Principios de análisis instrumental

2 Capítulo 1 Introducción <« de componentes de mezclas complejas antes de su determinación cualitativa o cuantitativa, como la destilación, la extracción y la precipitación. A estos métodos más novedosos para la separación y deter– minación de especies químicas se les conoce como métodos ins– trumentales de análisis. Muchos de los fenómenos en los que se fundamentan los métodos instrumentales se conocen desde hace un siglo o más. Sin embargo, su aplicación por parte de la mayoría de los científicos se retrasó por la fa lta de instrumentos confiables y sencillos. De hecho, el desarrollo de los métodos instrumentales de análisis modernos ha sido paralelo al desarrollo de las industrias de la electrónica y la computación. lB TIPOS DE MÉTODOS INSTRUMENTALES Considere primero algunas características químicas y físicas que son útiles en el análisis cualitativo o cuantitativo. En la tabla l.l se alistan muchas de las propiedades características que se usan en la actualidad en el análisis instrumental. La mayor parte de ellas requiere una fuente de energía para estimular una respuesta en el analito que pueda ser medida. Por ejemplo, en la emisión atómica se requiere un incremento en la temperatura del ana– lito para producir primero átomos del analito en estado gaseoso y después para excitarlos y llevarlos a estados de energía supe– riores. Entonces, los átomos en estado excitado emiten radia– ción electromagnética característica, la cual es medida por un instrumento. Las fuentes de energía pueden tomar la forma de un cambio térmico rápido como en el ejemplo anterior, la radia– ción electromagnética de una región seleccionada del espectro, la aplicación de una cantidad de energía eléctrica como voltaje, corriente o carga; o incluso formas intrínsecas más sutiles del analito mismo. Observe que las primeras seis propiedades que aparecen en la tabla l.l involucran interacciones del analito con la radiación electromagnética. En la primera propiedad, el analito produce la energía radiante; las cinco propiedades siguientes se relacionan con cambios en la radiación electromagnética provocados por su interacción con la muestra. Luego siguen cuatro propiedades eléctricas. Finalmente, se agrupan cinco propiedades diversas: masa, razón masa-carga, velocidad de reacción, características térmicas y radiactividad. La segunda columna de la tabla l.l lista los métodos instru– mentales que se basan en las propiedades físicas y químicas. Note que no siempre es fácil elegir el método óp.timo de entre las técni– cas instrumentales disponibles y sus equivalentes clásicos. Algu– nas técnicas instrumentales son más sensibles que las técnicas clásicas, pero otras no. Para ciertas combinaciones de elementos o de compuestos, un método instrumental puede ser más selectivo; pero con otras, un método gravimétrico o volumétrico podría presentar menos interferencia. Las generalizaciones con base en la exactitud, la conveniencia o el tiempo necesario para realizar un análisis son igualmente difíciles de plantear. Asimismo, tampoco es necesariamente cierto que los procedimientos instrumentales emplean aparatos más complicados o más costosos. Como ya se mencionó, además de la gran cantidad de méto– dos listados en la segunda columna de la tabla l.l, hay un grupo de procedimientos instrumentales que se utilizan para separar TABLA 1.1 Propiedades químicas y físicas usadas en los métodos instrumentales Propiedades características Métodos instrumentales Emisión de radiación Absorción de radiación Dispersión de radiación Refracción de radiación Difracción de radiación Rotación de radiación Potencial eléctrico Carga eléctrica Corriente eléctrica Resistencia eléctrica Masa Razón masa-carga Velocidad de reacción Características térmicas Radiactividad Espectroscopia de emisión (rayos X, UV, luz visible, de electrones, Auger); fluorescencia, fosforescencia y luminiscencia (rayos X, UV y luz visible) Espectrofotometría y fotometría (rayos X, UV, luz visible, IR); espectroscopia fotoacústica; resonancia magnética nuclear y espectroscopia de resonancia de espín electrónico Turbidimetría; nefelometría; espectroscopia Raman Refractrometría; interferometría Métodos de rayos Xy difracción electrónica Polarimetría; dispersión óptica rotatoria; dicroísmo circular Potenciometría; cronopotenciometría Coulombimetría Amperometría; polarografía Conductometría Gravimetría (microbalanza de cristal de cuarzo) Espectrometría de masas Métodos cinéticos Gravimetría térmica y titulometría; calorimetría de barrido diferencial; análisis térmicos diferenciales; métodos conductimétricos térmicos Métodos de activación y de dilución de isótopos