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c©Dr. Licesio J. Rodríguez, Salamanca, 11 de febrero de 2014 (09:39 h) Técnicas Instrumentales en Farmacia, 01.1 - p. 1/18

TÉCNICAS INSTRUMENTALES EN FARMACIA

Concepto de Técnicas InstrumentalesGeneralidades de los Métodos

espectroscópicos, 1.

Dr. Licesio J. Rodríguezhttp://campus.usal.es/licesio/TIF.htm

[email protected]

Curso 2013-2014Universidad de Salamanca

http://campus.usal.es/licesio

http://campus.usal.es/licesio/TIF.htm

Bibliografía

Concepto yClasificación

Radiaciónelectromagnética.


Bibliografía

1 D.G. Watson, Pharmaceutical analysis: a textbook for pharmacy studentsand pharmaceutical chemists, Elsevier,; F/543 WAT pha

2 J.M. Gavira, A. Hernanz, Técnicas fisicoquímicas en medioambiente,UNED; F/543 GAV tec

3 Douglas A. Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, Principios deAnálisis Instrumental, McGraw-Hill; F/543.06 SKO pri

4 Raymond Chang, Physical chemistry for the chemical and biologicalsciences, University Science Books; F/544 CHA phy

5 F. Rouessac, A. Rouessac, Análisis Químico: Técnicas y MétodosInstrumentales Modernos, McGraw-Hill; F/543.06 ROU ana

6 David Sheehan, Physical Biochemistry: principles and applications, Wiley;F/577.1 SHE phy

7 David Freifelder, Técnicas de Bioquímica y Biología molecular, Reverté;F/577.1 FRE tec

8 Kenneth A. Connors, Curso de Análisis farmacéutico, Reverté, F/543.5CON cur

9 Wallace S. Brey, Physical chemistry and its biological applications,Academic Press,; F/544 BRE phy


Bibliografía

Concepto yClasificación Concepto de

TécnicasInstrumentales

Clasificación Magnitudes

físicas básicas Magnitudes

físicas derivadas Múltiplos y

submúltiplos Constantes

Universales Medidas

experimentales Valor medio.

Desviación. Propagación de

errores



Concepto y Clasificación


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Concepto de Técnicas Instrumentales

El método científico se basa en la observación y en lamedida. En muchas ocasiones esta operación ha de llevarsea cabo necesariamente mediante el uso de TécnicasInstrumentales.

Entenderemos por Técnicas Instrumentales:Los métodos que, con aplicación a la medida de

magnitudes físicas o fisicoquímicas, requieren laintervención de instrumentos.

Las Técnicas Instrumentales proporcionan ventajas:⋄ Mayor objetividad, precisión, reproducibilidad,

sensibilidad, selectividad⋄ En muchos casos no alteran la muestra⋄ Permiten una menor incidencia del operador en el

resultado, etc. En todas las Técnicas Instrumentales la medida que se

pretende realizar se basa en alguna propiedad física ofisicoquímica del sistema.


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Clasificación

Propiedad fisicoquímica Técnica Instrumental

Técnicas basadas en la interacción de laradiación electromagnética con la materia

Emisión Espectrometrías de EmisiónAbsorción y de Absorción

Resonancia magnética

Dispersión Nefelometría,Turbidimetría;Espectroscopía Raman

Refracción Refractometría, InterferometríaRotación óptica Polarimetría,

Dispersión óptica rotatoria;Dicroísmo circular

Difracción Rayos X; electrones; neutrones

Radiactividad Técnicas radioquímicas


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Clasificación

Propiedad fisicoquímica Técnica Instrumental

Técnicas de separación

Adsorción, reparto CromatografíasFricción, sedimentación Centrifugación; ElectroforesisRelación masa/carga Espectrometría de masas· · · · · ·

Técnicas electroquímicas

Potencial eléctrico PotenciometríaCorriente eléctrica Amperometría, PolarografíaResistencia eléctrica Conductimetría· · · · · ·


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Magnitudes físicas básicas

Magnitud física Nombre de Símbolo dela Unidad la Unidad(SI)

longitud metro m

masa kilogramo kg

tiempo segundo s

intensidad de corriente eléctrica amperio A

temperatura kelvin K

cantidad de sustancia mol mol

intensidad luminosa candela cd

• Libro Verde de la IUPAC:⋄ Magnitudes, Unidades y Símbolos en Química física


http://www.iupac.org/home/publications/e-resources/nomenclature-and-terminology/quantities-units-and-symbols-in-physical-chemistry-green-book.html

Bibliografía







Universales Medidas



errores



Magnitudes físicas derivadas

Magnitud física Nombre de Símbolo Expresiónla Unidad (SI)

frecuencia hertzio, hertz Hz s−1

fuerza newton N m · kg · s−2

presión pascal Pa N · m−2

energía julio J N · m

potencia vatio W J · s−1

carga eléctrica culombio C A · s−1

potencial eléctrico voltio V J · C−1

resistencia eléctrica ohmio Ω V · A−1


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Magnitudes físicas derivadas

Magnitud física Nombre de Símbolo Expresiónla Unidad (SI)

inducción magnética tesla T V · s · m−2

temperatura Celsius grado Celsius oC K

flujo luminoso lumen lm cd · sr

iluminancia lux lx cd · sr · m−2

actividad (radiactiva) becquerel Bq s−1

dosis absorbida gray Gy J · kg−1

(de radiación)dosis equivalente sievert Sv J · kg−1

ángulo plano radián rad m · m−1 ≡ 1

ángulo sólido estereorradián sr m2 · m−2 ≡ 1


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Múltiplos y submúltiplos

Submúltiplos Múltiplos

10−1 deci d 10 deca da10−2 centi c 102 hecto h10−3 mili m 103 kilo k10−6 micro µ 106 mega M10−9 nano n 109 giga G10−12 pico p 1012 tera T10−15 femto f 1015 peta P10−18 atto a 1018 exa E10−21 zepto z 1021 zetta Z10−24 yocto y 1024 yotta Y


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Constantes Universales

Magnitud Valor

velocidad de la luz c 299792458 m · s−1 (defin.)permeabilidad(vacío) µ0 4π · 10−7 N · A−1 (defin.)permitividad(vacío) ǫ0 = (µ0c

2)−1 8,8541878 · 10−12 C V−1m−1

constante de Planck h 6,626075 · 10−34 J · s

~ = h/2π 1,054572 · 10−34 J · s

carga elemental e 1,602177 · 10−19 C

masa del electrón me 9,1093897 · 10−31 kg

masa del protón mp 1,6726231 · 10−27 kg

masa del neutrón mn 1,6749286 · 10−27 kg

no de Avogadro NA 6,02213 · 1023 mol−1

cte. de los gases R 8,3145 J · K−1 · mol−1

cte. de Faraday F = eNA 9,64853 · 104 C · mol−1

cte. de Boltzmann k = R/NA 1,3806 · 10−23 · J · K−1


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Medidas experimentales

Propiedades de la Medida

Precisión: Determina el grado de agrupación de losvalores obtenidos al realizar una medida.

Exactitud: Expresa el grado de aproximación al valorverdadero.

Tipos de Errores

Sistemáticos: Se presentan de modo regular y predecible. Aleatorios: Varían de forma irregular en cada medida. Erráticos: Generan medidas inconsistentes.


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Valor medio. Desviación.

n∑

ǫi =n∑

(x− xi) = 0

n∑

ǫ2i =n∑

(x− xi)2 = mínimo

x =

∑nxi

n

σ2 =

∑nǫ2i

n− 1

σ =

√

∑n ǫ2in− 1

Medida de la magnitud x = x± σ


Bibliografía







Universales Medidas



errores



Propagación de errores

dz =

(

∂z

∂x

)

dx+

(

∂z

∂y

)

dy

∆z =

(

∂z

∂x

)

∆x+

(

∂z

∂y

)

∆y

|∆z| =

∣

∣

∣

∣

∂z

∂x

∣

∣

∣

∣

|∆x|+

∣

∣

∣

∣

∂z

∂y

∣

∣

∣

∣

|∆y|

z = a · x |∆z| = a · |∆x| (a: parámetro)z = x+ y |∆z| = |∆x|+ |∆y|

z = lnx |∆z| = |∆x/x|

z = x · y |∆z/z| = |∆x/x| + |∆y/y| (ln z = lnx+ ln y)

z = x/y |∆z/z| = |∆x/x| + |∆y/y| (ln z = lnx− ln y)

· · · · · ·


Bibliografía


Radiaciónelectromagnética. Luz y materia La luz como onda Campo

electromagnético Velocidad de

propagación Energía

electromagnética


Radiación electromagnética.


Bibliografía





electromagnética


Luz y materia

La luz: fenómeno energético con aspectos tanto de índoleondulatoria como corpuscular.

Como fenómeno ondulatorio: reflexión, refracción,interferencia, difracción, polarización, etc.

Como fenómeno corpuscular: procesos fotofísicos yfotoquímicos,i.e., fotoconductividad, emisión y absorción deluz por átomos y moléculas, fotosíntesis, procesos deionización atmosféricos, reacciones fotoquímicas, etc.

Técnicas espectroscópicas: análisis de la interacción de laluz con átomos y moléculas .


Bibliografía





electromagnética


La luz como onda

ψ(z) = A cos 2πz

λ

ψ(z, t) = A cos 2πz − v · t

λ= A cos 2π

(

z

λ−t

T

)


Bibliografía





electromagnética


La luz como onda

Características ondulatorias:

Longitud de onda: λ. Período: T . Frecuencia: ν = 1

T, se mide en Hz (s−1)

Número de ondas: ν = 1

λ, se suele expresar en cm−1

v =λ

T= λ · ν =

ν

ν


Bibliografía





electromagnética


Campo electromagnético

La perturbación, ψ(z, t), está físicamente constituída por: Campo eléctrico, E Campo magnético, Bcuya oscilación tiene lugar en sentido transversal a la direcciónde propagación, z, y de modo perpendicular entre sí.Esta perturbación recibe el nombre de: campoelectromagnético o radiación electromagnética


Bibliografía





electromagnética


Campo electromagnético

Campo eléctrico, Ex:

Ex(z, t) = Eox cos 2π

(

z

λ−t

T

)

= Eox cos (2πνz − 2πνt)

= Eox cos (kz − ωt)

Campo magnético, By:

By(z, t) = Boy cos 2π

(

z

λ−t

T

)

= Boy cos (2πνz − 2πνt)

= Boy cos (kz − ωt)


Bibliografía





electromagnética


Velocidad de propagación

En el vacío, la velocidad de la radiación electromagnética esuna constante fundamental, simbolizada como:

c = 2,99792458 · 108 ms−1

En cualquier medio material, la velocidad de la luz, v, essiempre menor que en el vacío y depende, entre otrosfactores, del medio, de la frecuencia de la radiación, de latemperatura, etc.

El índice de refracción:

n = c/v ≥ 1

especifica estas características.


Bibliografía





electromagnética


Energía electromagnética

El flujo de energía, E, que acompaña a la radiaciónelectromagnética es proporcional al cuadrado de la amplituddel campo eléctrico:

E ∼ | Eox |2

Un haz de luz está constituído por un flujo de Ncorpúsculos, denominados fotones, transportando cada unode los cuales una cantidad básica de energía, ε, tal que elflujo de energía que acompaña a la radiación puede tambiénexpresarse de la forma siguiente:

E ∼ Nfotones · εfotón donde: εfotón = h · ν

Esta es la denominada hipótesis de Planck, siendoh = 6,6260755 · 10−34 J · s, la constante fundamentaldenominada constante de Planck.


Bibliografía





electromagnética


Energía electromagnética

La frecuencia es la característica invariable de la radiaciónelectromagnética.

Cuando un haz de luz pasa de un medio a otro, la frecuencia(energía) no cambia, modificándose tanto la velocidad depropagación como la longitud de onda.

En el vacíoc = λ0 · ν

En cualquier medio material

v = λ · ν < c

Al pasar de un medio a otro de mayor índice de refracción, lalongitud de onda y la velocidad de propagación de unaradiación electromagnética se reducen.

n =c

v=λ0λ

≥ 1


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