Principios de análisis instrumental

834 Capítulo 33 Métodos automatizados de análisis «< En general, los analizadores de flujo continuo modernos son más sencillos desde el punto de vista mecánico y más baratos que los discretos. De hecho, en muchos sistemas de flujo continuo las únicas partes móviles son las bombas y las válvulas interruptoras que son componentes baratos y confiables. Por el contrario, en los sistemas discretos hay a menudo una serie de elementos móviles, como jeringas, válvulas y dispositivos mecánicos para transpor– tar las muestras o los paquetes de reactivos de una parte a otra del sistema. En los sistemas discretos más complejos, las opera– ciones unitarias se ejecutan con la ayuda de multifacéticos robots computarizados, que son capaces de trabajar de forma muy simi– lar a la de un operador humano. Algunas operaciones unitarias no son posibles en los siste– mas de flujo continuo porque éstos sólo pueden manipular mues– tras líquidas. Entonces, cuando hay que analizar sólidos o cuando hay que triturar, pesar, calcinar, fundir o filtrar para un análisis, la automatización sólo es posible con sistemas discretos o mediante la combinación de robótica con una unidad de flujo continuo. En este capítulo se estudia primero el análisis por inyección en flujo (AIF), un tipo importante de método de flujo continuo. Luego se tratan los sistemas de microfluidos, los cuales son tipos miniaturizados de unidades de flujo continuo. Después se descri– ben varios tipos de sistemas automáticos discretos, varios de los cuales están basados en robots de laboratorio. 33B ANÁLISIS POR INYECCIÓN EN FLUJO Los métodos de inyección en flujo fueron descritos por primera vez a mediados de los años setenta por Ruzicka y Hansen en Dina– marca y Stewart y colaboradores en Estados Unidos. 2 Son una consecuencia de los métodos de flujo segmentado, muy utilizados en los laboratorios clínicos entre los años sesenta y setenta para la determinación rutinaria y automática de distintas especies en muestras de sangre y orina para diagnóstico médico. En los siste– mas de flujo segmentado las muestras eran transportadas a través del sistema hasta el detector por medio de una disolución acuosa que contenía una serie de burbujas de aire muy próximas entre sí. La misión de éstas era reducir al mínimo la dispersión excesiva de la muestra, impulsar la mezcla turbulenta entre muestras y reacti– vos y evitar la contaminación entre muestras sucesivas. Era necesa– rio sacar las burbujas de aire antes de la detección con ayuda de un eliminador de burbujas, o bien, anular sus efectos en forma electró– nica. Los descubridores del análisis por inyección en flujo obser– varon que los sistemas de flujo continuo se podían simplificar en gran medida liberando las burbujas y empleando sincronización reproducible mediante la inyección de la muestra en un flujo en movimiento. 3 Dichos sistemas se pueden diseñar con contamina– ción mínima de las muestras sucesivas. 2 K. K. Stewart, G. R. Beecher y P. E. Hare, Anal. Biochem., 1976, 70, p. 167, 001: 10.1016/50003-2697(76)80058-9; ). Ruzicka y E. H. Hansen, Anal. Chim. Acta, 1975,78, p. 145, 001: 10.1016/s0003-2670(01)84761 -9. ' Monografías sobre el análisis de inyección en M. Trojanowicz, Flow lnjection Analysis, River Edge, N): World Scientific Publishing Co., 2000; B. Karlberg y G. E. Pacey, Flow Injection Analysis: A Practica/ Cuide, New York: Elsevier, 1989; ). Ruz– icka y E. H. Hansen, Flow Irzjection Analysis, 2a. ed., New York: Wiley, 1988; M. Val– caree! y M. D. Luque de Castro, Flow lnjection Analysis: Principies and Applicatiorzs, Chichester, UK: Ellis Horwood, 1987. La ausencia de burbujas de aire confiere ventajas impor– tantes a la medición de inyección en flujo, como 1) análisis más rápidos (por lo regular entre 100 y 300 muestras/hora); 2) mejo– res tiempos de respuesta (a menudo menores de 1 minuto desde la inyección de la muestra hasta la respuesta del detector); 3) menor tiempo entre el encendido y el apagado (menos de 5 min para cada uno) , y 4) equipo mucho más sencillo y versátil, excepto por el sistema de inyección. Estas dos últimas ventajas tienen una especial importancia, porque hacen posible y económico efectuar mediciones automáticas a una cantidad pequeña de un tipo poco común. Por tanto, los métodos de flujo continuo ya no deben estar restringidos a situaciones en las que hay un gran número de muestras y el método analítico es por completo rutinario. Ade– más, la sincronización precisa en la inyección en flujo causa una dispersión controlada, que puede ser ventajosa en la producción de mezclas reproducibles, de gradientes en la concentración de la muestra o el reactivo y en la reducción al mínimo del consumo de reactivos. A causa de estas mejorías, muchos sistemas de flujo seg– mentado han sido reemplazados por métodos por inyección en flujo, pero también por sistemas discretos que utilizan robots. En la actualidad varias compañías fabrican instrumentos completos para el análisis por inyección en flujo. 338.1 Instrumentos La figura 33.2a es un diagrama de flujo de la configuración más simple del sistema por inyección en flujo. En este caso, mediante una bomba peristáltica se impulsa un reactivo colorimétrico para la determinación del ion cloruro hasta una válvula, la cual per– mite inyectar las muestras en la corriente de fluido. Después, la muestra y el reactivo pasan por un reactor de 50 cm en forma de serpentín en que el reactivo se difunde hacia el interior del bolo o bache de muestra, lo que origina un compuesto coloreado debido a las reacciones siguientes Hg(SCN)z(ac) + 2Cl - ~HgClz(ac) + 2SCN – Fe3+ + SCN - ~ Fe(SCN)2 + La disolución que sale del reactor en serpentín pasa a través de un fotómetro para flujo provisto de un filtro de interferencia (D) de 480 nm. A la izquierda de la figura 33.2b se muestra la señal de salida de este sistema para una serie de patrones que contienen de 5 a 75 ppm de cloruro. Observe que se ejecutaron cuatro inyecciones de cada uno de los patrones para demostrar la capacidad de repro– ducción del sistema. Las dos curvas de la derecha de la figura representan los barridos a gran velocidad de una de las mues– tras que contiene 30 ppm de cloruro (R 30 ) y de otra que contiene 75 ppm (R 75 ) de cloruro. Estas curvas demuestran que la conta– minación entre muestras es mínima en un flujo no segmentado. Por consiguiente, en la celda de flujo queda menos de 1% del pri– mer analito transcurridos 28 s, que es el momento de la inyección siguiente (5 2 ). Este sistema se ha utilizado satisfactoriamente en la determinación rutinaria de ion cloruro en aguas salobres y resi– duales, así como en muestras de suero. Sistema de transporte para muestras y reactivos Por lo general, en un análisis por inyección en flujo, la disolución circula por un tubo flexible en el sistema impulsada por medio de