CALIBRACIÓN DE CROMATOGRAFÍA Y ESPECTOFOTOMETRÍA
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Fundamentos Básicos
para la Calibración de
Espectrofotómetros
UV-VIS y
Cromatógrafos
JULIO, 2007MESSEN, C.A.LIC. KELIM VANO H.
Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Presentación participantes
• NOMBRE• Empresa
• Experiencia en CG o UV-Vis• ¿Algun problema en esas técnicas que
quisiera resolver?
ALFREDO AVILA DAVILA
Licenciado en Química , ULAM Sc Ingeniería Industrial , UC
26 años experiencia industrial
Ayudante Docente Análisis Instrumental , ULAJefe Análisis Especiales INDESCA
Jefe Análisis Instrumental, RESIMONJefe Calidad, BF GOODRICH
Jefe Operaciones, IQCQuímico Desarrollo, DUPONT
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosREGLAS DEL CURSO
Todas las ideas son importantesEscuchar con atención a los demásParticipar con energíaTodos enseñamos-todos
aprendemosNo quedarse con dudas¿Otra regla?
HORARIOS8:00 Inicio10:00 Refrigerio12:00 Almuerzo13:00 Sesiones de la tarde15:00 Refrigerio17:00 Salida
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Adquirir los fundamentos básicos que permitan la ejecución de la calibración en los espectrofotómetros UV-VIS y los Cromatógrafos.
Objetivo general
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OBJETIVOS ESPECIFICOS
Reconocer los sistemas de medición .
Seleccionar el material de referencia.
Reconocer el principio de calibración.
Identificar las fuentes de incertidumbre en la calibración.
EN UV-VISIBLE Y CROMATOGRAFIA
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6
435
2
1
Identificar los elementos numerados
7
CONCEPTOS
LENGUAJE
TECNICAS
HERRAMIENTAS
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Calibración
Verificación
Ajuste
CALIBRACIÓN
“Conjuntos de operaciones que
establecen, bajo condiciones
especificadas, la relación entre los valores
de magnitudes indicados por un
instrumento o sistema de medición, o
valores representados por una medida
materializada o un material de referencia y
los correspondiente valores realizados por
patrones”
Según VIM
“Confirmación mediante la
aportación de evidencia
objetiva de que se han
cumplido los requisitos
especificados ”
VerificaciónSegún Fund. y Vocb. SGC
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“Operación destinada a
poner un instrumento de
medición en estado de
funcionamiento
adecuado para su uso”
AjusteSegún VIM
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
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Fuente: Introduccion a la quimica analitica
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Fuente: Introduccion a la quimica analitica
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CALIBRACIÓN
“Conjuntos de operaciones que
establecen, bajo condiciones
especificadas, la relación entre los valores
de magnitudes indicados por un
instrumento o sistema de medición, o
valores representados por una medida
materializada o un material de referencia y
los correspondiente valores realizados por
patrones”
Según VIM
Donde quiera que las decisiones se basen en resultados analiticos, es importante tener alguna indicación de la calidad de los resultados y saber cuanta confianza podemos tener en ellos para el proposito del analisis
Medidas de aseguramiento de la calidadUtilizar métodos de analisis validadosUso de procedimientos internos de control
de calidad definidosParticipar en esquemas de ensayos
interlaboratoriosAcreditacion basada en ISO 17025Establecer la trazabilidad de los
resultados de medición
Fuente:EURACHEM / CITAC Guide CG 4, http://www.eurachem.org
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LOS COMPONENTES DE LA MUESTRA SON TRANSPORTADOS POR LA FASE MOVIL A TRAVES DE LA FASE ESTACIONARIA Y SE DETECTAN A LA SALIDA DE LA COLUMNA
PRINCIPIO DE CROMATOGRAFIA
PREGUNTA DE CROMATOGRAFIA DE GASES
¿EXISTE UNA RELACION ENTRE EL PUNTO DE EBULLICION Y EL TIEMPO DE RETENCION?
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosSOLVENTES INDUSTRIALES
SOLVENTEPUNTO
EBULLICION, C1 METANOL 64,53 ETANOL 784 ACETONA 565 ISO-PROPANOL 826 CLORURO METILENO 427 N-PROPANOL 978 METIL-ETIL-CETONA 809 2-BUTANOL 108
10 ACETATO DE ETILO 7712 ACETATO DE ISOPROPILO 8815 TOLUENO 11018 M-XILENO 13917 DIACETONA ALCOHOL 16619 CICLOHEXANONA 156
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LOS COMPUESTOS INDIVIDUALES SON RETARDADOS POR LA FASE ESTACIONARIA
BASADOS EN
ADSORCION SUPERFICIAL
SOLUBILIDAD RELATIVA
CARGA IONICA
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TIEMPO RETENCION ALCOHOL
PUNTO EBULLICION
2,15 METANOL 64,52,68 ETANOL 784,44 1-PROPYL 977,9 1-BUTANOL 118
13,81 1-HEXANOL 15616,13 1-HEPTANOL 17618,21 1-OCTANOL 19420,11 1-NONANOL 214
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Principio de espectrofotometriaAlgunos compuestos absorben radiación de una fuente y esta señal se puede medir
La señal puede relacionarse con la concentración del compuesto
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Fuente de Energia
Sistema En estudio
InformaciónAnalitica
Io I
Tramitancia = I / Io
Absorbancia = - log T
A = ε b C
Pregunta de espectrofotometría
¿Existe una relación de Absorbancia y concentración que sea util para determinar un analito en un rango de interés?
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CONCENTRACION ABSORBANCIA0 0
0,25 0,270,57 0,510,68 0,84
Fuente: Hach, Linear regresion
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Fuente: Fundamentals of spectrophotometry
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35
3 MINUTOS
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Fuente: skoog, West, Chapter 1
1 Concentración
2 Respuesta instrumental
3 Cm: Limite de detección
4 LOQ: Limite de Cuantificacion
5 Rango dinamico
6 LOL: Limite de linealidad
7 Curva de calibracion
8
1
62
45
3
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ERRORESAL AZAR
Variaciones no predeciblesSISTEMATICOS
Variaciones predeciblesGROSEROS ( Espurios)
Fallas humanas o del instrumento, que invalidan las medidas
estudiante
A 10,08
10,11
10,09
10,10
10,12
Preciso, Sesgado
B 9,88 10,14
10,02
9,80 10,21
Impreciso, insesgado
C 10,19
9,79
9,69 10,05
9,78 Impreciso, sesgado
D 10,04
9,98
10,02
9,97 10,04
Preciso, insesgado
promedio d.s. d.s.r10,10 0,02 0,1610,01 0,17 1,729,90 0,21 2,13
10,01 0,03 0,33
Valoracion de 10,0 mL de NaOH 0,1 M con HCl 0,1 M
Fuente: Estadistica y Quimiometria para Quimica Analitica
RAZONES PARA RESULTADOS ANALITICOS ERRONEOS
IncompetenciaErrores de transcripción o
cálculoMétodo no adecuadoContaminaciónInterferenciasErrores de calibraciónErrores de muestreoPerdidas o degradaciónFuente: Quality assurance in Analytical chemistry
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COMO MEJORAR como calibrador?COMPRENSION DE TÉRMINOSInformaciónTécnicasLlevar al dia a dia , con las limitacionesProcedimientos especificosActitud y disposiciónFamiliarizarseInterpretar estadisticamente los resultadosDudas de los jefes
¿Como evaluar el desempeño como evaluador?
DE ACUERDO A ICH
El objetivo de la validación de un procedimiento analítico es demostrar que el mismo es adecuado para el propósito previsto
46
Fuente; ICH, Q2, 2005
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Fuente: Quality assurance in Analytical chemistry
DEFINIR EL REQUERIMIENTO
ANALITICO
DESARROLLAR / IDENTIFICAR
METODO CANDIDATO
PLANEAR EXPERIMENTO DE VALIDACIÓN
DEFINICION DE VALIDACION
REALIZAR EXPERIMENTO
USAR LOS DATOS PARA DEFINIR
AJUSTE AL PROPOSITO
¿CUBRE
REQUISITOS
ANALITICOS?
NO
SI
Proceso de validación de un método de ensayo
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PREPARACION
EXTRACCION Y LIMPIEZA
PREPARAR ESTANDARES
DE CALIBRACION
CALIBRACIONDETERMINACI
ON
RESULTADOS
FUENTE: The Estimation of Uncertainty by the Utilization of Validation and Quality Control Data
CARACTERISTICAS A VALIDAR
49
• ____________________ ______________________ ___________________
• ____________________ ______________________ ___________________
• ____________________ ______________________ ___________________
ESPECIFICIDAD EXACTITUD
LIMITE DECUANTIFICACION
RANGO
LINEALIDAD
PRECISION
ROBUSTEZ
LIMITE DEDETECCION
Fuente; ICH, Q2, 2005Traduccion libre: Alfredo Avila Dávila
ESPECIFICIDADCAPACIDAD DE EVALUAR SIN
EQUIVOCACION EL ANALITO EN PRESENCIA DE COMPONENTES QUE SE ESPERA ESTEN PRESENTES EN LA MUESTRAIDENTIFICACIONPRUEBA DE PUREZACONTENIDO
50
EXACTITUDCERCANIA ENTRE EL
VALOR ACEPTADO Y EL VALOR OBTENIDO
51
• 9 determinaciones tres niveles de concentración
• Cubriendo el rango• 98-102 % recuperación
PRECISIONCERCANIA ENTRE LOS VALORES
OBTENIDOS DE UNA SERIE DE MEDICIONES OBTENIDAS DE MULTIPLES MUESTRAS DE LA MISMA MUESTRA HOMOGENEAREPETIBILIDADPRECISION INTERMEDIAREPRODUCIBILIDAD
52
REPETIBILIDADPrecisión, misma condiciones, corto plazoTres determinaciones ,tres nivelesIntra-ensayo
PRECISION INTERMEDIADiferentes dias, analistas, equiposIntra-laboratorio
REPRODUCIBILIDADEntre-laboratorios
53
Reportar DS, DSR, IC
LIMITE DE DETECCIONCantidad mas pequeña de analito , en una
muestra, que puede ser detectada
No necesariamente cuantificada con un valor exactoPuede evaluarse mediante
Relación señal – ruido 2:1 ó 3:1 Curva de calibración
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PLD
3
LIMITE DE CUANTIFICACIONCantidad más pequeña de analito en una
muestra que puede ser determinada cuantitativamente con precisión y exactitud adecuadas
Particularmente impurezas
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Fuente: Huber, Validation and Analytical Methods review, www.labcompliance.com
•Definir precisión esperada en LC•Preparar muestras, diluir. 6
concentraciones decrecientes•Inyectar 6 veces cada muestra
•Calcular %DSR•Graficar precisión vs
concentración•Concentración a la precisión
definida = limite de detección
LINEALIDADCapacidad para obtener resultados que sean
directamente proporcionales a la concentración del analito en la muestraDentro de un rangoMin. 5 concentracionesr2 mayor que 0,997Reportar:Coeficiente correlacion,Pendiente, intercepto,Suma cuadrados residuales
57Fuente: Agilent, Documento 5989-7459en
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Ferguson, QUANTITATIVE HPLC ANALYSIS ANALGESIC CAFFEINE FORMULATION
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Datos simulados a partir de KUME,
The regression equation isespesor = - 8,261 + 1,282 presion
S = 0,154413 R-Sq = 97,5% R-Sq(adj) = 97,3%
Analysis of Variance
Source DF SS MS F PRegression 1 16,4352 16,4352 689,30
0,000Error 18 0,4292 0,0238
Total 19 16,8644
RANGOIntervalo en el cual se ha demostrado que el
procedimiento tiene un nivel adecuado de precisión, exactitud y linealidad
60
ROBUSTEZCapacidad para no ser afectado por variaciones
pequeñas, deliberadas en los parámetros del método
Por ejemploEstabilidad solucionesFiltraciónTiempo extracciónTemperaturaflujo
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ESTABILIDAD ESTANDAR Y MUESTRA
DIA % MUESTRA
INICIAL ESTANDAR1 100,2 99,82 100 99,83 99,9 100,24 99,5
Fuente: CHUNG CHOW CHAN (et al), Analytical Method validation and instrument performance verification
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosMETODO
¿VALIDADO?
¿INFORMACION COMPLETA?
INFORMACION
SATISFACTORIA
REEVALUAR INFORMACION
REVALIDAR
USAR EL METODO CON CONFIANZA
MEDICION CRITICA
COMPILAR INFORMACION
¿Cuánta validación es necesaria?
Fuente: Quality assurance in Analytical chemistry
SI
NO
SI
SI
SI
SI
NO
NO
NO
NO
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ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS
TEORÍA BÁSICA.1.-1.-
2.-2.-
3.-3.-
INSTRUMENTACIÓN.
ESQUEMA
CALIBRACIÓN, EQUIPOS Y MATERIALES.
4.-4.-
5.-5.-
ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE.
BUENAS PRÁCTICAS.
1.- 1.- TEORÍA BÁSICA DE LA
ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VISIBLE
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosENERGIA
MATERIA
CAMBIO DE NIVEL DE ENERGIA
RETORNO AL NIVEL
INICIAL
Interactúa con
produciendo
Al desactivarse
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ENERGIA MATERIA
CAMBIO DE NIVEL
DE ENERGIA
RETORNO AL
NIVEL INICIAL
Térmica∆ E
Luminosahν
hν
Interacción de radiación con la materia
ATOMOSMOLECULAS
Estado base
Estado excitado
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ESPECTROSCOPIA
ATOMICAMOLECULA
R
TRANSICIONES ENTRE NIVELES
ELECTRONICOS
TRANSICIONES ENTRE NIVELES
ROTACIONALES,
VIBRACIONALES, SPIN
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ESPECTROSCOPIA ATOMICA
TECNICA EXCITACIÓN
RELAJACION
EMISION CALOR UV-VIS
ASBORCION UV-VIS CALOR
FLUORESCENCIA UV-VIS UV-VIS
RAYOS X RAYOS X RAYOS X
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ESPECTROSCOPIA MOLECULAR
TECNICA RADIACION ELECTROMAGNETICA
RMN RADIOFRECUENCIA
MICROONDAS MICROONDAS
INFRARROJO INFRARROJO
UV-VIS UV-VIS
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosESPECTROFOTOMETRÍA DE
ABSORCIÓN MOLECULAR UV-VIS
LA ABSORCIÓN DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Y VISIBLE (200–800 nm)
SE RESTRINGE A UN NÚMERO LIMITADO DE GRUPOS FUNCIONALES, LLAMADOS CROMÓFOROS,
QUE CONTIENEN ELECTRONES DE VALENCIA CON ENERGÍAS DE EXCITACIÓN RELATIVAMENTE BAJOS.
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Compuestos con electrones π, σ y η
LOS TIPOS DE TRANSICIONES ELECTRÓNICAS QUE PERMITEN EXPLICAR PORQUÉ ALGUNAS ESPECIES PUEDEN ABSORBER ENERGÍA RADIANTE:
cromóforos, que contienen electrones de valencia con energías de excitación relativamente bajos.
ESPECTROFOTOMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR UV-VIS
Compuestos con Transferencia de
Carga
Compuestos con electrones d y f
complejos inorgánicos,
Los iones y complejos de los 18 elementos de las dos primeras series de Transición
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y CromatógrafosFundamento teórico
La ley fundamental en la que se basan los métodos espectrofotométricos es la de Lambert y Beer.
La relación entre la intensidad de la luz transmitida o energía radiante I y la energía radiante incidente I0 es una función del espesor de la celda b a través del medio absorbente, de acuerdo a donde:
A = ε b C
Donde:
A = absorbancia
ε = absortividad
b = espesor de la celda
C = concentración
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
• ACTUALMENTE ES UNA DE LAS TÉCNICAS ANALÍTICAS MÁS USADAS EN LA INDUSTRIA, LABORATORIOS CLÍNICOS Y DE INVESTIGACIÓN.
• TIENE UNA GRAN APLICABILIDAD EN LA IDENTIFICACIÓN Y DETERMINACIÓN DE UNA ENORME CANTIDAD DE COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS.
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EJEMPLOSVer internet
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2.- 2.- INSTRUMENTACIÓN EN
ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VIS
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Instrumento de haz sencillo
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Instrumento de doble haz
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Fuente: Modern Instrumental analysis
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3.- 3.- CALIBRACIÓN, EQUIPOS Y MATERIALES
EN MEDICIONES
ESPECTROFOTOMÉTRICAS
EVALUACION DE ESPECTROFOTOMETROSCalibración trazableCAPACIDAD para analisis de rutina
TrazabilidadUso de materiales de referencia certificados
Métodos específicos acordados por las partes
Requerimientos de calibraciónCalibración de Longitud de Onda
Calibración de AbsorbanciaAbsorción de las celdasRadiación dispersa
Calibración de Longitud de OndaSoluciones de Holmio en acido perclórico
Filtros de Holmio o didimioLámparas de descarga de Mercurio, Cadmio o Zinc.
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos Filtro de óxido de Holmio o de Didimio (en vidrio o solución)Filtro de óxido de Holmio o de Didimio (en vidrio o solución)
Calibración de AbsorbanciaVisible
Filtros neutrosSoluciones de CuSO4
UltravioletaSolucion de K2Cr2O7Filtros metalizados
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Filtro de Densidad Óptica Neutra.
Absorción de las celdasCeldas con agua
Vidrio a 356 y 650 nmCuarzo a 220 y 240 nm
Radiación DispersaFiltros de corteSoluciones NaI, KCl, NaNO2, Acetona
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Incertidumbres asociadas a varios métodos
Metodo Incertidumbre (Abs)
Dicromato acido de potasio 1 ±0.004 (min)Filtros NIST 930D 2 ±0.0022Filtros NIST 2031 metal – cuarzo 3 ±0.004
Fuente: Varian, Measuring Photometric accuracy using double aperuture method
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Calibración de Espectrofotómetros UV-VIS y Cromatógrafos
Espectrofotómetro UV-VIS.
Balanza analítica, con una resolución de 0,1 mg (sólo si los materiales de referencia del analito deben ser pesados).
Solución de Material de Referencia Certificado (MRC) conteniendo una concentración conocida del analito en un medio apropiado. Distintas soluciones (siempre un número superior a 3 y más conveniente ≥5) de una concentración conocida del analito a determinar. Dicha concentración abarcarán lo más extensamente posible el rango lineal de determinación del analito.
Equipos y Materiales en la Calibración de Espectrofotómetos UV-VIS