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.