Principios de análisis instrumental

Fase de reconocimiento molecular Enzimas Anticuerpos ))) 1D Calibración de métodos instrumentales 9 Transductor Receptores Polímeros Organelos Microorganismos Sustancia química, masa, luz, calor, sonido, presión, Electrodo Semiconductor Dispositivo MCQ Fototransductor Transductor sónico Tennistor Salida eléctrica señal eléctrica Células f-------------, Tejidos FIGURA 1.7 Sensor químico. El sensor consta de un elemento de reconocimiento molecular y un trans– ductor. Es posible una gran diversidad de elementos de reconocimiento. Se ilustran algunos elementos de reconocimiento selectivo que son útiles, en particular con los biosensores. La fase de reconoci– miento convierte la información de interés en características detectables, como otro compuesto químico, masa, luz o calor. El transductor convierte la característica en una seña l eléctrica que se puede medir. Además, cuando se aplica un voltaje en las caras de un cristal de cuarzo, éste se deforma. Un cristal conectado a cierto circuito eléctrico oscila a una frecuencia que es característica de la masa y de la forma del cristal y que es sorprendentemente constante siempre que la masa del cristal también lo sea. Esta propiedad de algunos materiales cristalinos se llama efecto piezoeléctrico y cons– tituye la base de la MCQ. Además, la frecuencia constante carac– terística del cristal de cuarzo es la base de los relojes modernos de alta precisión, las bases de tiempo, los contadores, temporizadores y medidores de frecuencia, que a su vez forman parte de muchos sistemas instrumentales analíticos muy exactos y precisos. Si un cristal de cuarzo se reviste con un polímero que adsorbe en forma selectiva ciertas moléculas, la masa del cristal se incre– menta si las moléculas están presentes, como consecuencia dis– minuye la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo. Cuando las moléculas se retiran de la superficie, el cristal recupera su fre– cuencia original. Esta relación entre el cambio de frecuencia del cristal f y el cambio de masa del cristal /:::,.M está dada por c¡zt::,.M i:::,.j= -– A donde M es la masa del cristal, A es el área superficial,! es la fre– cuencia de oscilación y C es una constante de proporcionalidad. Esta relación indica que es posible medir cambios pequeñísimos en la masa del cristal si se puede medir con precisión la frecuencia del cristal. Como se observa, es posible medir cambios de frecuencia de una parte en 10 7 con facilidad mediante instrumentos baratos. El límite de detección para un sensor piezoeléctrico de este tipo está calculado en alrededor de 1 pg, es decir, 10- 12 g. Estos sensores se usan para detectar diversos analitos en fase gaseosa, como for– maldehído, cloruro de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno y benceno. También se han propuesto como sensores para agentes químicos utilizados en la guerra, como el gas mostaza y el fosgeno. El sensor piezoeléctrico de masa es un ejemplo excelente de un transductor que convierte una propiedad del analito, la masa en este caso, en un cambio en una cantidad eléctrica, la frecuen– cia de resonancia del cristal de cuarzo. Este ejemplo también ilus- tra la diferencia entre un transductor y un sensor. En la MCQ, el transductor es el cristal de cuarzo y la segunda fase selectiva es la cubierta de polímero. La combinación del transductor y la fase selectiva constituye el sensor. 1C.5 Instrumentos de Lectura Un instrumento de lectura es un transductor que transforma la información de un dominio eléctrico en una forma que puede entender el ser humano. Por lo regular, la señal transducida toma la forma de: un resultado alfanumérico o la salida gráfica de un tubo de rayos catódicos, una serie de números de una pantalla digital, la posición de una manecilla en un medidor de escalas y, a veces, el oscurecimiento de una placa fotográfica o un trazo en una tira de papel registrador. En algunos ejemplos, el instrumento de lectura se puede acomodar para dar en forma directa la con– centración del analito. 1C.6 Computadoras en instrumentos La mayoría de los instrumentos analíticos modernos contienen o están conectados a uno o más dispositivos electrónicos comple– jos y a convertidores del dominio de los datos, como: amplifica– dores operacionales, circuitos integrados, convertidores de datos analógicos en digitales y de digitales en analógicos; contadores, microprocesadores y computadoras. Para apreciar el alcance y las limitaciones de dichos instrumentos, los investigadores necesitan tener por lo menos un conocimiento cualitativo de cómo funcio– nan y de qué es lo que pueden hacer. En los capítulos 3 y 4 se pro– porciona una breve introducción a este importante tema. lD CALIBRACIÓN DE MÉTODOS INSTRUMENTALES Una parte muy importante de todos los procedimientos analíticos es la calibración yestandarización del proceso. La calibración determina la relación entre la respuesta analítica y la concentración del analito. Por lo regular, se determina mediante el uso de normas químicas.