Introducción a la Química Analítica

La química analítica es la rama de la química que estudia la composición química de las sustancias. Comprende la separación, identificación y determinación de las cantidades relativas de los componentes de una muestra. Se divide en dos grandes campos:

• Análisis Cualitativo: Revela la identidad química de los analitos presentes en una muestra.
• Análisis Cuantitativo: Proporciona la cantidad de uno o más analitos en términos numéricos.

Métodos en Química Analítica: Clásicos e Instrumentales

Los métodos cuantitativos empleados en química analítica se clasifican principalmente en dos categorías:

1. Métodos Clásicos (o Químicos)

Estos métodos se basan en reacciones químicas o equilibrios químicos. Son los utilizados tradicionalmente y no requieren instrumentos complejos, solo material de laboratorio básico como pipetas, buretas, etc.

• Análisis Gravimétrico: Utiliza técnicas para conocer la composición y las relaciones de masa de las diferentes sustancias. Las herramientas utilizadas incluyen la balanza analítica, que permite determinar masas. Puede ser directo, indirecto o por volatilización.
• Análisis Volumétrico: Emplea técnicas para determinar la composición cuantitativa de las sustancias que forman una muestra, basándose en la medición de volúmenes. Pueden ser de equilibrio ácido-base, redox, de solubilidad o precipitación, y de formación de complejos.

2. Métodos Instrumentales (o Físicos)

Estos métodos se basan en interacciones físicas y requieren un instrumental más sofisticado, como cromatógrafos, espectrofotómetros, equipos electroanalíticos, entre otros.

Pasos Generales del Proceso Analítico Químico

El proceso de análisis químico sigue una serie de pasos sistemáticos para asegurar la fiabilidad de los resultados:

1. Formular la Cuestión: Convertir las cuestiones generales en preguntas específicas que puedan resolverse mediante mediciones químicas.
2. Seleccionar los Procedimientos: Buscar en la bibliografía los procedimientos apropiados o desarrollar procedimientos originales para las mediciones requeridas.
3. Muestreo: Proceso de selección de una muestra representativa de lo que se desea analizar.
4. Preparación de la Muestra: Convertir la muestra representativa en una forma adecuada para el análisis químico. Puede ser necesario eliminar o enmascarar especies interferentes.
5. Análisis: Medir varias alícuotas idénticas. La finalidad de las mediciones replicadas es establecer la variabilidad del análisis y evitar el riesgo de un error grave.
6. Informe e Interpretación: Escribir un informe completo que indique claramente los resultados y sus limitaciones concretas.
7. Conclusiones: Una vez escrito el informe, el analista puede o no estar involucrado en lo que se haga con esa información.

Propiedades Analíticas: Indicadores de Calidad

Las propiedades analíticas se materializan en un conjunto de características que son indicadores de calidad, permitiendo evaluar, comparar y validar todas las facetas del proceso analítico. Se clasifican en tres grupos:

1. Propiedades Supremas

• Exactitud: Es el grado de concordancia entre el valor de una determinación (o el promedio de resultados) y el valor verdadero del analito en la muestra.
• Representatividad: Tiene connotaciones tanto cualitativas como cuantitativas y es sinónimo de coherencia, concordancia y consistencia de los resultados generados en todas las etapas del proceso.

2. Propiedades Básicas

• Precisión: Es el grado de concordancia entre un grupo de resultados obtenidos al aplicar el mismo método analítico a diferentes alícuotas de la misma muestra.
• Sensibilidad: Es la capacidad para poder detectar (cualitativo) o determinar (cuantitativo) pequeñas concentraciones de analito en la muestra. La sensibilidad expresa la cantidad o concentración mínima de un analito que puede ser detectada o cuantificada con una técnica dada. Se cuantifica mediante dos parámetros: el límite de identificación y la concentración límite.
• Selectividad: Es la capacidad para originar resultados que dependen exclusivamente del analito para su identificación y cuantificación en la muestra. La selectividad expresa el grado de interferencia de otras especies químicas en la identificación de un analito específico.

3. Propiedades Complementarias

• Rapidez: Se refiere al tiempo de análisis, expresándose como el número de muestras procesadas completamente por unidad de tiempo.
• Costos: Es un elemento sustancial de la productividad del laboratorio. Se expresa en unidades monetarias por resultado o por muestra.
• Factores Personales: El factor humano es trascendental, incluyendo aspectos prácticos de importancia que caracterizan el proceso analítico como la seguridad, comodidad y creatividad.

Errores en Química Analítica: Medición y Control

Los errores en química analítica permiten medir el grado en que un resultado se aleja del valor considerado correcto, así como el grado de exactitud de una o varias mediciones. Se pueden expresar con mayor o menor grado de confianza.

1. Error Sistemático

Los errores sistemáticos se originan por fallos en el diseño del experimento o en el equipo. Pueden descubrirse y corregirse.

• Instrumentales: Causados por imperfecciones en los aparatos de medida, componentes gastados, cambios de temperatura, etc.
• De Método: Provienen de un comportamiento químico o físico no ideal de los sistemas analíticos. Se pueden reducir mediante el análisis de muestras estándar de referencia, la realización de análisis en blanco, etc.
• Personales: Resultan de la falta de cuidado, atención o limitaciones personales del analista. Se minimizan siendo cuidadosos y disciplinados para obtener experiencia en el análisis.
• Constantes: No dependen del tamaño de la cantidad medida. Afectan más a medida que disminuye el tamaño de la muestra.
• Proporcionales: Aumentan o disminuyen de forma proporcional al tamaño de la muestra.

Modos de Detección de un Error Sistemático

1. Analizar muestras de composición conocida con un material estándar de referencia.
2. Analizar muestras en blanco, es decir, que no contienen el analito que se investiga.
3. Usar métodos analíticos diferentes para medir la misma cantidad.
4. Comparar resultados obtenidos en varios laboratorios.

2. Error Aleatorio

El error aleatorio se origina por el efecto de variables incontroladas en cada medición. Tiene igual probabilidad de ser positivo o negativo. Siempre está presente y no puede ser corregido por completo. Es el asociado, por ejemplo, a una lectura de una escala. No puede ser eliminado, pero puede reducirse mejorando el trabajo experimental.

3. Error Bruto

Un tercer tipo de error es el error bruto, que ocurre de forma ocasional y suele ser grande, dando lugar a valores atípicos. Estos son valores que difieren significativamente de los demás en un conjunto de datos de mediciones replicadas.

Conceptos Clave: Exactitud, Precisión y Tipos de Error

• Exactitud: Indica la proximidad de una medición a su valor verdadero o aceptado.
• Precisión: Indica la concordancia entre varios resultados medidos de la misma manera. Se determina repitiendo una medición; en cambio, la exactitud nunca se puede determinar con rigor absoluto.
• Error Absoluto: Es la diferencia entre el valor observado y el valor verdadero. Si es negativo, indica que el resultado experimental es menor que el valor verdadero o aceptado.
• Error Relativo: Es el cociente de la división entre el error absoluto y el valor verdadero. Si se multiplica por 100, se obtiene el porcentaje de error.