10 Determinacin de plata en unaaleacin: mtodo de Volhard, 744Experimento 11 Determinacin de cloruro en uncloruro soluble: mtodo deFajans, 745MEDICIONES POTENCIOMTRICASExperimento 12 Determinacin del pH de champpara pelo, 746Experimento 13 Determinacin potenciomtrica defluoruro en agua potable usando unelectrodo selectivo de ionesfluoruro, 748TITULACIONES DE REDUCCIN-OXIDACINExperimento 14 Anlisis de una aleacin o mineralde hierro titulando con dicromato depotasio, 750Experimento 15 Anlisis de una solucin comercialde hipoclorito o de perxido portitulacin yodomtrica, 753Experimento 16 Determinacin yodomtrica decobre, 755Experimento 17 Determinacin de antimonio portitulacin con yodo, 757Experimento 18 Anlisis cuantitativo, enmicroescala, de muestras de aguadura mediante titulacin indirectaredox con permanganato depotasio, 759TITULACIONES POTENCIOMTRICASExperimento 19 Titulacin de pH de carbonato desodio comercial, 762Experimento 20 Titulacin potenciomtrica de unamezcla de cloruro y yoduro, 763MEDICIONES ESPECTROQUMICASExperimento 21 Determinacin espectrofotomtricade hierro, 765Experimento 22 Determinacin de nitrgeno denitratos en agua, 766Experimento 23 Determinacin espectrofotomtricade plomo en hojas, usandoextraccin con disolventes, 767Experimento 24 Determinacin espectrofotomtricade fsforo inorgnico en elsuero, 769Experimento 25 Determinacin espectrofotomtricade manganeso y cromo en unamezcla, 770 19. CONTENIDO xxiiiExperimento 26 Determinacin espectrofotomtricaen el ultravioleta de aspirina,fenacetina y cafena en tabletas deAPC, usando extraccin condisolventes, 773Experimento 27 Determinacin por infrarrojode una mezcla de ismeros deXileno, 774Experimento 28 Determinacin fluoromtricade riboflavina (Vitamina B2), 775MEDICIONES DE ESPECTROMETRA ATMICAExperimento 29 Determinacin de calcio porespectrofotometra de absorcinatmica, 776Experimento 30 Determinacin espectromtricade sodio por emisin de flama, 778CROMATOGRAFAExperimento 31 Separacin cromatogrfica deaminocidos en capa delgada, 780Experimento 32 Anlisis de una mezcla terciaria concromatografa de gases, 781Experimento 33 Anlisis cualitativo y cuantitativode vitamina C en jugos de frutas,usando cromatografa de lquidosde alta eficiencia, 783Experimento 34 Anlisis de analgsicos usandocromatografa de lquidos de altaeficiencia, 784ANLISIS CINTICOExperimento 35 Determinacin enzimtica deglucosa en sangre, 785ANLISIS POR INYECCIN DE FLUJOExperimento 36 Caracterizacin de los parmetrosfsicos de un sistema de inyeccinal flujo, 786Experimento 37 Anlisis por inyeccin al flujo (FIA)con una sola lnea: determinacinespectrofotomtrica decloruros, 789Experimento 38 Anlisis por inyeccin al flujo (FIA)con tres lneas: determinacinespectrofotomtrica de fosfato, 790EXPERIMENTOS EN EQUIPOExperimento 39 Estudio de validacin de mtodo yde control de la calidad, 793Experimento 40 Prueba de aptitud: determinacinde valores de z de los experimentosen clase, 795APNDICE A LITERATURA DE QUMICA ANALTICA 796APNDICE B REPASO DE OPERACIONES MATEMTICAS:EXPONENTES, LOGARITMOS Y LA FRMULA CUADRTICA 800APNDICE C TABLAS DE CONSTANTES 804Tabla C.1 Constantes de disociacin de cidos, 804Tabla C.2 Constantes de disociacin de bases, 805Tabla C.3 Constantes de producto desolubilidad, 806Tabla C.4 Constantes de formacin de algunosquelatos metlicos con EDTA, 807Tabla C.5 Algunos potenciales de electrodo estndary formales de reduccin, 808APNDICE D SEGURIDAD EN EL LABORATORIO 810APNDICE E TABLAS PERIDICAS EN LA RED 811APNDICE F RESPUESTAS PARA LOS PROBLEMASDE NMERO PAR 812NDICE 818 20. Captulo unoOBJETIVOS ANALTICOS, O:LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSA menos que nuestro conocimiento se mida yse exprese en nmeros, no significa mucho.Lord KelvinLa qumica analtica se ocupa de la caracterizacin qumica de la materia y de la respuestaa dos importantes preguntas: qu es (el aspecto cualitativo) y en qu cantidad se presenta (elcuantitativo). Todo lo que se usa o consume se compone de productos qumicos, y el co-nocimientode la composicin qumica de muchas sustancias es importante para la vidacotidiana. La qumica analtica desempea un papel importante en casi todos los aspectosde la qumica: agrcola, clnica, ambiental, forense, de manufactura, metalrgica y farma-cutica.El contenido de nitrgeno de un fertilizante determina su valor. Los alimentos sedeben analizar para detectar contaminantes (por ejemplo, residuos de pesticidas) y paradeterminar su contenido de nutrimentos esenciales (por ejemplo, el contenido vitamnico).El aire de las ciudades se debe analizar para determinar el contenido de monxido decarbono. Se ha de vigilar la glucosa en la sangre de los diabticos (y, de hecho, la mayorparte de las enfermedades se diagnostican mediante el anlisis qumico). La presencia derastros de plvora en la mano de un acusado de homicidio prueba que dispar un arma.La calidad de los productos manufacturados depende a menudo de que las proporcionesqumicas sean las adecuadas, y la medicin de los componentes es una parte necesaria delcontrol de calidad. El contenido de carbono en el acero determina su calidad. La purezade los medicamentos determina su eficacia.1.1 Qu es la ciencia analtica?La descripcin anterior de la qumica analtica da una visin general de esta disciplina. Hahabido varios intentos para definirla de manera ms especfica. Charles N. Reilley soladecir: La qumica analtica es lo que hacen los qumicos analticos (Ref. 2). La disciplinase ha extendido ms all de los lmites de la qumica, y muchos han preconizado el usodel nombre ciencia analtica para describirla. Este trmino se emplea en un informe de laNational Science Foundation sobre los talleres de Desarrollos curriculares en cienciasTodo est hecho de productosqumicos. Los qumicos analti-cosdeterminan cules y cunto.1 21. 2 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSanalticas, pero se queda corto cuando se trata de reconocer el papel de su desarrollo yaplicacin. Una sugerencia es usar el trmino ciencia y tecnologa analticas (Ref. 3).La Federacin de Sociedades Qumicas Europeas patrocin en 1992 un concursopara definir la qumica analtica, y se seleccion la siguiente sugerencia de K. Cammann[Fresenius J. Anal. Chem., 343 (1992):812-813].La qumica analtica proporciona los mtodos y las herramientas necesarios para com-prendernuestro mundo material... para responder a cuatro preguntas bsicas acercade una muestra de material: Qu? Dnde? Cunto? Qu disposicin, estructura o forma?La Divisin de Qumica Analtica de la American Chemical Society da una definicinamplia de la qumica analtica, que se puede encontrar en su sitio de red (www.acs-analy-tical.duq.edu/whatisanalyticalchem.html). En seguida se reproduce esta definicin casi ensu totalidad:La qumica analtica continuamente busca medios mejorados para medir la composicinqumica de los materiales naturales y artificiales. Las tcnicas de esta ciencia se usanpara identificar las sustancias que pueden estar presentes en un material y para deter-minarlas cantidades exactas de la sustancia identificada.Los qumicos analticos trabajan para mejorar la confiabilidad de las tcnicas exis-tentesa fin de satisfacer las exigencias de mejores mediciones qumicas que surgenconstantemente en nuestra sociedad. Adaptan metodologas probadas a nuevas clasesde materiales o para responder a nuevas preguntas acerca de su composicin y susmecanismos de reactividad. Investigan con el fin de descubrir principios completamentenuevos de medicin y estn a la vanguardia en la utilizacin de los principales descu-brimientos,como el lser y los dispositivos de microchips para propsitos prcticos. Susesfuerzos satisfacen las necesidades en muchas reas: En medicina, la qumica analtica es la base de las pruebas de laboratorio clnicoque ayudan a los mdicos a diagnosticar la enfermedad y a graficar el progresode la recuperacin. En la industria, la qumica analtica brinda los medios para probar las materiasprimas y para asegurar la calidad de los productos terminados en los que la com-posicinqumica es de primordial importancia. Para analizar productos de usodomstico, como combustibles, pinturas, frmacos, etc., antes de venderlos a losconsumidores se siguen procedimientos desarrollados por qumicos analticos. La calidad ambiental a menudo se evala mediante pruebas para detectar la pre-senciasospechada de contaminantes, usando tcnicas de qumica analtica. El valor nutritivo de los alimentos se determina mediante el anlisis qumico delos componentes principales, como protenas y carbohidratos, as como de losmicrocomponentes, como las vitaminas y los minerales. Incluso las caloras de unalimento se calculan a menudo a partir de su anlisis qumico.Los qumicos analticos tambin hacen importantes contribuciones a campos tan diver-soscomo la ciencia forense, la arqueologa o la ciencia espacial.1.2 Anlisis cualitativo y cuantitativo:a qu se refiere cada uno?La disciplina de la qumica analtica consiste en el anlisis cualitativo y el anlisis cuan-titativo.El primero se ocupa de la identificacin de los elementos, los iones o los com-El anlisis cualitativo se refierea qu productos qumicos estnpresentes; el anlisis cuantitativoindica en qu cantidades. 22. 1.2 ANLISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO: A QU SE REFIERE CADA UNO? 3Cmo se origin la qumica analtica?Es muy buena pregunta. En realidad, las herramientas y la medicin qumica bsicason tan antiguas como la ms ancestral historia registrada. Hay referencias del ensayodel oro por fuego en Zacaras 13:9, y el rey de Babilonia se quej ante el faran egip-cioAmenofis IV (1375-1350 a.C.) de que el oro que haba recibido del faran eramenos que su peso despus de ponerlo en un horno. De hecho, el valor percibidodel oro era tal vez un importante incentivo para adquirir conocimiento analtico. Ar-qumedes(287-212 a.C.) realiz pruebas no destructivas de la corona de oro del reyHieronte. Coloc en un recipiente lleno de agua trozos de oro y de plata del mismopeso que la corona y midi la cantidad de agua que desplazaba cada objeto. La coronadesplazaba una cantidad intermedia entre las correspondientes al oro y la plata, y asprob que la corona no era de oro puro!La balanza es de origen tan ancestral que en documentos muy antiguos se leatribua su creacin a los dioses. Los babilonios crearon patrones de peso en 2600 a.C.,y los consideraron tan importantes que su uso era supervisado por los sacerdotes.Los alquimistas acumularon el conocimiento qumico que form la base delanlisis cuantitativo como lo conocemos en la actualidad. Robert Boyle acu el tr-minoanalista en su libro de 1661, El qumico escptico. Antoine Lavoisier se haconsiderado como el padre de la qumica analtica, debido a los cuidadosos experi-mentoscuantitativos que realiz sobre la conservacin de la masa (usando la balanzaanaltica). (Lavoisier era en realidad cobrador de impuestos y en su tiempo libre sededicaba a la ciencia. Fue guillotinado el 8 de mayo de 1793 durante la RevolucinFrancesa, debido a sus actividades como cobrador de impuestos.)La gravimetra se desarroll en el siglo xvii, y la titulometra en los siglos xviiiy xix. Guy Lussac, en 1829, ensayaba la plata mediante titulacin con 0.05% deexactitud y precisin relativas!Los libros de texto de qumica analtica comenzaron a aparecer en el siglo xix.Karl Fresenius public Anleitung zur Quantitaven Chemischen Analyse en Alemania,en 1845. Wilhelm Ostwald public, en 1894, un importante texto sobre los fundamen-toscientficos de la qumica analtica, titulado Die wissenschaftlichen Grundlagen deranalytischen Chemie, y este libro introdujo las explicaciones tericas de los fenmenosanalticos usando las constantes de equilibrio (gracias a l por el captulo 6 y las apli-cacionesen otros captulos).En el siglo xx evolucionaron las tcnicas instrumentales. La segunda edicin delAnlisis Cuantitativo de Steven Popoff, en 1927, inclua el electroanlisis, las titula-cionesconductimtricas y los mtodos colorimtricos. Hoy, por supuesto, la tecnologaanaltica ha progresado; se ha desarrollado instrumentacin ms complicada y potentecontrolada por computadora, y ya existe la capacidad de realizar anlisis y medicionesde alta complejidad a concentraciones extremadamente bajas.En este texto se ensearn al lector los fundamentos y se le darn las herramien-taspara resolver la mayor parte de los problemas analticos. Feliz viaje. Para msinformacin sobre la evolucin en esta rea, vase la Ref. 7.puestos presentes en una muestra (puede haber inters en determinar slo si una sustanciadada est presente), en tanto que el segundo se ocupa de determinar qu cantidad haypresente de uno o ms de ellos. La muestra puede ser slida, lquida, gaseosa o una mez-cla.La presencia de residuos de plvora en una mano por lo general necesita slo el co-nocimientocualitativo y no saber cunta plvora hay; pero el precio del carbn se determinapor el porcentaje en el contenido de impurezas de azufre. 23. 4 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOS(Cortesa de Merck KGaA.Reproducida con autorizacin.) Anlisis cuantitativo Anlisis cualitativoLas pruebas cualitativas se pueden realizar mediante reacciones qumicas selectivaso con el uso de instrumentos. La formacin de un precipitado blanco cuando se agregauna solucin de nitrato de plata a una muestra disuelta indica la presencia de cloruro.Ciertas reacciones qumicas producen colores que indican la presencia de diversas clasesde compuestos orgnicos; por ejemplo, las cetonas. Los espectros infrarrojos proporcionanhuellas digitales de los compuestos orgnicos o sus grupos funcionales.Se debe hacer una clara distincin entre los trminos selectivo y especfico. Una reaccin o una prueba selectiva es la que puede ocurrir con otras sustancias peroque exhibe un grado de preferencia por la sustancia que interesa. Una reaccin o prueba especfica es la que ocurre slo con la sustancia que inte-resa.Por desgracia, pocas reacciones son especficas, aunque muchas exhiben selectividad.La selectividad se puede lograr mediante el uso de varias estrategias. He aqu algunosejemplos: Preparacin de muestra (por ejemplo, extracciones, precipitaciones) Instrumentacin (detectores selectivos) Derivatizacin del componente objetivo (por ejemplo, derivatizar grupos funcionalesespecficos con reactivos de deteccin) Cromatografa, que proporciona una muy eficiente separacinPara el anlisis cuantitativo, con frecuencia se conoce la historia de la composicinde la muestra (por ejemplo, se sabe que la sangre contiene glucosa), o bien el analistahabr realizado una prueba cualitativa antes de efectuar el ms complicado anlisis cuanti-tativo.Los sistemas actuales de medicin qumica a menudo muestran suficiente selectivi-dadpara que una medicin cuantitativa tambin pueda servir como cualitativa. Sin embargo,las pruebas cualitativas simples normalmente son ms rpidas que los procedimientoscuantitativos. El anlisis cualitativo se compone de dos campos: el inorgnico y el orgnico.El primero se cubre por lo general en los cursos introductorios de qumica, en tanto queel orgnico se deja para despus que el estudiante haya cursado qumica orgnica.Pocos anlisis son especficos.La selectividad se obtiene me-diantela preparacin y la medi-cincorrectas. 24. 1.3 COMENCEMOS: LOS PROCESOS ANALTICOS 5Al comparar el anlisis cualitativo con el cuantitativo debe considerarse la secuenciade procedimientos analticos que se siguen, y un ejemplo de ello son las sustancias prohi-bidasen los Juegos Olmpicos. La lista de ellas incluye alrededor de 500 componentesactivos distintos: estimulantes, esteroides, bloqueadores beta, diurticos, narcticos, anal-gsicos,anestsicos locales y sedantes. Algunos son detectables slo como metabolitos.Dado que se requiere examinar a gran cantidad de atletas en poco tiempo, no resulta prc-ticoefectuar un estudio cuantitativo detallado para cada uno. Hay tres fases en el anlisis:la de seleccin rpida, la de identificacin y la de posible cuantificacin. En la fase deseleccin rpida se prueban rpidamente muestras de orina para detectar la presenciade compuestos que las diferenciaran de muestras normales. Las diversas tcnicas inclu-yeninmunoensayos, cromatografa de gases y cromatografa de lquidos. Alrededor del 5%de las muestras suelen indicar la presencia de compuestos desconocidos que pueden o noestar prohibidos, pero es necesario identificarlos. Las muestras con un perfil sospechosodurante la fase de seleccin se someten a un nuevo ciclo de preparacin (quizs hidrlisis,extraccin, derivatizacin), dependiendo de la naturaleza de los compuestos que se handetectado. Luego stos se identifican mediante una combinacin altamente selectiva decromatografa de gases/espectrometra de masas (GC/MS, gas chromatography/mass es-pectrometry).En esta tcnica, las mezclas complejas se separan mediante cromatografade gases y luego se detectan por espectrometra de masas (MS), con lo que se obtienendatos estructurales moleculares sobre los compuestos. Los datos de MS combinados conel tiempo de elucin del cromatgrafo de gases dan una alta probabilidad de la presenciade un compuesto dado. La GC/MS es costosa y tardada, de modo que se usa slo cuandoes necesario. Despus de la fase de identificacin, algunos compuestos se deben cuantifi-carcon precisin, ya que pueden estar presentes en bajos niveles, lo que se consideraranormal, pues pueden provenir, por ejemplo, de alimentos, preparaciones farmacuticas oesteroides endgenos, y se deben confirmar los niveles elevados. Esto se hace mediantetcnicas cuantitativas como la espectrofotometra o la cromatografa de gases.En este texto se trata principalmente el anlisis cuantitativo. Al considerar la aplica-cinde diferentes tcnicas se toman ejemplos de las ciencias biolgicas, la qumica clnica,la qumica ambiental, aplicaciones de sanidad y seguridad ocupacionales, y de anlisisindustriales.En este captulo se describen brevemente los procesos analticos. Se dan ms detallesen captulos posteriores.1.3 Comencemos: los procesos analticosEn la figura 1.1 se muestran los procesos analticos generales. El qumico analtico debeparticipar en cada paso. La ocupacin del analista en realidad es resolver problemas, unaspecto importante del equipo humano que decide qu, por qu y cmo. En seguida sepresentan con ms detalle las operaciones unitarias ms comunes de la qumica analtica.DEFINICIN DEL PROBLEMA: QU SE DEBE SABEREN REALIDAD? (NO NECESARIAMENTE TODO)Antes de que el analista pueda disear un procedimiento de anlisis, debe saber qu infor-macinse necesita, quin la necesita, para qu propsito, y qu tipo de muestra se va aanalizar. El analista debe tener buena comunicacin con el cliente. Esta etapa del anlisises quiz la ms importante. El cliente puede ser la Agencia para la Proteccin del Ambiente(EPA, Environmental Protection Agency), un cliente industrial, un ingeniero o la abuelitadel analista, cada uno de los cuales puede tener diferentes criterios o necesidades, y dis-tintacomprensin de lo que implica y significa un anlisis qumico. Es importante comu-La forma de realizar un anlisisdepende de la informacin quese requiera. 25. 6 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSDefinir el problemaFactores Cul es el problema? Qu se necesita encontrar?Cualitativo o cuantitativo? Para qu se usar la informacin? Quin la usar? Cundo se necesitar? Qu tan exacta y precisa debe ser? Cul es el presupuesto disponible? El analista (el que resuelve problemas) debe ponersede acuerdo con el cliente para planear un anlisis tily eficiente, que incluya cmo obtener una muestra til.Seleccionar un mtodoFactores Tipo de muestra Tamao de muestra Preparacin necesaria de la muestra Concentracin e intervalo (sensibilidad necesaria) Selectividad necesaria (interferencias) Exactitud/precisin necesarias Herramientas/instrumentos disponibles Pericia/experiencia Costo Rapidez Necesita ser automatizado? Hay mtodos disponibles en la literatura qumica? Hay mtodos convencionales disponibles?Obtener una muestra representativaFactores Tipo/homogeneidad/tamao de la muestra Estadstica/errores del muestreoPreparar la muestra para el anlisisFactores Slida, lquida o gaseosa? Hay qu disolver? Hay qu incinerar o digerir? Se necesita separacin qumica o enmascaramientode interferencias? Se necesita concentrar el analito? Se necesita cambiar (derivatizar) el analito para la deteccin? Es necesario ajustar las condiciones de la solucin(pH, agregar reactivos)?Llevar a cabo todas las separaciones qumicas necesarias Destilacin Precipitacin Extraccin por disolvente Extraccin en fase slida Cromatografa (se puede realizar como parte del pasode medicin) Electroforesis (se puede realizar como parte del pasode medicin)Realizar la medicinFactores Calibracin Validacin/controles/blancos RplicasCalcular los resultados y preparar el informe Anlisis estadstico (confiabilidad) Dar a conocer los resultados con informacin de limitacionesy exactitudFigura 1.1. Pasos en un anlisis.nicarse en un lenguaje comprensible para ambas partes. Si alguien pone una botella sobreel escritorio y pregunta qu hay aqu? o esto es seguro?, tal vez se tenga que expli-carque hay 10 millones de compuestos y sustancias conocidos. Una persona que dice:quiero saber qu elementos hay aqu, deber comprender que a 20 dlares por anlisispara 85 elementos costar 1 700 dlares demostrar si estn presentes todos, cuando quizsel inters sea slo por algunos.Con frecuencia llegan con el analista personas no profesionales que quieren anali-zarcosmticos para comercializarlos y hacer una fortuna. Cuando se dan cuenta que puedecostarles gran cantidad de dinero determinar los ingredientes, para lo cual se necesita unaserie de anlisis complicados, se ven obligados a reconsiderarlo. 26. 1.3 COMENCEMOS: LOS PROCESOS ANALTICOS 7El concepto de seguro o cero/nada es difcil de definir y de entender para muchos.No le toca al analista decirle a alguien que su agua es segura. Lo ms que puede hacer espresentar los datos analticos (y dar una indicacin del margen de exactitud). La personadebe decidir si es seguro beberla, quizs apoyndose en otros expertos. Asimismo, nuncase da a conocer una respuesta como cero, sino como inferior al nivel de deteccin, elcual se basa en el dispositivo o instrumento de medicin. La metodologa y el equipo sonlimitados, y eso es todo lo que se puede informar. Sin embargo, algunos instrumentos mo-dernospueden medir cantidades o concentraciones ridculamente pequeas, por ejemplopartes en 1012 (en el sistema estadounidense, partes por trilln). Esto da lugar a un dilemaal elaborar los protocolos (que con frecuencia son de naturaleza poltica). Pudiera entrar envigor una ley que exija concentracin cero de un efluente qumico en el agua. En la prctica,el nivel aceptable se define por qu tan baja concentracin se puede detectar; y la muy bajadetectabilidad puede estar muy por debajo de la presencia natural de la sustancia qumicao debajo de los niveles a los cuales se puede reducir de manera razonable. Los analistas ylos qumicos deben comunicar con mucha claridad lo que representan las mediciones.Una vez que se define el problema se determinar cmo ha de obtenerse la muestra,cunto de ella se necesita, qu tan sensible debe ser el mtodo, su exactitud y precisin,1y qu separaciones pueden necesitarse para eliminar las interferencias. Para determinarcomponentes en concentraciones traza por lo general no se requiere la precisin que ame-ritanlos componentes principales, pero se deber tener cuidado para eliminar la contami-nacinde trazas durante el anlisis.Una vez conocida la medicin que se requiere, el mtodo analtico por aplicar de-penderde varios factores, entre ellos la pericia y la capacitacin del analista en diferentestcnicas e instrumentos; las instalaciones, el equipo y los instrumentos disponibles; lasensibilidad y precisin requeridas; el costo y presupuesto disponibles, as como el tiemponecesario para el anlisis y para cundo se necesitan los resultados. En los libros de con-sultaa menudo hay uno o ms procedimientos estndar para la determinacin de un ana-lito(el componente que se va a determinar) en un tipo de muestra dado. Esto no significaque el mtodo vaya a ser necesariamente aplicable a otros tipos de muestra. Por ejemplo,un mtodo estndar de la EPA para muestras de agua fretica puede dar resultados errneossi se aplica al anlisis de aguas negras. La literatura qumica (revistas) contiene muchasdescripciones especficas de anlisis. La serie Chemical Abstracts (http://info.cas.org.),publicada por la American Chemical Society, es un buen sitio para comenzar una bsquedade literatura. Contiene resmenes de todos los artculos que aparecen en las principalesrevistas qumicas del mundo. Hay disponibles ndices anuales y acumulativos, y muchasbibliotecas tienen instalaciones para bsqueda por computadora. Se pueden consultar porseparado las principales revistas de qumica analtica. Entre ellas estn: Analytica ChimicaActa, Analytical Chemistry, Analytical Letters, Analyst, Applied Spectroscopy, Clinica Chi-micaActa, Clinical Chemistry, Journal of the Association of Official Analytical Chemists,Journal of Chromatography, Spectrochimica Acta, y Talanta. Aunque tal vez no se descri-bael anlisis especfico que interesa, el analista puede usar la informacin de la literaturasobre un analito dado para disear un esquema adecuado de anlisis. Por ltimo, el ana-listatal vez tenga que apoyarse en la experiencia y el conocimiento para desarrollar unmtodo analtico para una muestra dada. En las referencias de literatura del apndice A sedescriben diversos procedimientos para el anlisis de diferentes sustancias.En los captulos 24 a 26 se dan ejemplos de la manera en que se realizan anlisis detipos particulares de muestras. Estos captulos describen anlisis clnicos, bioqumicos yambientales que se realizan de manera habitual. Las diversas tcnicas que se describen eneste texto se utilizan para los anlisis especficos. Por tanto, ser til leer estos captulos1 Exactitud se define como el grado de acuerdo entre un valor medido y un valor verdadero. Precisin es el gradode acuerdo entre las mediciones de rplica de la misma cantidad y la exactitud no necesariamente implicada. Estostrminos se comentan con ms detalle en el captulo 3.La manera de realizar un anli-sisdepender de la experienciadel analista, el equipo disponi-ble,el costo y el tiemponecesario.El analito es la sustancia que sebusca en el anlisis. Suconcentracin es la que sedetermina.Chemical Abstracts es unabuena fuente de la literatura. 27. 8 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSde aplicaciones, tanto ahora como despus de terminar la mayor parte de este curso, afin de lograr una apreciacin de lo que implica analizar muestras reales y por qu se hacenlos anlisis.Una vez que se ha definido el problema se pueden iniciar los siguientes pasos.OBTENCIN DE UNA MUESTRA REPRESENTATIVA:NO SE PUEDE ANALIZAR TODO EL MATERIALUn anlisis qumico por lo regular se realiza slo en una pequea porcin del material quese va a caracterizar. Si la cantidad de material es muy pequea y no se necesita para usofuturo, entonces toda la muestra se puede usar para el anlisis. El residuo de plvora enuna mano puede ser un ejemplo. Sin embargo, con mayor frecuencia el material que se vaa caracterizar es de valor y se debe alterar tan poco como sea posible en el muestreo.El material que se va a muestrear puede ser slido, lquido o gaseoso; suele ser ho-mogneoo heterogneo en su composicin. En el primer caso, una simple muestra tomadaal azar ser suficiente para el anlisis. En el segundo caso, la variacin en toda la mues-trapuede ser importante, en cuyo caso se obtendrn varias muestras individuales. Si senecesita la composicin bruta, entonces ser necesario aplicar tcnicas especiales para ob-teneruna muestra representativa. Por ejemplo, al analizar el contenido promedio de protenade un embarque de granos se puede tomar una pequea muestra de cada saco, o de cada d-cimosaco para un embarque grande, y se pueden combinar las pequeas muestras paraobtener una muestra compuesta. Cuando el material es grande, el muestreo se hace mejorsi se ha movido con objeto de tener acceso. Cuanto ms grande sea el tamao de la partcula,mayor deber ser la muestra compuesta. La muestra compuesta se debe reducir en tamaopara obtener una muestra de laboratorio de varios gramos, de la cual se tomarn de unospocos gramos a miligramos para el anlisis (muestra de anlisis). La reduccin de tama-opuede hacer necesario tomar porciones (por ejemplo, dos cuartos) y mezclarlas en variospasos, as como moler y cribar para obtener un polvo uniforme para el anlisis. Los mto-dosde muestreo de slidos, lquidos y gases se explican en el captulo 2.En el caso de fluidos biolgicos, las condiciones en las cuales se toma la muestrapueden ser importantes; por ejemplo, cuando un paciente acaba de comer. La composicinde la sangre vara en forma considerable antes y despus de los alimentos, y para muchosanlisis se toma una muestra despus de que el paciente ha ayunado durante cierto nmerode horas. A las muestras de sangre se les pueden agregar conservadores, como fluoruro desodio, para la preservacin de glucosa y anticoagulantes; estos aditivos pueden afectardeterminado anlisis.Las muestras de sangre se pueden analizar como sangre total, o se separan paraobtener plasma o suero, de acuerdo con los requisitos del anlisis de que se trate. Lo mscomn es que la concentracin de la sustancia externa a los glbulos rojos (la concentracinextracelular) sea una indicacin significativa de la condicin fisiolgica, por lo cual setoma suero o plasma para el anlisis.Si se recolecta sangre entera y se deja reposar durante varios minutos, la protenasoluble, fibringeno, se convertir, por una compleja serie de reacciones qumicas (en lasque participa el ion calcio) en la protena insoluble fibrina, que forma la base de un gel,o cogulo. Los glbulos rojos y blancos de la sangre quedan atrapados en las redes defibrina y contribuyen a la solidez del cogulo, aunque no son necesarios para el procesode coagulacin. Despus de formarse el cogulo se encoge y segrega un fluido color paja,el suero, que no se coagula y permanece fluido en forma indefinida. El proceso de coa-gulacinse puede evitar aadiendo una pequea cantidad de un anticoagulante, como laheparina, o una sal de citrato (es decir, un acomplejador de calcio). Para el anlisis sepuede tomar una alcuota de la sangre entera no coagulada o los glbulos rojos se puedencentrifugar hacia el fondo y se puede analizar el plasma ligero remanente, de color ros-ceo.El plasma y el suero son esencialmente idnticos en composicin qumica, con lanica diferencia de que al segundo se le ha quitado el fibringeno.La muestra compuesta consta devarias porciones del materialque se va a probar. La muestrade laboratorio es una pequeaporcin de la primera, homoge-neizada.La muestra de anlisises la que realmente se analiza.Vase el captulo 2 para mto-dosde muestreo.El suero es el fluido separadode la sangre coagulada. Elplasma es el fluido separado dela sangre no coagulada. Es lomismo que el suero, pero con-tienefibringeno, la protena dela coagulacin. 28. 1.3 COMENCEMOS: LOS PROCESOS ANALTICOS 9En los libros de consulta sobre reas especficas de anlisis se encuentran detalles demuestreo de otros materiales. Vanse las referencias al final del captulo para algunas citas.Se deben tomar ciertas precauciones en el manejo y almacenamiento de las mues-traspara evitar o reducir al mnimo la contaminacin, la prdida, la descomposicin o elcambio de matriz. En general, se debe evitar la contaminacin y la alteracin de la mues-trapor lo siguiente: 1) el recipiente, 2) la atmsfera, 3) la luz. Asimismo, se debe estable-ceruna cadena de custodia o cuidados, y ser absolutamente necesaria para cualquieranlisis que pueda formar parte de procesos legales. En el caso de O.J. Simpson, porejemplo, hubo videos en los noticieros de televisin que mostraban a personas manejandolas muestras supuestamente sin el cuidado adecuado, colocndolas en la cajuela calientede un automvil. Aunque esto pudo no haber afectado los anlisis mismos ni la correc-cinde las muestras analizadas, le dio a la defensa material para desacreditar los anlisis.La muestra debe ser protegida de la atmsfera y de la luz. sta, por ejemplo, puedeser una sustancia alcalina que reaccionar con el dixido de carbono del aire. Las muestrasde sangre en las que se va a analizar el CO2 deben protegerse de la atmsfera.Se debe considerar la estabilidad de la muestra. La glucosa, por ejemplo, es inestable,y a las muestras de sangre se les debe agregar un conservador como fluoruro de sodio. Porsupuesto, la preservacin no debe interferir en el anlisis. Las protenas y las enzimas tiendena desnaturalizarse con el tiempo, y se deben analizar sin demora. Los componentes traza sepueden perder durante el almacenamiento por adsorcin en las paredes del recipiente.Las muestras de orina son inestables, y el fosfato de calcio precipita atrapando ionesmetlicos y otras sustancias de inters. La precipitacin se puede evitar conservando laorina acidulada (pH 4.5), por lo general mediante la adicin de 1 a 2 mL de cido acticoglacial por cada 100 mL de muestra. Se almacena en refrigeracin. La orina, as como lasangre entera, el suero, el plasma y las muestras de tejidos tambin se pueden congelarpara almacenamiento prolongado. Las muestras de sangre desproteinada son ms establesque las muestras sin tratar.Las muestras de gases corrosivos con frecuencia reaccionan con el contenedor. Eldixido de azufre, por ejemplo, es problemtico. En los gases de escape de un automvil,el SO2 se pierde por disolucin en el vapor de agua condensado del escape. En tales casos,es mejor analizar el gas por un proceso de corriente.PREPARACIN DE LA MUESTRA PARA EL ANLISIS:TAL VEZ DEBA ALTERARSEEl primer paso en el anlisis de una muestra es medir la cantidad que se va a analizar (porejemplo, volumen o peso de la muestra). Esto ser necesario para calcular la composicinporcentual a partir de la cantidad hallada de analito. El tamao de la muestra analtica debemedirse con el grado de precisin y exactitud que se requiere para el anlisis. Para lasmediciones de peso en general se usa una balanza analtica sensible a 0.1 mg. Las muestrasslidas se analizan a menudo sobre base seca, y se deben secar en un horno a 110 a 120Cdurante 1 a 2 h, y enfriar en un desecador antes de pesarlas, si la muestra es estable a lastemperaturas de secado. Algunas muestras pueden necesitar temperaturas ms altas y tiempode calentamiento ms largo (por ejemplo, durante toda la noche), debido a la gran afinidadentre la humedad y la superficie de la muestra. La cantidad de muestra que se toma depen-derde la concentracin del analito y cunto se necesita para aislarlo y medirlo. La deter-minacinde un componente principal puede necesitar slo un par de cientos de miligramosde muestra, en tanto que los componentes traza suelen necesitar varios gramos. De ordina-riose toman muestras rplica para el anlisis, con objeto de obtener datos estadsticossobre la precisin del anlisis y as proporcionar resultados ms confiables.Los anlisis pueden ser de naturaleza no destructiva; por ejemplo, en la medicin deplomo en pintura mediante fluorescencia de rayos X, en el que la muestra se bombardeacon un haz de rayos X y se mide la radiacin X de reemisin. Mas a menudo, la muestradebe estar en forma de solucin para la medicin, y los slidos se deben disolver. LosSe debe tener cuidado de noalterar ni contaminar la muestra.Lo primero que se debe hacer esmedir el tamao de la muestraque se va a analizar.Las muestras slidas por loregular se deben poner ensolucin. 29. 10 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSmateriales inorgnicos se pueden disolver en diversos medios cidos, redox o acomplejan-tes.El material resistente al cido puede necesitar fusin con un fundente cido o bsicoy manejarse en estado fundido para hacerlo soluble en cido diluido o agua. La fusin concarbonato de sodio, por ejemplo, forma carbonatos solubles en cido.Los materiales orgnicos que se van a analizar para determinar componentes inorg-nicos,por ejemplo metales traza, se pueden destruir mediante incineracin en seco. Lamuestra se quema lentamente en un horno a 400 a 700C, dejando un residuo inorgnicoque es soluble en cido diluido. En forma alternativa, la materia orgnica se puede destruirmediante digestin hmeda, calentndola con cidos oxidantes. Es comn utilizar unamezcla de cidos ntrico y sulfrico. En ocasiones, los fluidos biolgicos se pueden analizardirectamente; a menudo, sin embargo, las protenas interfieren y se deben remover. Tantola incineracin seca como la digestin hmeda son tiles para esta remocin. Las protenastambin se pueden precipitar con varios reactivos y filtrarse o separarse mediante centrifu-gacinpara obtener un filtrado libre de protenas (PFF, protein free filtrate).Si el analito es de naturaleza orgnica no se pueden usar estos mtodos de oxidacin.En este caso, el analito se puede extraer de la muestra o dializar, o bien disolverse lamuestra en un disolvente adecuado. Tal vez pueda medirse el analito en forma no destruc-tiva.Un ejemplo es la determinacin directa de protena en forrajes mediante espectrome-trade infrarrojo cercano.Una vez que una muestra est en solucin, las condiciones de la solucin se debenajustar para la siguiente etapa del anlisis (paso de separacin o de medicin). Por ejemplo,es posible que el pH se tenga que ajustar, o se tenga que aadir un reactivo para que re-accionecon otros componentes y enmascare su interferencia. Quiz se tenga que hacerreaccionar al analito con un reactivo para convertirlo a una forma adecuada para la medi-cino la separacin. Por ejemplo, se puede formar un producto colorido que ser medidopor espectrometra o convertir el analito a una forma que se pueda volatilizar para sumedicin por cromatografa de gases. El anlisis gravimtrico de hierro como Fe2O3 re-quiereque todo el hierro est presente como hierro(III), su forma comn. Por otro lado,una determinacin volumtrica por reaccin con ion dicromato requiere que todo el hierrose convierta en hierro(II) antes de la reaccin, y el paso de reduccin se tendr que incluiren la preparacin de la muestra.Los disolventes y reactivos que se usan para la disolucin y la preparacin de lasolucin deben ser de alta pureza (grado reactivo). Aun as, es posible que permanezcantrazas de impurezas del analito. Por eso es necesario preparar y analizar blancos replicados,en especial para anlisis de trazas. Un blanco tericamente consiste en todos los productosqumicos que contiene el problema y los usados en el anlisis en las mismas cantidades(incluyendo el agua) y se corre a travs de todo el procedimiento analtico. El resultadodel blanco se resta de aquel de la muestra analtica para llegar a la concentracin neta delanalito en la solucin de la muestra. Si el blanco es apreciable puede invalidar el anlisis.Con frecuencia es imposible hacer un blanco perfecto para un anlisis.EFECTUAR LAS SEPARACIONES QUMICAS NECESARIASCon objeto de eliminar las interferencias, proporcionar a la medicin una selectividadadecuada o preconcentrar al analito para mayor sensibilidad o medicin ms exacta, elanalista a menudo debe realizar una o ms etapas de separacin. Es preferible separarel analito de la matriz de la muestra a fin de minimizar prdidas del analito. Los pasos deseparacin pueden incluir precipitacin, extraccin con un disolvente inmiscible, croma-tografa,dilisis y destilacin.EFECTUAR LA MEDICIN: EL ANALISTA DECIDE EL MTODOEl mtodo empleado para la medicin cuantitativa real del analito depender de un nmerode factores, y no es de menor importancia la cantidad de analito presente, as como laIncineracin es la combustinde la materia orgnica. Diges-tines la oxidacin hmeda dela materia orgnica.El pH de la solucin de lamuestra por lo regular tendrque ajustarse.Siempre corra un blanco! 30. 1.3 COMENCEMOS: LOS PROCESOS ANALTICOS 11exactitud y la precisin que se requieren. Muchas tcnicas disponibles tienen grados va-riablesde selectividad, sensibilidad, exactitud y precisin, costo y rapidez. El anlisisgravimtrico por lo regular comprende la separacin selectiva del analito por precipitacin,seguida de una medicin no selectiva de la masa (del precipitado). En el anlisis volum-tricoo titulomtrico, el analito reacciona con un volumen medido de reactivo de concen-tracinconocida en un proceso que se denomina titulacin. Un cambio en alguna propie-dadfsica o qumica seala la terminacin de la reaccin. Los anlisis gravimtrico yvolumtrico pueden dar resultados exactos y precisos de hasta unas pocas partes por millar(una dcima de 1%) o mejor. Si bien exigen cantidades relativamente grandes (en milimo-leso miligramos) de analito, son muy adecuados para la medicin de componentes prin-cipales.El anlisis volumtrico es ms rpido que el gravimtrico y, por tanto, se prefierecuando es aplicable.Las tcnicas instrumentales se usan para muchos anlisis y constituyen la disciplinadel anlisis instrumental. Se basan en la medicin de una propiedad fsica de la muestra;por ejemplo, una propiedad elctrica o la absorcin de radiacin electromagntica. Losejemplos incluyen la espectrofotometra (ultravioleta, visible o infrarroja), la fluorometra,la espectroscopia atmica (de absorcin, de emisin), la espectrometra de masas, la es-pectrometrade resonancia magntica nuclear (RMN o NMR, nuclear magnetic resonance),la espectroscopia de rayos X (de absorcin, de fluorescencia), la qumica electroanaltica(potenciomtrica, voltamperomtrica, electroltica), la cromatografa (de gases, de lquidos)y la radioqumica. Las tcnicas instrumentales por lo general son ms sensibles y selecti-vasque las tcnicas clsicas, pero son menos precisas, en el orden de 1 a 5% ms o menos.Estas tcnicas de ordinario son mucho ms costosas, en trminos de capital, pero depen-diendodel nmero de anlisis pueden ser menos costosas cuando se consideran los costosde personal. En general son ms rpidas, se pueden automatizar y ser capaces de medirms de un analito a la vez. Las tcnicas de cromatografa son especialmente potentes paraanalizar mezclas complejas; permiten realizar de manera simultnea los pasos de separaciny medicin. Los componentes se separan cuando se les hace pasar (eluye) a travs de unacolumna del material adecuado que interacta con los analitos en grados variables, y losanalitos se descubren mediante un detector adecuado cuando salen de la columna, para daruna seal instantnea de un mximo en proporcin con la cantidad de analito.En la tabla 1.1 se comparan diversos mtodos analticos que se describen en estetexto con respecto a sensibilidad, precisin, selectividad, rapidez y costo. Los nmeros da-dospueden exceder en aplicaciones especficas, y los mtodos suelen aplicarse a otrosusos; pero stos son representativos de las aplicaciones ms comunes. Las menores con-centracionesdeterminadas por titulometra necesitan usar una tcnica instrumental para lamedicin de la titulacin. La seleccin de una tcnica, cuando es aplicable ms de una,depender desde luego de la disponibilidad de equipo y personal experimentado, as comode la preferencia del analista. Como ejemplos, se puede usar la espectrofotometra paradeterminar la concentracin de nitrato en agua de ro en el nivel de 1 ppm (1.6 105 M),usando la reaccin de diazotizacin con nitrato para producir un color. El fluoruro en eldentfrico se puede determinar en forma potenciomtrica usando un electrodo selectivo alion fluoruro. En la gasolina se puede separar y determinar una mezcla compleja de hidro-carburosusando la tcnica de cromatografa de gases. La glucosa en sangre se puede de-terminarcinticamente por la velocidad de reaccin enzimtica entre glucosa y oxgeno,catalizada por la enzima oxidasa de glucosa, con medicin de la rapidez de agotamientodel oxgeno o la tasa de produccin de perxido de hidrgeno. La pureza de una barra deplata se puede determinar gravimtricamente disolviendo una pequea muestra en cidontrico y precipitando con cloruro y pesando el precipitado purificado.Los diversos mtodos para determinar un analito se pueden clasificar como absolu-toso relativos. Los mtodos absolutos se basan en constantes fundamentales conocidascon precisin para calcular la cantidad de analito; por ejemplo, los pesos atmicos. En elanlisis gravimtrico se prepara y se pesa un derivado insoluble del analito de composicinLos instrumentos son msselectivos y sensibles que losmtodos volumtricos y gravi-mtricos,pero pueden ser me-nosprecisos.La mayora de los mtodos ne-cesitanla calibracin con unanorma. 31. Tabla 1.1Comparacin de diferentes mtodos analticosIntervalo aproximado PrecisinMtodo (mol/L) aproximada (%) Selectividad Rapidez Costo Usos principalesGravimetra 101-102 0.1 Pobre-moderada Lenta Bajo InorgnicoTitulometra 101-104 0.1-1 Pobre-moderada Moderada Bajo Inorgnico-orgnicoPotenciometra 101-106 2 Buena Rpida Bajo InorgnicoElectrogravimetra, 101-104 0.01-2 Moderada Lenta-moderada Moderado Inorgnico-orgnicoculombimetraVoltamperometra 103-1010 2-5 Buena Moderada Moderado Inorgnico-orgnicoEspectrofotometra 103-106 2 Buena-moderada Rpida-moderada Bajo-moderado Inorgnico-orgnicoFluorometra 106-109 2-5 Moderada Moderada Moderado OrgnicoEspectroscopia atmica 103-109 2-10 Buena Rpida Moderado-alto Inorgnico-multielem.Cromatografa 103-109 2-5 Buena Rpida-moderada Moderado-alto Orgnico multicomp.Mtodos cinticos 102-1010 2-10 Buena-moderada Rpida-moderada Moderado Inorgnico, orgnico, enzimas12 32. 1.3 COMENCEMOS: LOS PROCESOS ANALTICOS 13qumica conocida, como en la formacin de AgCl para determinacin de cloruros. Elprecipitado contiene una fraccin conocida del analito, en este caso fraccin de Cl = p.at.Cl/p.frm. AgCl = 35.453/143.32 = 0.24737.2 As, es sencillo obtener la cantidad de Clcontenida en el precipitado pesado. Sin embargo, la mayora de los mtodos son relativosen el sentido de que necesitan comparacin con alguna solucin de concentracin conocida.En los anlisis titulomtricos, por ejemplo, el analito se hace reaccionar con la solucinde un reactivo en una relacin estequiomtrica conocida. El cido clorhdrico, por ejemplo,reacciona con hidrxido de sodio en una relacin 1:1:HClNaOH NaClH2OSe mide el volumen de solucin de hidrxido de sodio necesario para reaccionar por com-pletocon la muestra de cido clorhdrico. Si se conoce la concentracin de la solucinde hidrxido de sodio en moles por litro, entonces se puede calcular el nmero de moles deNaOH agregados (volumenmolaridad), y as se conoce el nmero de moles de HClde la muestra. Por tanto, en este mtodo relativo es necesario preparar una solucin reac-cionante(hidrxido de sodio) de concentracin conocida con exactitud.La mayor parte de los mtodos instrumentales de anlisis son relativos. Los instru-mentosregistran una seal debida a alguna propiedad fsica de la solucin. Por ejemplo,los espectrofotmetros miden la fraccin de la radiacin electromagntica de una fuentede luz que absorbe la muestra. Esta fraccin se debe relacionar con la concentracin deanalito en comparacin con la fraccin absorbida por una concentracin estndar del ana-lito.En otras palabras, la instrumentacin debe estar calibrada.La respuesta del instrumento puede estar relacionada lineal o no linealmente con laconcentracin de analito. La calibracin se obtiene preparando una serie de solucionesestndar del analito a concentraciones conocidas y midiendo la respuesta del instrumentoa cada una de stas (por lo regular despus de tratarlas de la misma manera que las mues-tras)para preparar una curva de calibracin analtica de respuesta contra concentracin.La concentracin de una muestra desconocida se determina entonces por la respuestausando la curva de calibracin. Con los instrumentos actuales controlados por computadora,esto se hace a menudo en forma electrnica o digital, y se obtiene una lectura directa dela concentracin.La matriz de la muestra puede afectar la respuesta del instrumento al analito. Entales casos, la calibracin se puede obtener por el mtodo de adiciones de estndar. Unaporcin de la muestra se mezcla con una cantidad conocida de estndar, y el aumento enla seal se debe al estndar. De esta manera, el estndar se somete al mismo entorno queel analito. Estas tcnicas de calibracin se explican en ms detalle cuando se describa eluso de los instrumentos especficos.CLCULO DE RESULTADOS E INFORME DE DATOS:STE ES EL OBJETIVO GENERALUna vez que se ha determinado la concentracin de analito en la solucin preparada de lamuestra, los resultados se usan para calcular la cantidad de analito en la muestra original. Sepuede informar una cantidad relativa o una absoluta. Por lo regular se da una composicinrelativa, por ejemplo en tanto por ciento o en partes por milln, junto con el valor medio,para expresar la exactitud. Se pueden realizar anlisis de rplicas (tres o ms) y es posiblemanifestar una precisin del anlisis; por ejemplo, desviacin estndar. El conocimiento dela precisin es importante porque da el grado de incertidumbre en el resultado (vase cap.3). El analista debe evaluar con sumo cuidado si los resultados son razonables y si se rela-cionancon el problema analtico planteado originalmente. Recurdese que el cliente a menudocarece de preparacin cientfica, de modo que puede tomar un nmero como absoluto. SloUna curva de calibracin es larespuesta del instrumento comofuncin de la concentracin.La calibracin por adiciones deestndar se usa para contrarres-tarlos efectos de la matriz de lamuestra.2 p. at. = peso atmico; p. frm. = peso frmula.El analista debe dar el consejode experto sobre la importan-ciade un resultado. 33. 14 CAPTULO 1 OBJETIVOS ANALTICOS, O: LO QUE HACEN LOS QUMICOS ANALTICOSel analista puede poner en perspectiva ese nmero y es importante que tenga buena comu-nicacine interaccin con el cliente acerca de lo que representa el anlisis.1.4 Validacin de un mtodo: se debe demostrar que funciona!Se debe tener mucho cuidado para que los resultados sean exactos en un anlisis. Puedehaber dos tipos de errores: aleatorios y sistemticos. Toda medicin supone cierta impre-cisin,que deriva en una distribucin aleatoria de los resultados; por ejemplo, una distri-bucingaussiana. El experimento se puede disear para estrechar el intervalo de ste, perono se puede eliminar. Un error sistemtico es el que sesga consistentemente el resultadoen una direccin. La matriz de la muestra puede suprimir la seal del instrumento; unapesa de la balanza analtica puede tener un error, con desviacin alta o baja, o una mues-trapodra no estar lo suficientemente seca.La calibracin correcta de un instrumento es apenas el primer paso para asegurar laexactitud. Al desarrollar un mtodo, las muestras se deberan empatar con cantidades cono-cidasdel analito (por encima de y ms all de lo que ya est presente en la muestra). Lascantidades determinadas (recuperadas) por el procedimiento de anlisis (despus de sustraerla cantidad aparentemente presente en la muestra, determinada por el mismo procedimiento)deben estar dentro de la exactitud requerida en el anlisis. Se puede validar un nuevo mtodopor comparacin de los resultados de la muestra con los obtenidos con otro mtodo aceptado.Hay varias fuentes de estndares certificados o materiales de referencia que se pueden ana-lizarpara asegurar la exactitud del mtodo que se usa. Por ejemplo, comercialmente se disponede estndares de control de calidad ambiental para pesticidas en agua o contaminantes prio-ritariosen suelos. El National Institute of Standards and Technology (NIST) prepara mate-rialesde referencia estndar (SRM, standard reference materials) de diferentes composicionesde matriz (por ejemplo, acero, hojas trituradas) que han sido certificados en cuanto al conte-nidode analitos especficos mediante medicin cuidadosa por lo menos por dos tcnicasindependientes. Los valores se asignan con intervalos estadsticos. Varios organismos y em-presascomerciales pueden proporcionar muestras para pruebas tipo competencia o a ciegasen las que se someten muestras de control para anlisis aleatorios realizados por los labora-toriosparticipantes. El laboratorio no conoce el valor de control antes de hacer el anlisis.Los estndares se deben analizar en forma intermitente con las muestras. Tambinse debe analizar una muestra de control por lo menos una vez al da, y graficarse los re-sultadoscomo funcin del tiempo para preparar una grfica de control de calidad, que secompara con la desviacin estndar conocida del mtodo. Se supone que la cantidad me-didaes constante con respecto al tiempo, con una distribucin gaussiana, y hay probabi-lidadde l en 20 de que los valores caigan fuera de dos desviaciones estndar del valorconocido, y una probabilidad de 1 en 100 de que se aleje 2.5 desviaciones estndar. Losnmeros que los excedan sugieren errores no compensados, como mal funcionamiento delinstrumento, deterioro de los reactivos o calibracin incorrecta.Los reglamentos gubernamentales exigen protocolos establecidos cuidadosos, ascomo la validacin de los mtodos y los anlisis cuando se usen para propsitos oficialeso legales. Para asegurar la validacin de los anlisis se han establecido lineamientos de labuena prctica de laboratorio (GLP, good laboratory practices). Por supuesto, se aplicanidealmente a todos los anlisis. Estos lineamientos se explican en detalle en el captulo 4.1.5 Intervalo: de qu tamao debe ser la muestra?Los mtodos analticos se clasifican con frecuencia de acuerdo con el tamao de la mues-tra.Tal clasificacin es arbitraria y no hay una lnea divisoria precisa. El anlisis se puedeLa mejor manera de validar unmtodo es analizar un materialde referencia estndar, con com-posicinconocida.La buena prctica de laboratorio(validacin) es necesaria paraasegurar la exactitud de los an-lisis. 34. 1.6 ALGUNOS SITIOS TILES EN LA RED 15clasificar como meso, semimicro, micro o ultramicro; las ltimas dos categoras se cla-sificana menudo como anlisis de trazas. En la tabla 1.2 se dan las clasificacionesaproximadas de acuerdo con el peso o volumen de la muestra. Las clasificaciones porvolumen son las que se emplean en los laboratorios clnicos. Para las operaciones microy ultramicro se necesitan tcnicas especiales de manejo y microbalanzas.ANALIZAR Y DETERMINAR: SON DIFERENTESLos trminos analizar y determinar tienen dos significados diferentes. Se dice que unamuestra se analiza para medir parte de sus componentes o todos ellos. Las sustanciasmedidas se llaman analitos. El proceso de medir el analito se llama determinacin. Portanto, al analizar la sangre para medir su contenido de cloruros se determina la concentra-cinde cloruros.Los componentes de la muestra se pueden clasificar como principales (1%), me-nores(0.1-1%) o trazas (0.1%). Unas pocas partes por milln o menos de un componentese pueden clasificar como ultratrazas.Un anlisis puede ser completo o parcial; es decir, se pueden determinar ya seatodos los componentes o slo algunos seleccionados. Con mayor frecuencia, el anlisis sesolicita para dar a conocer una sustancia especfica o quizs una clase de sustancias.1.6 Algunos sitios tiles en la redAdems de las diversas fuentes de artculos y libros que hemos mencionado y los listadosdel apndice A (Literatura de Qumica Analtica), hay varios sitios en la red con recursoscomplementarios para los qumicos analticos. stos, por supuesto, cambian a menudo yhay disponibles otros nuevos. Sin embargo, los siguientes son buenos puntos de arranquepara obtener informacin til.Qumica en general1. www.acs.org. Pgina principal de la American Chemical Society. Informacin sobrerevistas, reuniones, qumica en las noticias, bases de datos de bsqueda (incluyendoChemical Abstracts) y mucho ms.2. www.chemweb.com. ste es un club virtual para qumicos. El sitio contiene basesde datos y listas relativas a la qumica e incorpora grupos de discusin que se enfo-canen reas especficas, como la qumica analtica. Es necesario registrarse, pero esgratis.3.