Ingeniería Ambiental

TÉCNICAS DE MUESTREO,

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN

DE DATOS

MUESTREO

UNIDAD Nº2

Muestra Población

Muestreo

Muestreo: es el primer paso para realizar un análisis de un medio (suelo,

agua, ecosistema, etc.) y es la actividad a través de la cual se toman partes

representativas de un todo llamado población, con el objeto de conocerla a

partir del estudio de las características de cada una de sus partes.

Quiero investigar los componentes del

lago para conocer su habitabilidad de

sus inmediaciones.

Quiero conocer el efecto de la

población circundante sobre el espejo

de agua y su efluente.

Ver si es útil como agua de

refrigeración para el reactor.

¿Las poblaciones mas abajo pueden

tomar agua de este curso?

¿Esta contaminando este arroyo al

lago Nahuel Huapi?

¿Como remedio su contaminación?

Problema

Elección del

método analítico

Toma de

muestra Tratamiento

de la muestra

Proceso de

medida Tratamiento

de los datos

Informe y

conclusiones

MÉTODO ANALÍTICO

Valoración de

los resultados

El Análisis Químico alcanza sus objetivos mediante el PROCESO

ANALÍTICO, que es la aplicación del método científico, implicando el

proceso de la figura:

Método Analítico: no solo describe el proceso de

la determinación del analito, sino que comprende

todo el procedimiento llevado a cabo hasta la

obtención de los resultados.

1. ¿Cuál es el analito a determinar?

2. ¿Qué exactitud y precisión se requieren?

3. ¿Qué metodologías analíticas se disponen para su determinación?

4. ¿Cuál es la muestra en que se encuentra el analito?

5. ¿De cuánta muestra se dispone?

6. ¿Cuál es el nivel de concentración del analito ?

7. ¿Qué componentes de la muestra interferirán en la determinación?

8. ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la matriz de la

muestra?

9 ¿Cuántas muestras deben analizarse?

•Costo y disponibilidad de equipos.

•Costo por muestra.

•Tiempo requerido para el análisis.

•Complejidad del método.

•Habilidad del operador.

•Existencia de muestras estándar o patrón.

Muestreo

Envasado, conservación y transporte

Preparación de la muestra

Análisis

Fuentes de

Error

Problema

Elección del

método analítico

Toma de

muestra Tratamiento

de la muestra

Proceso de

medida Tratamiento

de los datos

Informe y

conclusiones

MÉTODO ANALÍTICO

Valoración de

los resultados

Métodos

Cualitativos Cuantitativos

Clásicos o Químicos Instrumentales Físicos

Métodos

Macro

> 0,1g

Semimicro

10-1g a 10-2g

Micro

10-2 g a 10-4g

Ultramicro

< 10-4g

Métodos

Principales

1% a 100%

Minoritarios o Menores

0,01% a 1%

Traza

100 ppm a 1ppb

Ultratraza

< 1 ppb

MÉTODO GRAVIMÉTRICO

Determinación de la masa del

analito o de un compuesto que

esté químicamente relacionado.

MÉTODO VOLUMÉTRICO

Medición de volumen de una

solución que contiene suficiente

reactivo para reaccionar

completamente con el analito.

MÉTODOS ELECTROANALÍTICOS

Medición de propiedades eléctricas

como: potencial, corriente, resistencia

y cantidad de carga.

MÉTODOS ESPECTROSCÓPICOS

Medición de la interacción de la

radiación electromagnética con los

átomos o moléculas del analito, o la

radiación producida por los mismos.

MÉTODOS SEPARACIÓN

Se basan en la interacción

selectiva del analito/analitos

con una fase extrayente o

estacionaria.

MÉTODOS DIVERSOS

Medición de propiedades

como la relación masa-carga,

calor de reacción,

velocidades de reacción,

índice de refracción,

conductividad térmica, etc.

• Muestra: parte representativa del material sobre el cual se desea

realizar un análisis.

• Alícuota: porción de muestra (en general usado para las repeticiones

analíticas).

• Analito: especie química objeto del análisis.

• Matriz: será el conjunto de todas aquellas especies químicas que

acompañan al analito en la muestra.

• Interferentes: son especies químicas presentes en la matriz que

dificultan la respuesta del analito ya sea por exceso (interferencia

positiva) o por defecto (interferencia negativa).

• Ensayo o Técnica Analítica: es el procedimiento por el cual se realiza

el análisis químico.

Muestra

Alícuotas

Analito

Interferentes

Otros

componentes

de la muestra

Matriz

Población

Muestreo

Procesamiento

Muestra Blanco o

Blanco de la muestra

Analito Otros

componentes

de la muestra

Matriz

Analito

Muestra Blanco: muestra que

solo contiene la matriz de la

muestra.

Analito

Interferentes

enmascarados

Otros

componentes

de la muestra

Matriz

Enmascaramiento

Enmascaramiento: es un

método utilizado para la

evitar el efecto de los

interferentes.

Analito

En general la señal elegida

es proporcional a la

concentración del analito

𝑺 𝜶 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒊𝒕𝒐

Muestra Patrón

Posee una

concentración de

analito conocida

𝑺 = 𝒌 ∗ 𝒄𝒂𝒏𝒂𝒍𝒊𝒕𝒐

Muestra Patrón: muestra

que contiene el analito

en una concentración

conocida.

ANÁLISIS DE GLUCOSA EN SANGRE.

Muestra: Sangre.

Analito: Glucosa.

Matriz: Agua, proteínas, sales minerales, colesterol, etc.

Técnica analítica: Espectroscopía de absorción UV-Vis.

Método Analítico: Implica desde la toma de la muestra hasta la

obtención del resultado.

Problema

Elección del

método analítico

Toma de

muestra Tratamiento

de la muestra

Proceso de

medida Tratamiento

de los datos

Informe y

conclusiones

MÉTODO ANALÍTICO

Valoración de

los resultados

Operación necesaria para conseguir en una reducida cantidad de

producto, una muestra, que resulte ser representativa de una masa

que constituye el material a analizar

Operación de suma importancia, puede llegar a introducir el mayor

error en el proceso analítico

Estado físico

Tipo de analito

Homogeneidad-Distribución

Concentración

Estabilidad

Interferencias

• Lote: material completo del que se toman las muestras. A menudo

están formados por unidades muestrales.

• Muestra Bruta: muestra que se toma del lote para el análisis o

almacenamiento. Debe ser representativa del lote. Su elección es

crítica para un análisis válido.

• Muestra de Laboratorio: Tiene la misma composición de la

muestra bruta, pero de menor tamaño.

• Muestra Analítica: misma composición de la muestra de

laboratorio, pero ha sido sometida a un proceso previo a su

análisis, generalmente molienda y pulverizado.

• Alícuotas: pequeñas porciones de la muestra de laboratorio que se

toman para realizar análisis individuales.

Representatividad

Estado físico del

lote

Número y tamaño

porciones

Fluctuaciones espaciales o

temporales

Manipulación. almacenamiento

y transporte

El muestreo debe asegurar la representatividad de la muestra

Una muestra adecuada debe ser

representativa del material a

analizar

Además la muestra a analizar debe

ser homogénea, lo que significa

que debe ser igual en todas sus

partes. Sin estas condiciones el

muestreo no es adecuado.

En la medida que se logra que las muestras sea homogéneas y

representativas, el error de muestreo se reduce.

Sabemos que con bastante frecuencia el muestreo es el factor

limitante tanto en precisión y exactitud de los valores obtenidos.

Antes de proceder al muestreo y con el objetivo de asegurar la representatividad

de la muestra hay que abordar una etapa en la que se diseña el plan de toma de

muestra.

Dicho plan debe contemplar las tres decisiones que se representan en la figura,

para dar respuesta a ¿qué?, ¿cuánto? y ¿cómo? muestrear.

Un plan de toma de muestra está formado por las etapas que aseguran que la

muestra que será analizada sea representativa de la población de todo el lote de

muestra. Es un procedimiento predeterminado para seleccionar, tomar,

preservar, transportar y preparar las porciones que se han de separar de la

población en forma de muestras.

Los detalles del plan dependerán del problema analítico a solucionar y deberán

ser especificados a priori, adaptándose al objetivo del problema.

Definición de los objetivos

Selección del lote de

muestra, de los analitos y

de los métodos analíticos

Diseño del método y

procedimiento operativo de

toma de muestra (criterios

estadísticos; descripción de

equipos; calidad)

Selección de los

métodos para preservar

la muestra y de

pretratamiento

Redacción del protocolo

Revisión en

función de la

experiencia

Conocimiento de la muestra para establecer objetivos

- Estado físico

- Estabilidad

- Homogeneidad

- Concentración

- Matriz compleja o sencilla…

Clave en la planificación de la metodología a seguir: tipo de muestreo: aleatorio, sistemático…

tipo y magnitud de muestras: individuales, compuestas, nº,

tamaño…

pretatamientos

tipo de análisis: en laboratorio, “in situ”, clásico, instrumental

Determinación de la población objeto de determinación (límites

espacio- temporales)

Seleccionando

• Nº de lote, Analitos, Método analítico.

Elección métodos analíticos

Determinación del proceso a seguir tras la toma de muestra

(conservación y preparación)

Diseño, adecuación y concreción

• (f) precisión, exactitud, reproducibilidad y limites de detección

Desarrollo del protocolo de muestreo

Dirigido o a juicio del experto

(no estadístico)

Probabilísticos (basados en métodos estadísticos)

• Aleatorio

• Estratificado

• Sistemático

De Protocolo

Muestra Aleatoria

Muestra Representativa

Muestra Estratificada

Muestra Selectiva

Toma de muestra realizada en base a criterios del técnico y su experiencia.

Ejemplos:

En medidas de la contaminación, determinar los puntos de toma de muestra en base a las zonas que se estiman afectadas.

Cambios notorios del relieve.

Iluminación en profundidad de un lago.

Vegetación.

Etc.

Bajo costo y facilidad de

realización.

Se puede hacer en zonas

heterogéneas y homogéneas.

Poca información del lote.

Los puntos de muestreo se ubican en planos (x i, yj) o espacialmente en coordenadas (xi, yj, zk)

Números aleatorios (tablas y programas)

• Uso combinado con la estratificación

(mayor número de muestras)

Recomendable para áreas

homogéneas menores a 5ha.

División de la población en estratos (grupos homogéneos).

Muestreo (probabilístico) ponderado en cada estrato.

Requiere conocimiento previo que

permita subdividir la población.

Para áreas no homogéneas y/o

mayores a 10ha.

Útil para grandes áreas

(muestreo de suelos)

La distribución regular de los sitios

de muestreo permite reducir la

variabilidad entre muestras.

No tiene problemas con las

dimensiones del terreno cubierto.

¿Por qué es sistemático y

no estratificado?

DETERMINACIÓN ESTADÍSTICA:

Análisis de las varianzas de las medidas y del

método (ANOVA).

Método del CV (método estadístico aproximado

basados en la experiencia)

• Cálculos estadísticos y uso de tablas

• También utilizado para determinar el espaciado

entre muestras

CV – coeficiente de variación

t – parámetro de población, que se obtiene de tablas para un nivel de

probabilidad dado. (t=1,96 para un nivel de confianza del 95%)

E – error máximo aceptado

TAMAÑO

Depende de:

• matriz de la muestra

• distribución del analito

• homogeneidad

• error exigido

Nº DE MUESTRAS

• variabilidad de los resultados finales

𝑁 =𝑡 𝐶𝑉

𝐸

2

1) La preparación de la muestra no puede implicar pérdidas de

analito, ni tampoco contaminaciones.

3) Si es necesario, se eliminarán las interferencias de la matriz,

mejorando así la selectividad del método.

4) No se deben introducir nuevas interferencias.

5) Debe considerarse la dilución o preconcentración del analito, de

manera que se halle en el intervalo de linealidad del método

seleccionado.

2) Se debe transformar el analito en la mejor forma química para el

método analítico seleccionado.

La muestra puede estar sometida a los siguientes riesgos:

Deshidratación.

Hidratación.

Oxidación.

Contaminación.

Los requisitos para un correcto almacenamiento son:

Envase adecuado.

Etiquetado Correcto.

Condiciones adecuadas de conservación (temperatura, humedad y exposición a la luz).

Problema

Elección del

método analítico

Toma de

muestra Tratamiento

de la muestra

Proceso de

medida Tratamiento

de los datos

Informe y

conclusiones

MÉTODO ANALÍTICO

Valoración de

los resultados

Muestra bruta

Muestreo

Preservación

Disolución

Disgregación

Instrumento

Medición

masa-volumen

Pulverización

tamizado Homogeneización

Secado

Reacciones

analíticas

Destrucción

materia

orgánica

Técnicas

separativas

Otras

reacciones

químicas

Transporte

Introducción al

instrumento