Importancia del análisis instrumental en diferentes áreas de la ciencia PDF

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Descripción sobre el análisis instrumental y su aplicación y uso en la ciencia....

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Universidad Autónoma de Sinaloa Facultad de Ciencias Químico Biológicas Licenciatura en Químico Farmacéutico Biólogo Dra. Yolanda Salazar Lara Análisis Instrumental “Importancia del análisis instrumental en diferentes áreas de la ciencia” Integrantes: Aispuro Cruz Ana Gisell Garcia Arce Daniel Salazar Cázares Jonathan Samael Serna Loaiza Francisco Javier

Culiacán, Sinaloa, 01 de febrero del 2017. Introducción La obtención de información cuantitativa como cualitativa sobre la composición y estructura de la materia es una gran necesidad tanto como para los ingenieros como científicos involucrados en el campo de ciencias tales como química, biología o física. Por esta razón se han creado una serie de herramientas para suplir estos requerimientos. Tales instrumentos han conseguido ser cada vez más avanzada y proporcionar una información más confiable facilitandonos el trabajo para el que analiza y darnos una mayor credibilidad en resultados.

El análisis instrumental presenta grandes ventajas, muestra de ello en el campo de acción tan grande que tienen, abarcando desde las ciencias de salud y exactas, pasando por las ingenierías vinculadas al estudio de materia orgánica, llegando hasta el campo de la industria, destacando primordialmente en la industria farmacéutica.

Desarrollo En la carrera de QFB, los métodos fisicoquímicos representan una herramienta sumamente útil para poder llevar a cabo las responsabilidades de los análisis, sin embargo hay muchas otras ciencias que se relacionan de igual forma con este método. La espectrometría por absorción molecular en las regiones ultravioleta y visible es un tipo de análisis clave en el laboratorio de análisis clínicos, ya que múltiples moléculas y sustancias de interés médico poseen un rango de absorción entre las longitudes de onda u.v. y visible (4-750 nm). Por ejemplo, para la determinación de glucosa en sangre, la longitud de onda usada es aproximadamente 550 nm. En el área de la criminología, los químicos forenses trabajan como químicos analíticos y su tarea principal es la de analizar compuestos y materiales con el fin de identificar y acumular pruebas de importancia forense. Son ejemplos claros los casos siguientes: ➔ en muchos casos, los materiales que pueden ser utilizados como parte de la evidencia forense se encuentran en trazas; es decir en cantidades muy pequeñas. Los métodos clásicos de análisis no son óptimos para trabajar en estas concentraciones y por esa razón actualmente prefiere utilizar el análisis químico instrumental en su determinación. ➔ todos los compuestos y elementos poseen espectros de emisión, polarogramas y cromatogramas que son las huellas digitales de los mismos. En consecuencia, la determinación del espectro de emisión de un compuesto, de sus características cromatográficas o polarográficas permiten su identificación irrefutable y el trazado de su origen. Por ese motivo, los métodos espectroscópicos y los métodos cromatográficos de análisis instrumental, que ocupan un lugar central en este curso, se han constituido en herramientas indispensables para la química forense. Espectrometria de masas es una táctica basada en la posibilidad de separar especies moleculares y atómicas según su masa. Este método es una herramienta muy versátil y útil para identificar los elementos presentes en una muestra y así poder determinar las concentraciones de cada una de las materias que lo componen. Para nuestra carrera de QFB este método de análisis instrumental es de debida importancia por ser utilizado en el análisis de sangre, gracias a la rapidez del método, se puede utilizar incluso como control durante un proceso quirúrgico. Así se puede determinar a gran velocidad las concentraciones hemáticas del monóxido y dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno y gases anestésicos como el NO. En la agroindustria, se han desarrollado protocolos de análisis rápidos y fiables que permitan garantizar la calidad y seguridad alimentaria en alimentos básicos como la leche y el contenido de especies tóxicas de As y Hg en productos de la pesca, alimento que aporta a la dieta uno de los alimentos más altos de estos metales pesados. En ciencias como bioquímica, toxicología, medicina, industria farmacéutica, alimenticia y petroquímica la espectrofotometría de absorción atómica es una técnica de suma importancia capaz de detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos químicos. Se aplica para a determinación de ciertos metales tales como: antimonio, cadmio, calcio, cesio, cromo, cobalto, oro, plomo, níquel, entre otros empleandose en el análisis de agua y suelos.

El plasma acoplado por inducción es un método utilizado en áreas como geoquímica, mineralogía, agricultura forestación, cría de animales, ecología química, ciencias ambientales, industrias alimenticias para el análisis cuantitativo de materiales naturales como son las rocas, minerales, tierras, aire sedimentado, agua, tejidos de plantas y animales, así como también para la identificación de sulfuro, boro, fósforo, titanio y zirconio. El método de cromatografía de capa fina es útil con frecuencia para análisis en campos como toxicología, química orgánica, bioquímica, biología, agricultura medioambiente, alimentación, farmacia, productos naturales, y lo que más es importante para nosotros, en estudios clínicos. Esta se aplica para analizar analitos como productos farmacéuticos, lípidos, ácidos grasos, carbohidratos, aminoácidos, péptidos, índoles, purinas esteroides, vitaminas y compuestos quirales entre muchos otros más. En agroindustria este método es importante en alimentos para la determinación de sulfoamidas en hígado y músculo de bovinos, ovinos, equinos, porcinos y aves. La cromatografía de gases tiene una amplia importancia y aplicación, en las industrias se enfoca a evaluar la pureza de los reactantes y productos de reacción o monitorear la secuencia de reacción. En la industria del petróleo juega una función primordial, por medio de la cromatografía se puede analizar los constituyentes de las gasolinas, las mezclas de gases de refinería, gases de combustión entre otros.

Los métodos electroanalíticos tienen ciertas ventajas de carácter general sobre otros tipos de procedimientos que se tratan en este libro. En primer lugar, las mediciones electroquímicas son a menudo específicas para un estado de oxidación particular de un elemento. Por ejemplo, con los métodos electroquímicos es posible determinar la concentración de cada una de las especies en una mezcla de cerio(III) y cerio(IV), y con la mayor parte de los otros métodos analíticos sólo se puede conocer la concentración total de cerio. Una segunda ventaja importante de los métodos electroquímicos es que los instrumentos son relativamente baratos. La mayor parte de ellos cuesta menos de 30 000 dólares, y el precio de un instrumento comercial, típico, de uso múltiple está entre los 8000 y 10 000 dólares. En cambio, muchos instrumentos espectroscópicos cuestan de 50 000 a 250 000 dólares o más. Una tercera característica de ciertos métodos electroquímicos, que puede ser una ventaja o una desventaja, es que proporcionan información acerca de las actividades más que de las concentraciones de las especies químicas. En general, en estudios fisiológicos, las actividades de los iones, como calcio o potasio, son más importantes que las concentraciones. Por ejemplo, los sensores electroquímicos se usan en lugares inimaginables. Estos sensores miden el pH, el hidrógeno y el ácido sulfhídrico disueltos, especies que son determinantes para entender las reacciones geoquímicas que se llevan a cabo en la profundidad en la corteza marina, así como los procesos biogeoquímicos en el entorno cercano a una salida de material incandescente en el fondo del mar. Los sensores efectúan de manera continua mediciones exactas en las extremas condiciones ambientales del suelo marino. Los métodos coulombimétricos a potencial controlado se han aplicado para determinar más de cincuenta elementos en compuestos inorgánicos. La coulombimetría ha encontrado amplia utilización en el campo de la energía nuclear para la determinación prácticamente sin interferencias de uranio y plutonio. Por ejemplo, la relación entre uranio y oxígeno en el combustible nuclear usado se determinó mediante coulombimetría a potencial controlado con una precisión de desviación estándar relativa de 0.06%. El método de referencia aceptado para determinar cloruro en suero sanguíneo, plasma, orina, sudor y otros fluidos corporales es el procedimiento de titulación coulombimétrica.15 En esta técnica los iones plata se generan coulombimétricamente. Los iones plata reaccionan con los iones cloruro para formar cloruro de plata insoluble. Por lo regular, el punto final se detecta por amperometría cuando un ligero exceso de Ag produce un incremento repentino en la corriente. En principio, la cantidad absoluta de Ag necesaria para reaccionar cuantitativamente con Cl se puede obtener a partir de la aplicación de la ley de Faraday. En la práctica se usa la calibración. Otros métodos comunes para determinar el cloruro

son los electrodos selectivos de iones, las titulaciones fotométricas y la espectrometría de masas de dilución de isótopos. Químicos especializados en química orgánica, física y biología usan ampliamente la voltametría con fines no analíticos, como estudios fundamentales de los procesos de oxidación y reducción en diferentes medios, procesos de adsorción sobre superficies y mecanismos de transferencia de electrones en superficies de electrodos químicamente modificados. La voltametría y la amperometría junto con la cromatografía de líquidos se han convertido en herramientas poderosas para los análisis de mezclas complejas. La voltametría moderna también será una herramienta excelente en diversas áreas de la química, bioquímica, ciencia de materiales e ingeniería y las ciencias ambientales para estudiar los procesos de oxidación, reducción y absorción. El análisis polarográfico orgánico se basa en la oxidación o reducción de los diferentes grupos funcionales con el electrodo de gotas de mercurio. Son utilizados,en la identificaciçon cualitativo y análisis cuantitativo de compuestos, determinación de estructuras, etc.

Los grupos funcionales reactivos de las moléculas son: ● El grupo carbonilo ● Los grupos nitro, nitroso, óxido de amina, azo ● Varios epóxidos y peróxidos ● Algunos ácidos carboxílicos ● hidroquinonas y mercaptanos

Industria Alimentaria: Es necesario realizar un análisis de alimentos para asegurar que sean aptos para el consumo y para asegurar que cumplen con las características y composición que se espera de ellos. un ejemplo de esto sería la prueba de espectrometría de absorción atómica en la cual se hace una atomización en una cámara de grafito, de manera que se crea una niebla de la muestra. En esta hay un quemador con forma de ranura que da una llama con una determinada longitud de onda. los átomos se les hace llegar una radiación con una longitud de onda específica, de forma que los átomos absorben energía a esa longitud de onda. La cantidad de luz absorbida después de pasar a través de la llama determina la cantidad de analito en la muestra. Cuanta mayor cantidad de componente hay en la llama, 9 mayor cantidad de energía se absorbe. Es una técnica muy sensible, se usa por ejemplo para detectar metales pesados en algunos alimentos.

Conclusión Como pudimos observar, es muy importante el estudio del análisis instrumental en las diferentes ciencias y sus muy diversas aplicaciones que se le puede dar, hizo darnos cuenta que no solo en la quimica analitica se da este tipo de análisis, ya que cuando escuchamos análisis instrumental rápidamente lo asociamos con quimica analitica solamente, pero pudimos percatarnos que el análisis físicoquímico también llamado instrumental, es necesario para distintas áreas de la ciencia como lo es forense, industrias de alimentos entre otros. Además pudimos darnos cuenta que en sí todo lleva una relación, cada ciencia se relaciona con otra debido a este análisis, ya que en su mayoría se usa este método para analizar una muestra de la cual se quiere saber o conocer alguna propiedad para posteriormente ser estudiado más a fondo. Gracias a esta se ha podido llevar a cabo muchos experimentos importantes, debido a que se aplicó correctamente el uso de cada uno de los distintos métodos (clásicos o instrumentales) del análisis instrumental.

Bibliografía Skoog, D. A., West, D. M.,Holler, F. J. & Crouch, S. R. (2015). Principios de análisis instrumental (6° edición). Cengage Learning. J. A. Dean, Analytical Chemistry Handbook, sección 14, pp. 14.119-14.123, Nueva York: McGraw-Hill, 1995; A. J. Bard y L. R. Faulkner, Electrochemical Methods, 2a. ed., pp. 427-431, Nueva York: Wiley, 2001 S. R. Sarkar, K. Une y Y. Tominaga, J. Radioanal. Nuc. Chem., 1997, 220, p. 155.

15C. A. Burtis y E. R. Ashwood, Tietz Fundamentals of Clinical Chemistry, 5a. ed., p. 500, Philadelphia: Saunders, 2001; L. A. Kaplan y A. J. Pesce, Clinical Chemistry: Theory, Analysis, and Correlation, p. 1060, St. Louis, MO: C. V. Mosby, 1984....