Humberto Gómez Ruiz Facultad de Química
Universidad Nacional Autónoma de MéxicoINE, Abril 2005
UNAMUNAM
HGR/2005 2
análisiscualitativo
análisiscuantitativo
preparación de derivados
separación
pre-tratamiento
toma dedecisiones
análisis deresultados conclusiones
muestra muestreo etiquetado homogenizado
HGR/2005 3
HGR/2005 4
Muestreo• Un procedimiento bien definido por el
cual se toma una parte de una sustancia, matriz, material o producto, para su análisis, de manera que ésta sea una muestra representativa del todo, o bien de la especificación apropiada por la cual sustancia, matriz, material o producto es analizada
NAMAS (1990)
HGR/2005 5
Incertidumbre en el muestreo• Situaciones de medición
Varianza en la medición despreciable / varianza en la muestra significativa.
plan de muestreo/número de muestras
Varianza en la muestra despreciable / varianza en la medición significativa.
plan de análisis/número de réplicas
Ambas varianzas significativas
HGR/2005 6
yt S
nm
m
±∗ y
Sn
m
m
±∗2
y E±
incertidumbrepara n >30
T = 1.96 ≈ 2.0
donde E es el error
HGR/2005 7
Et S
nm
m
=∗
nt S
Emm=
∗2 22
con lo que el error
si despejamos ahora nm
si conocemos la varianza de la muestra Sm y establecemos el error aceptable E, nm nos indica el
número de muestras que se deben analizar
HGR/2005 8
2a
2a
2
a ESt
n∗=
lo mismo ocurre para definir el número de réplicas que se deben hacer en el laboratorio
y cuando ambas varianzas son significativas
2/1
am
2a
m
2m
total nns
ns
tE
+=
HGR/2005 9
un ejemplo
Un análisis preliminar de una muestra de suelo contaminado con PCB´s muestra un contenido promedio de 53.76 ppm y s= 27.66. Si aceptamos un error de ± 5 ppmen el resultado tenemos que:
53.7Xtotal
27.6Stotal
70.6
70.4
70.8
72.1
71.9
62.3
79.1
98.0
70.1
26.3
27.7
24.9
20.0
19.9
21.6
Conc.
a5
S=0.2b
X=70.6c
a4
S=5.6b
X=68.7c
a3
S=14.2b
X=82.4c
X=26.3c
S=1.4b
a2
X=20.5c
S=0.95b
a1
Muestra
1223069Total
0.0060.165
5.01125.44
32.26806.563
0.317.842
0.1443.61
±5ppm±1ppmMuestra
HGR/2005 1010.000540.01210.005454.8510.005450.1886210.000760.0143470.185195.5510.001850.178833
330.057195.45210.003270.204777
10.000220.011680.08175.1590.076252.1726
10.000870.0107300.05447610.005450.2611
10.000820.009930.016675.00610.001360.185591
10.000220.059610.007035.021210.000270.2967571
10.00495.54810.001090.14533
10.001090.01780.027236.13910.002180.201481
30.001740.01390.029965.5710.004960.187434
10.000270.0142320.056655.726110.003270.1897365
190.00430.0110410.005074.75710.001251.514353
10.000380.012410.001364.9710.000650.136330
100.0131105.075100.1783278
10.000650.00230.017465.510.003110.2268
10.000140.0129300.054476.5910.002180.214259
10.000310.0125140.037045.5510.002720.17242
10.000110.010130.016885.410.008170.1254234
100.01105.47101.69204
10.000160.01450.066456.58110.003810.208178
10.000270.009770.087154.8410.002720.17166
10.000220.012120.034315.889135
650.080076.11110.002180.182126
10.000330.00810.0030.1921190.108395.753118
nsHgnsCunsCdCLAVE
Labo
rato
rios
# de
répl
icas
HGR/2005 11
• De manera que el número de muestras que se deben tomar, así como el número de réplicas que se deben realizar, están en función de la variabilidad de la muestra y la calidad (precisión) del laboratorio.
Los dos definen el costo que tendrá el análisis.
Si no se cuenta con $$$$ no vale la pena hacer el estudio ya que no tendrá significado estadístico
HGR/2005 12
MUESTREO COMPUESTO
2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
24000
26000
28000
30000
32000
34000
36000
38000
40000
42000
44000
46000
48000
50000
52000
54000
Time-->
Abundance
TIC: AIRE.D
MUESTREO SIMPLEFtalatos
Ftalatos
HGR/2005 13
HGR/2005 14
Tratamiento de muestra
61% Toma de muestra
6%
Análisis6%
Tratamiento de datos
27%
R.E. Majors, ”An Overview of Sample Preparation”, LC-GC, 9, 1, 1991
HGR/2005 15
Operador; 19%
Columnas; 11%
Instrumento; 8% Integración; 6%
Contaminación; 4%
Introducción de la muestra; 6%Calibración; 9%
Tratamiento de muestra; 30%
∼ 50 % errorR.E. Majors, ”An Overview of Sample Preparation”, LC-GC, 9, 1, 1991
HGR/2005 16
• Preconcentración• Purificación (clean-up)• Fraccionamiento• Filtración• Liofilización• Extracción• Derivatización• Dilución• Tamizado• Diálisisetc.
Tratamiento de Muestra
Complejidad: involucra uno (pre-tratamiento) o
más procedimientos
¿Cuales usar?
• Matriz• Analito• Equipo analítico disponible
f
Consolidación como una sub-disciplina analítica
Muestra“real”
Matriz susceptiblede ser analizadaconversión
HGR/2005 17
InteracciónAnalito-Matríz
Tratamiento de Muestra
EXTRACCION
ARTE versus CIENCIA SeparaciónDetección
Cromatografía de GasesCromatografía de Líquidos
Espectrometría de Masas
• Poco estudiado• Mal entendido
• Muy estudiado• Bases teóricas bien
establecidas
Empírico Científico
HGR/2005 18
Técnicas de Extracción
continuo discontinuo
Exhaustivas No exhaustivas
Exhaustivas Noexhaustivas
Purga y Trampa
SPE
SFE
PFE
“in tube”SPME
LLE
Soxhlet
Headspace
LLME
UltrasonidoSPME
Clasificación General de las Técnicas de Extracción
HGR/2005 19LCGC NORTH AMERICA VOLUME 20 NUMBER 12 DECEMBER 2002
HGR/2005 20
LCGC NORTH AMERICA VOLUME 20 NUMBER 12 DECEMBER 2002
HGR/2005 21
Distribución de un plaguicida
HGR/2005 22
Kcal/mol
10
100
puente de hidrógenodipolo-dipolo
Covalente
Iónico
Dispersión Dipolo-dipoloinducido
Energías de enlace analito-matriz
HGR/2005 23
Materialorgánico
A: analitoM: matrizS: SuperfícieO: Fase Orgánica
I: InterfaseF: FluidoP: PoroD: Disolvente
A(D)
Fluido
Partícula A(F,P)
A(M,S)kd
A(M,O)
Dc K Df
A(M,I)
k=Cte desorciónD=Coef. difusiónK=Cte Distribución
Proceso extractivoMuestras heterogéneas
HGR/2005 24
Factores a considerar en la Extracción
AgenteextractanteMatriz
Analitos
parámetros físicosdel analito
Interacciones fisico- químicasExpansión cinética
Factorescinéticos
InteraccionesAnalito-Disolvente
Solubilidad
InteraccionesFisico-químicas
Muestras
Adcionadas
Muestras“reales”
HGR/2005 25
RESULTADOS2 sistemas de SPE en AGUA POTABLE
4.5164.06SPEEDISK
3.9138.66EMPORE
%RSD%RECOBROSISTEMA
•Naftaleno3.2676.69SPEEDISK
4.3647.68EMPORE
%RSD%RECOBROSISTEMA
•Hexaclorobenceno
4.5884.99SPEEDISK
6.9374.22EMPORE
%RSD%RECOBROSISTEMA
•Fenantreno
6.9882.27SPEEDISK
6.6577.94EMPORE
%RSD%RECOBROSISTEMA
•1,2-Diclorobenceno
HGR/2005 26
Soxhlet
0 4 8 12 160
5
10
15
20
25
MetanolDiclorometanoHexano
Efic
ienc
ia d
e ex
tracc
ión
(%)
Tiempo (horas)0 1 2 3 4 5 6 7
0
2
4
6
8
Muestra de 1.2g de pesoMuestra de 1.0g de pesoMuestra de 1.3g de peso
Efic
ienc
ia d
e ex
tracc
ión
(%)
Número de extracción
0 2 4 6 80
2
4
6
8
10
12
HexanoDiclorometanoE
ficie
ncia
de
extra
cció
n (%
)
Tiempo (min)
MWAE
CO2/MeOH
SFE
HGR/2005 27
HGR/2005 28
CROMATÓGRAFO
ESPECTRÓMETRO DE MASAS
AUTO
MUESTREADOR
HGR/2005 29
Inyector SPLIT/SPLITLESS
HGR/2005 30
10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.500
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
Time-->
Abundance
TIC: MESTE11.D
EST2
EST5EST4
EST3
EST1
SPLITLESS PULSADO
SPLITLESS
SPLIT PULSADO
SPLIT
14.414.0
13.7
13.410.7
TIC: MESTE23.D (*)TIC: MESTE31.D (*)TIC: MESTE41.D (*)
HGR/2005 31
2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0 200000 400000 600000 800000
1000000 1200000 1400000 1600000 1800000 2000000 2200000 2400000
Time-->
Abundance 20 psi 1.0 min 40 psi 0.5 min 20 psi 0.5 min 25 psi 0.5 min 30 psi 0.5 min
HGR/2005 32
OH
F
OH
OH
F
F
F F
F
OH
NO2
OH
Cl
Cl
OH
Cl
OH
NH2
OH
NH2
OH
Cl
CH3
OH
Cl
Cl Cl
OH
Cl
Cl
Cl
OH
Cl
ClCl
OH
NO2
OH
CH3
NO2
O2N OH
NH CH3
O
OH
Cl
Cl
Cl Cl
Cl
3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.000
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
Time-->
Abundance
TIC: FEN23.D
2.50
4.29
7.05
7.628.10
8.369.12
9.49
10.41
10.48
10.84
12.7113.72
14.62
15.34
HGR/2005 33
HGR/2005 34
ECD
CUADRUPOLO
TRAMPA DE IONES
HGR/2005 35
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Are
a C
ompu
esto
Fen
ólic
o / A
rea
EI
Concentración Compuesto Fenólico / concentración EI [ppm]
2-Fluorofenol (24.8-99.2 ppm) Pentafluorofenol (25.8-103.2 ppm) Fenol (20.2-80.8 ppm) o-Nitrofenol (22.6-90.4 ppm) 2,4-Diclorofenol (22-88 ppm) 4-Clorofenol (22-88 ppm) o-Aminofenol 21.4-85.6 ppm) p-Aminofenol (21.4-85.6 ppm) 4-Cloro-3-metilfenol (20.4-81.6 ppm) 2,4,6-Triclorofenol (20.2-80.8 ppm) 2,4,5-Trilclorofenol 20.4-81.6 ppm) 2,3,6-Triclorofenol (21-84 ppm)
Curva de Calibración de 10 a 100 ppmpor SCAN
HGR/2005 36
-0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Are
a C
ompu
esto
Fen
ólic
o / A
rea
EI
Concentración Compuesto Fenólico / Concentración EI [ppm]
Pentafluorofenol (7.74-12.9 ppm) Fenol (1.01-10.1 ppm) 2-Nitrofenol (4.52-11.3 ppm) 2,4-Dicloro (1.1-11 ppm) 4-Clorofenol (1.1-11 ppm) o-Aminofenol (4.28-10.7 ppm) p-Aminofenol (2.14-10.7 ppm) 4-Cloro-3-metil (1.02-10.2 ppm) 246Tricloro (4.04-10.1 ppm) 2,4,5-Tricloro (2.04-10.2 ppm) 2,3,6-Tricloro (4.2-10.5 ppm) 2-Fluoro (1.24-12.4 ppm)
Curva de Calibración de 1 a 10 ppmpor SCAN
HGR/2005 37
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 2600
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
m/z-->
Abundance
Scan 3637 (11.674 min): FEN57.D266
165
202
23095 130
14160 10771 83 11848 24137 253153 177188 214
OH
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
HGR/2005 38
OH
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
.+ OHH
Cl
Cl
ClCl
Cl
+
O H
Cl
Cl
ClCl
Cl
+.
ClCl
ClCl
Cl+- COH
m/z = 184
OH
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
.
..
.
Cl
ClCl
Cl+
m/z = 155
O
Cl
Cl
Cl
Cl
+.
.
m/z = 164
m/z = 136
Cl
ClCl
+
m/z = 117
PENTACLOROFENOL
HGR/2005 39
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
m/z-->
Abundance
Scan 1202 (4.588 min): FEN57.D162
63
98
12673
5337 135
82107 147 19145 90
OH
Cl
Cl
HGR/2005 40
OH
Cl
Cl
. OHH
Cl
Cl
O H
Cl
Cl
+.
Cl
Cl
+- COH
OH
Cl
Cl. .
Cl
+O
Cl
+.
m/z = 126
Cl
ClCl
+- F
m/z = 117
m/z = 133
m/z = 162- Cl
- HCl
m/z = 126
Cl
-CO
m/z = 98
DICLOROFENOL
HGR/2005 41
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 1700
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
m/z-->
Abundance
Scan 1269 (4.783 min): FEN57.D128
65
100
39 73
50 92113 147 16284 135
OH
Cl
HGR/2005 42
OH
Cl
. OH
H
Cl
O H
Cl
+.
H
H
Cl
+
Cl
+
m/z = 128
m/z = 100
m/z = 99
- CO
- H
CLOROFENOL
HGR/2005 43
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
Are
a C
ompu
esto
Fen
ólic
o / A
rea
EI
Concentración Compuesto Fenólico / Concentración EI [ppm]
Pentafluorofenol (1.29-10.32 ppm) 2-Fluorofenol (1.24-9.92 ppm) Fenol (1.01-8.08 ppm) 2-Nitrofenol (1.13-9.04 ppm) 2,4-Diclorofenol (1.1-8.8 ppm) 4-Clorofenol (1.1-8.8 ppm) o-Aminofenol (1.07-8.56 ppm) p-Aminofenol (1.07-8.56 ppm) 4-Cloro-3-metilfenol (1.02-8.16 ppm) 2,4,5-Triclorofenol (1.01-8.08 ppm) 2,3,6-Triclorofenol (1.05-8.4 ppm) 4-Nitrofenol (1.07-8.56 ppm) 4,6-Dinitro-o-cresol (4.12-8.24 ppm) 4-Acetil-aminofenol (1.05-8.4 ppm) Pentaclorofenol (0.99-7.92 ppm) 2,4,6-Triclorofenol 1.02-8.16 ppm)
Curva de Calibración de 1 a 10 ppmpor SIM
HGR/2005 44
HGR/2005 45
HGR/2005 46
peso inicial
0.001g
⇒
Volumen
final
1 ml
⇒
Volumen
final
1 ml
⇒
Volumen
final
1 ml
⇒
Volumen
final
1 ml
⇒
Volumen
Ffinal
Conc.
1x10-3
g/L 1mg/L 1ppm
1x10-6
g/L 1µg/L 1ppb
1x10-9
g/L 1ng/L 1ppt
1x10-12
g/L 1pg/L 1ppq
1x-15 g/L
1fg/L 1ppp
Error
10.03%
10.66%
11.29%
12.09%
13%
Inyección
1µl
1µl
1µl
1µl
1µl
Cantidad inyectada
1x10-9 g
nano
1x10-12 g
pico
1x-15 g femto
1x-18 g
atto
1x-21 g
HGR/2005 47
HGR/2005 48
HGR/2005 49
HGR/2005 50
Compuestos no volátiles, de alto peso molecular y
además polares
Desconocemos su toxicidad y persistencia
HGR/2005 51
Acoplamiento HPLC/EM
HGR/2005 52
MASSSPECTROMETRY
HRMSMAGNETIC
SECTOR &COMB.
FT/ICR
QUAD´s&
ION TRAP
TIME OF FLIGHT
MS/MS&
MS/MS/MS
EINCI/PCI
PD
ISOTOPEANALYSIS
GC HPLCCZE
EINCI/PCI
PD
MALDIESAPI EI
NCI/PCIPD
FUNDAMENTALS
THERMODINAMICS
ENVIRONMENTAL
DRUG ANALYSIS
PHARMACEUTICAL
PROCESS CONTROL
BIOPOLYMERS
MACROMOLECULES
GC
HPLCCZE
STRUCTUREANALYSIS
ORIGIN OFPRODUCTS
GEOCHEMISTRY
PETROLEUM DIRECTINTROD.
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