Universidad Tecnológica de Tijuana

Carrera:

TSU. En química en área ambiental

Maestro:

Juan Antonio Alfonso Álvarez

Materia:

Química Analítica

Alumno:

Heredia Ramírez José Roberto

Investigación No. 1

Separación de muestras

Grupo:

2-A

Fecha de entrega:

25 de enero de 2011

ContenidoObjetivo........................................................................................................................................3

Introducción.................................................................................................................................3

Metodología del proceso analítico.........................................................................................3

Características de calidad de los métodos analíticos...........................................................3

Implementación de un plan de muestreo....................................................................................5

Separación del analito..................................................................................................................6

Métodos de pretratamiento y conservación de las muestras......................................................9

Suelo.....................................................................................................................................9

Agua...................................................................................................................................10

Extracción liquido-liquido...........................................................................................................12

Extracción liquido-solido............................................................................................................13

Métodos tradicionales de extracción sólido-líquido...............................................................13

El extractor Soxhlet............................................................................................................14

Extracción por agitación con ultrasonidos (sonicación).....................................................15

Extracción asistida por microondas........................................................................................15

Instrumentación..................................................................................................................16

Ventajas del uso de las microondas....................................................................................16

Inconvenientes del uso de las microondas..........................................................................16

Conclusión..................................................................................................................................16

Bibliografía.................................................................................................................................17

ObjetivoEl alumno conocerá los diferentes métodos para la separación de muestras y obtención del analito por métodos físico y químicos

Introducción

Metodología del proceso analítico

La Química Analítica alcanza sus objetivos mediante una metodología que se fundamenta en la aplicación del método científico. Desde un punto de vista formal, esta metodología es común a todas las ciencias experimentales y sigue el proceso mostrado en la figura:

Particular de la Química Analítica es la metodología del Análisis Químico, que puede resumirse en un proceso analítico general consistente en un conjunto de procedimientos realizados para solucionar un determinado problema analítico. En la figura se esquematiza este proceso:

La definición del problema es la primera etapa, en ella se plantea el tipo de análisis que se necesita y la escala de trabajo. Tras ello, debe realizarse la elección del método analítico, aspecto clave para una resolución adecuada del problema. Una vez elegido el método, se procede a su ejecución. Posteriormente, se pasa a valorar los resultados obtenidos para establecer si el problema ha sido resuelto de forma satisfactoria. Si no es así, se debería reiniciar el proceso analítico y replantear el problema. El desarrollo práctico del método analítico consta de tres etapas:

• Las operaciones previas o preliminares, pueden descomponerse en dos subetapas. En la primera, se realiza una toma de muestra representativa del material a analizar. En la segunda, se lleva a cabo una transformación de la muestra o parte de la misma, de forma que la especie o especies químicas de interés pasen a una forma medible inequívocamente. Esta transformación, de ser necesaria, podría requerir etapas de separación de sustancias interferentes y etapas de reacción qu&icute;mica que hagan más sensible y específica la medición de la señal debida al analito.

• En la etapa de adquisición de datos tiene cada vez más importancia la instrumentación analítica. El proceso de medida instrumental básico puede separarse en tres etapas: la generación de un flujo de energía, la interacción de este flujo con la muestra y la medición y procesado de la señal procedente de la muestra.

• Por último, la etapa de tratamiento de datos consiste en el procesado matemático de los datos para obtener unos resultados que den el valor mós probable de la información buscada, así como la incertidumbre que la acompaña.

Características de calidad de los métodos analíticos

• Exactitud: Grado de concordancia entre el resultado y un valor de referencia certificado. En ausencia de exactitud se tiene error sistemático.

• Precisión: Grado de concordancia entre los datos obtenidos de una serie. Refleja el efecto de los errores aleatorios producidos durante el proceso analítico.

• Sensibilidad: Capacidad para discriminar entre pequeñas diferencias de concentración del analito. Se evalúa mediante la sensibilidad de calibración, que es la pendiente de la curva de calibración a la concentración de interés.

• Límite de detección: Concentración correspondiente a una señal de magnitud igual al blanco más tres veces la desviación estándar del blanco.

• Intervalo dinámico: Intervalo de concentraciones entre el límite de cuantificación (LOQ) y el límite de linealidad (LOL).

• Selectividad: Cuantifica el grado de ausencia de interferencias debidas a otras especies contenidas en la matriz.

• Seguridad: Amplitud de condiciones experimentales en las que puede realizarse un análisis.

Además, habrá que considerar otro tipo de parámetros asociados y de gran importancia práctica como son la rapidez, costo, seguridad del proceso, peligrosidad de los residuos, etc.

Un mecanismo muy indicado para conocer la calidad del método analítico es participar en programas de intercomparación con otros laboratorios. En ellos, un organismo independiente evalúa los resultados, tanto en exactitud como en precisión, sobre muestras enviadas a los laboratorios participantes. Los resultados de la intercomparación permiten corregir los errores de funcionamiento del método analítico y, una vez comprobada la calidad del mismo, obtener la homologación del laboratorio para realizar los análisis. La homologación requiere la puesta en marcha de un programa de garantía de calidad, que permita controlar el funcionamiento global del laboratorio.

Implementación de un plan de muestreoEl plan del muestreo ambiental debe contestar las siguientes preguntas: ¿Cuál matriz se va a analizar? ¿En cuál sitio se va a efectuar el muestreo?, ¿Tipo de muestra que se va a colectar?, ¿Cuándo se realizará la colecta?, ¿Frecuencia del muestreo?, ¿Cómo se tomarán las muestras?, ¿Cuidados de Transporte?, ¿Cuál programa de control de calidad se aplicará?.

Las matrices pueden ser agua, suelo, sedimento, polvo, alimentos, aire, partículas suspendidas, hojas, etc. Serán seleccionadas aquellas matrices que más interesen de acuerdo al contaminante en cuestión. Por ejemplo, en una zona palúdica, el contaminante de interés sería el DDT y considerando sus características fisicoquímicas, el suelo, el sedimento y las hojas del follaje (que fijarían el DDT volatilizado), podrían ser las matrices de mayor interés. Para aquellos lugares donde ya se aplica deltametrina, quizá el polvo doméstico y el suelo serían las matrices más importantes. Conclusión, las características del contaminante definirán las matrices. Adicionalmente, es fundamental el considerar las rutas de exposición. Por ejemplo, podría darse el caso de que una matriz seleccionada por las características fisicoquímicas del contaminante, no fuese parte de una ruta de exposición, por lo cual, dicha matriz podría ser descartada para el muestreo. Debe advertirse que en esta metodología integrada, los organismos de la biota (como serían los peces), se consideran organismos receptores y no, solamente parte de la cadena alimenticia del hombre.

Los sitios de muestreo de mayor importancia son los puntos de exposición de las rutas previamente identificadas. Además, hay que muestrear áreas no contaminadas a fin de obtener los valores basales. Algún estudio podría tener como objetivo el conocer la extensión de la mancha contaminante, en tal caso, el diseño del muestreo debe considerar un modelaje estadístico, donde el número de muestras y el punto de muestreo estarán dictados por la precisión definida por el propio investigador.

El tipo de muestra, por ejemplo suelo superficial vs suelo profundo, será determinado de acuerdo a los objetivos del trabajo. Para un organismo de la biota en especial, quizá las muestras de suelo profundo sean tan o más importantes que las muestras de suelo superficial. Para los niños en cambio, son de mayor importancia las muestras superficiales. En consecuencia, para definir el tipo de muestra debe analizarse con cuidado y sigiuiendo al modelo conceptual del sitio que se haya planteado.

El momento del muestreo será determinado inicialmente por el tipo de matriz; por ejemplo, un acuífero requiere ser monitoreado cuando menos de tres a cuatro veces por año. En otras ocasiones, la frecuencia y el momento preciso del muestreo estarían dictados por otro tipo de actividades. Así, en las zonas palúdicas, el muestreo podría estar definido por la época de aplicación de los insecticidas y la frecuencia debería basarse en los parámetros de degradación del insecticida aplicado. En cualquier caso, el diseño considerará la época de máxima exposición; es decir, el momento en el tiempo donde sea mas probable el contacto del contaminante con los seres vivos.

El muestreo deberá realizarse en condiciones adecuadas. El investigador debe conocer el material requerido para la toma y el almacén de las muestras, según la matriz a

muestrear y de acuerdo al contaminante. En consecuencia, se tendrán que consultar los textos en materia de química analítica ambiental. Atención especial merece la limpieza de los contenedores empleados en los muestreos, a fin de evitar falsos positivos. El transporte de las muestras del sitio al laboratorio debe realizarse de acuerdo a los estándares de seguridad más indicados. Deben evitarse pérdidas por volatilidad o degradación. En algunos casos se aconseja el empleo de fijadores, de antimicrobianos y la baja temperatura. Cada tipo de contaminante requiere un trato particular. El control de calidad inicia al momento del muestreo. El investigador deberá analizar la pertinencia de obtener, al momento de la colecta, blancos de campo y/ó muestras fortificadas. Por otro lado, es una costumbre recomendable que todo el proceso del plan de muestreo sea valorado de manera previa por un comité evaluador externo, constituído por entendidos en la materia.

Separación del analito

Las operaciones utilizadas en análisis químico cuantitativo para separar los diferentes componentes de una mezcla se basan en equilibrios heterogéneos (precipitación, extracción e intercambio iónico). Entre estos, uno de los más comunes es el de solubilidad

En este caso, uno o varios componentes de la mezcla pueden ser precipitados y el sólido resultante se separa de los otros por una simple filtración. Frecuentemente es necesario cuantificar alguno de los componentes de la mezcla y éste puede encontrarse tanto en la fase sólida como en el líquido filtrado; en ambos casos es indispensable que la separación del analito de interés se realice en forma cuantitativa. Varias situaciones pudieran presentarse:

1. 1. La especie química que se desea cuantificar se encuentra en la fase sólida. Dos casos son posibles:

a) Determinar el sólido previamente secado y/o calcinado mediante la determinación de su masa (gravimetría).

b) Redisolver el sólido en forma cuantitativa y determinar su contenido en el líquido por medio de alguna técnica adecuada: volumetría, curva de calibración, potenciometría, etc.

2 El analito a cuantificar se encuentra en el líquido filtrado.

En este caso la precipitación previa de los posibles interferentes debe ser cuantitativa y no debe haber pérdidas del líquido filtrado el cual podrá ser ajustado posteriormente a un volumen constante si el método elegido para la cuantificación del analito así lo requiriera. Esta técnica es menos utilizada por la dificultad de separar mediante precipitación todas las posibles sustancias interferentes del analito.

En el siguiente diagrama de flujo se describen las operaciones requeridas para las diferentes situaciones.

OPERACIONES INVOLUCRADAS EN LA PRECIPITACIÓN CUANTITATIVA Diversos requisitos en la forma precipitación y en la composición del precipitado tienen influencia en el éxito del análisis. Idealmente, la forma de precipitación debería cumplir con las exigencias siguientes:

• El reactivo precipitante debe ser elegido de manera tal que el precipitado sea lo suficientemente insoluble para que la cantidad que quede en disolución sea despreciable en relación al total.

• Los otros constituyentes presentes en la disolución no deben ser precipitados por el reactivo precipitante ni impedir la precipitación del constituyente buscado.

• El precipitado no debe quedar contaminado con las sustancias solubles que hay en disolución.

• El precipitado debe ser fácilmente filtrable y lavable.

Características del precipitado • El precipitado debe ser muy insoluble y tener una composición definida y conocida.

• Debe poderse lograr precipitarlo a temperaturas relativamente bajas y ser estable a temperaturas más elevadas.

• El residuo seco o calcinado no debe absorber los componentes del aire ni reaccionar con ellos.

Los pasos individuales necesarios para efectuar una precipitación cuantitativa se resumen a continuación: 1.- Obtención y disolución de la muestra.

2.- Precipitación del analito. 3. Digestión. 4.- Filtración. 5.- Lavado. 6.- Secado o calcinación y pesada. 7- Cálculos. 1.- Disolución de la muestra. Una vez realizado el muestreo adecuado, las muestras para la precipitación cuantitativa se manipulan generalmente en vasos de precipitado cubierto con vidrios de reloj; en esta forma cuando la disolución provoca efervescencia intensa, el vidrio de reloj impide la pérdida del material. Las pérdidas de agua por evaporación se compensan por adición de nuevos volúmenes del reactivo precipitante; a menos que se indique lo contrario, no debe evaporarse la mezcla a sequedad. Las pérdidas de agua por evaporación se compensan al adicionar el reactivo precipitante que generalmente se encuentra en disolución. A menos que se indique lo contrario, no debe evaporarse la mezcla a sequedad. 2.- Precipitación del analito. Una vez seleccionado el reactivo específico o selectivo para las especies químicas que se desea precipitar, se añade éste en disolución. La disolución precipitante debe añadirse lentamente y bajo intensa agitación. Las partículas de un precipitado son más grandes y más puras si se forman con lentitud, es decir, si se originan en condiciones de escasa sobresaturación relativa. 3.- DigestiónFrecuentemente, la mayor parte de los precipitados deben dejarse en contacto con sus aguas madres durante algún tiempo antes de la filtración; este proceso se denomina digestión del precipitado. El proceso de digestión es más rápido a temperatura elevada, por lo que muchas digestiones se verifican manteniendo la mezcla a temperatura cercana a la ebullición. Un precipitado bien digerido se sedimenta con rapidez después de una agitación y deja un líquido transparente. Se comprueba que la precipitación fue completa adicionando un poco de reactivo y observando si se produce algo de precipitado; incluso una ligera turbidez indica formación de algo más de fase sólida. 4.- Filtración. Se elige el medio filtrante de acuerdo con el tratamiento que debe aplicarse al precipitado. Si el precipitado va a someterse a una calcinación, se utiliza generalmente papel filtro. Si se va a desecar en estufa, se utilizan crisoles filtrantes de fondo poroso. Independientemente del tipo de filtro que se utilice, debe elegirse una porosidad adecuada al tamaño de la partícula del precipitado y a su aspecto (gelatinoso, cristalino, etc.); los poros deben ser pequeños para que retengan las partículas del precipitado, pero no tan pequeños como para que la filtración y el lavado sean excesivamente lentos. 5.- Lavado. Los precipitados se deben lavar con disoluciones que no los disuelvan (generalmente las disoluciones de lavado contiene un ión común al precipitado). El lavado eficaz de un precipitado se consigue añadiendo al precipitado (aún en el vaso) pequeños volúmenes del líquido de lavado adecuado. La mezcla se agita bien, se deja sedimentar el precipitado y se vierte sobre el filtro el líquido que sobrenada; se repite varias veces esta operación. Con ayuda del gendarme, finalmente se transfiere totalmente el precipitado al filtro; la superficie interior del vaso se somete a la acción de un chorro de agua del frasco lavador (o de otro líquido de lavado específico) para que todas las partículas sólidas pasen al embudo. Con un pequeño volumen de líquido del frasco lavador, se realizan unos últimos lavados adicionales a todo el precipitado contenido en el filtro. Es más eficaz el lavado con pequeñas cantidades de líquido añadidas de forma sucesiva que con la misma cantidad de líquido utilizada de una sola vez. En general el lavado debe prolongarse hasta que unas gotas del último líquido que filtra den negativo el ensayo de algún componente del filtrado principal.

Cuando se utilizan filtros de vidrio sinterizado en lugar de papel filtro se sigue la misma técnica descrita anteriormente; en ambos casos el líquido de lavado deber ser añadido a un ritmo tal que su nivel no llegue nunca a los bordes del filtro (aproximadamente un centímetro). 6.- Secado o calcinado y pesada. Secado. Se coloca el papel filtro (o el filtro de vidrio sinterizado) que contiene al precipitado en un recipiente adecuado (previamente pesado) y se mete a la estufa generalmente a una temperatura de 110 – 135°C. Se verifica una desecación inicial durante un periodo (de una a dos horas) y a continuación se enfría en un desecador y se pesa. Se vuelve a meter a la estufa aproximadamente media hora, se enfría y se repite la pesada, continuando de esta forma hasta obtener peso constante. Calcinado. Cuando el precipitado deba convertirse a una forma más apropiada para poder pesarlo, lo usual es que se requiera calcinarlo en una mufla. Antes de realizar esta operación, se coloca el crisol en forma vertical sobre una tela de asbesto y se calienta suavemente con un mechero a fin de eliminar el agua e iniciar la calcinación del papel filtro. Posteriormente se coloca el crisol (ligeramente inclinado) sobre un triángulo de porcelana y se continua el calentamiento directo sobre él hasta la casi total carbonización del papel. Cuando esto se logre, se coloca el crisol que contiene el papel filtro con el precipitado en un crisol que funciona como “camisa” y que evita que el crisol con el precipitado se contamine con el piso de la

mufla1. A continuación se introduce a la mufla el crisol con su “camisa” a la temperatura requerida (la cual depende del precipitado), durante media hora Se enfría y se pesa, se vuelve a meter a la mufla durante quince minutos y se repiten las operaciones de sacar, enfriar y pesar hasta obtener un peso constante. 7.- Cálculos. Normalmente, los cálculos se realizan a fin de dar un resultado con base en el porcentaje. Generalmente la sustancia que se analiza se pesa en forma distinta a la forma que se requiere para los resultados. Por tanto, es necesario calcular el peso de la sustancia deseada basándose en la estequiometria y en el peso del precipitado.

Métodos de pretratamiento y conservación de las muestras

SueloEnvasar las muestras en bolsas de plástico grueso o en bolsas de papel especiales para suelos (impermeables por dentro). Consignar todos los datos relevantes a la muestra:

Establecimiento. Número de lote. Cantidad de hectáreas a las que representa. Cantidad de submuestras tomadas para formar la muestra. Profundidad a la cual fue tomada. Observaciones y demás datos relevantes.

Muchas veces es conveniente utilizar doble bolsa plástica para evitar posibles roturas durante el manipuleo de la muestra. Conservar la muestra en lugar fresco y enviar lo antes posible al Laboratorio. Cuanto menos tiempo transcurra, más fidedignos serán los resultados. Si llegara a haber demoras, no mantener las muestras muy húmedas. Secarlas sobre una lona o plástico formando una capa no mayor a 2 ó 3 cm de altura, teniendo la precaución de deshacer los terrones.

Cuando se soliciten análisis como Nitratos, es necesario que no transcurra un plazo mayor a las 24 - 48 hs. desde la extracción a la llegada al Laboratorio. En todo momento la muestra debe estar refrigerada, para lo cual se puede utilizar una heladera común o una conservadora de telgopor con refrigerantes (tipo vacuna) o hielo. Precauciones y normas generales a tener en cuenta:

No muestrear inmediatamente después de una lluvia (la humedad ideal del suelo debe ser de 25 % aproximadamente) o si el perfil del suelo está saturado, conviene siempre esperar 2 ó 3 días a que drene bien.

Al extraer de las profundidades de más abajo (5-20 cm / 20-40 cm / 40-60 cm), convendrá quitar o separar la tierra que haya caído de más arriba para no contaminar las submuestras.

Si en cultivos anteriores se han realizado fertilizaciones en banda y aún se diferencian las líneas de cultivo y donde se aplicó el fertilizante, convendrá tomar la muestra a una distancia equidistante entre las líneas de los cultivos o las bandas de fertilización.

Tener especial cuidado de no mezclar las muestras de diferentes profundidades. No enviar al Laboratorio muestras con pesos superiores a los 500 gramos, ya

que esto dificultaría en parte el procesamiento en el mismo. Es muy importante conocer la historia del campo y tener en cuenta las siguientes

pautas: Los suelos cultivados son más variables que los vírgenes. Los suelos con limitantes de salinidad presentan gran variabilidad en superficie

y profundidad. Los suelos fertilizados presentan irregular distribución del fertilizante en

superficie y profundidad. Omitir bandas de fertilización (esto se atenúa si se han arado por lo menos 2 veces)

Para recordar: Uno de los aspectos más importantes para que el resultado de un análisis tenga validez es que éste se realice sobre una muestra que represente adecuadamente al suelo en estudio. Considerar que una muestra de aproximadamente 500 gramos representará a varios millones de kilogramos de Suelo. Por lo tanto, la Toma de Muestras debe ser realizada por un técnico o persona que conozca bien el terreno, ya que es muy importante diferenciar correctamente las diversas situaciones a muestrear.

AguaLa toma de muestra de aguas es una operación delicada, que debe llevarse a cabo con el mayor cuidado, dado que condiciona los resultados analíticos y su interpretación.De una manera general, la muestra debe ser homogénea y representativa y no modificar las características fisicoquímicas o biológicas del agua (gases disueltos, materias en suspensión, etc.).Los tipos de envase a utilizar dependen del tipo de análisis a realizar. Asimismo, dichos envases requieren un tratamiento previo de limpieza, esterilización, etc, en función de los parámetros a determinar.Los equipos o aparatos a utilizar para realizar la operación de toma de muestra serán función de las condiciones físicas del lugar de muestreo y de los parámetros a analizar.Por otra parte, el tipo de muestra a tomar depende del programa de muestreo establecido y de la finalidad requerida. Así, pueden tomarse muestras simples, compuestas, integradas, etc.

Existen diversas normativas para realizar correctamente la operación de toma de muestra, teniendo en cuenta todos los aspectos anteriores.Envases para la toma de muestrasExceptuando el material específico que pueda utilizarse para determinaciones especiales, los recipientes en que se recogen las muestras deberán ser de vidrio borosilicatado o material plástico y tendrán que cumplir los siguientes requisitos:a) No desprender materia orgánica, elementos alcalinos, boro, sílice u otros que puedan contaminar la muestra recogida.b) Que la adsorción ejercida por sus paredes sea mínima sobre cualquiera de los componentes presentes en la muestra de agua.c) Que el material constituyente del recipiente no reaccione con los componentes de la muestra.d) Deberán poderse cerrar y sellar herméticamente.Los envases de plástico no deben utilizarse para el análisis de gases disueltos, debido a su permeabilidad, ni para analizar compuestos orgánicos y algunos elementos minerales (por ejemplo fósforo) dada su capacidad de adsorber dichos compuestos.Los envases de vidrio no deben utilizarse para tomar las muestras en que se deben determinar elementos alcalinos, fluoruros, boro, sílice o bien se vaya a medir la radiactividad.Los envases para la toma de muestra deben tratarse con permanganato potásico y ácido sulfúrico, y después con agua destilada hasta eliminación total de la acidez. En el momento de la toma de muestra, los envases han de ser enjuagados varias veces con el agua a analizar y después llenados completamente sin dejar cámara de aire.Los envases de plástico pueden dar problemas de contaminación, si la limpieza no ha sido perfecta, después de cierto tiempo de utilización.En la tabla I se indican los tipos de envases recomendados para el análisis de los distintos parámetros.Conservación de muestrasUna vez tomada la muestra, ésta sufre una serie de procesos que alteran sus características fisicoquímicas y biológicas. Así, por ejemplo, puede ocurrir: fijación de ciertos elementos sobre las paredes de los recipientes y sobre las partículas suspendidas, pérdida de gases disueltos, precipitaciones secundarias de cambio de valencia, acción de gérmenes presentes, etc. Por ello es necesario, tomar ciertas precauciones con miras a su conservación y estabilización de los constituyentes, durante el tiempo que transcurra entre la toma de muestra y el análisis. No obstante, ciertos parámetros del agua requieren determinaciones "in situ" (por ejemplo, pH, temperatura, oxígeno disuelto, conductividad, etc.) o bien de forma inmediata en el laboratorio.De manera general, es necesario conservar las muestras a baja temperatura (4°C) tanto durante el transporte como en el laboratorio durante el tiempo que transcurra hasta la realización del análisis.La adición de ciertos compuestos químicos facilita la conservación de las muestras durante un cierto tiempo. No obstante, ciertos parámetros deben ser determinados dentro de las 24 horas siguientes (por ejemplo, color, turbidez, residuos, cianuros, fenoles, detergentes, compuestos nitrogenados, etc.) aun añadiéndole dichos agentes preservantes.

Extracción liquido-liquidoLa extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más

importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o

varias sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida. En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada y extracto a la disolución con el soluto recuperado. En la Figura 1 se muestra un esquema de las corrientes implicadas en la operación.

Diagramas de equilibrio ternario. En el diseño de una operación de extracción líquido-líquido suele considerarse que el refinado y el extracto se encuentran equilibrio. Los datos de equilibrio que deberán manejarse serán como mínimo los correspondientes a un sistema ternario (dos disolventes y un soluto), con dos de los componentes inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Una de las formas más habituales de recoger los datos de equilibrio en sistemas ternarios son los diagramas triangulares. En la Figura 2 se muestra un diagrama triangular equilátero. Los vértices del triángulo representan compuestos puros, un punto sobre un lado correspondería a una mezcla binaria y un punto en el interior del triángulo representaría una mezcla ternaria. La composición de una mezcla puede determinarse por lectura directa en el diagrama, tal como muestra la Figura 2. La concentración de los componentes en el diagrama se muestra como fracción molar o fracción másica.

En los sistemas de interés para la extracción líquido-líquido los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formación de dos fases. Además, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro. Para representar este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le corresponden una o dos fases, los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominada curva binodal o de solubilidad. Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva binodal estará constituida por una sola fase. Por el contrario, a una mezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dos fases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto. La recta de reparto pasa por el punto mezcla y sus extremos sobre la curva binodal indican la concentración de las dos fases en equilibrio

Extracción liquido-solido

Extracción en fase sólida

La lixiviación (se aplica a muestras cuya fase inicial es la fase sólida pasando los analitos a fase líquida), la extracción y la microextracción.

Estas dos últimas difieren de la lixiviación en que el analito inicialmente se encuentra en fase líquida pero es retenido sobre una superficie sólida extractora para, posteriormente, eluirlo en un disolvente más adecuado y en menor cantidad. De este modo se logra una preconcentración del analito.

Métodos tradicionales de extracción sólido-líquido

Existen fundamentalmente dos grupos: el extractor Shoxlet y la sonicación (agitación mediante ultrasonidos).

El extractor Soxhlet

El extractor de tipo Soxhlet se aplica a analitos que no se pueden separar por volatilización (en fase gas) pero sí son extraíbles empleando un disolvente orgánico adecuado. La gran ventaja del Shoxlet es la eficacia en el proceso de remojo de la fase sólida.

El esquema del instrumento es sencillo:

1. Un matraz de base redonda que contendrá el disolvente orgánico volátil.2. Un contenedor intermedio de vidrio en el cual se coloca la muestra dentro de un

cartucho que está abierto en su parte superior siendo poroso al disolvente y a la posterior disolución del analito (se vende comercialmente).

3. Refrigerante.

El matraz es calentado con una manta calefactora hasta que el disolvente orgánico se evapora, el vapor de disolvente atraviesa el cartucho que contiene la muestra ascendiendo por el contenedor hasta el refrigerante. Cuando el vapor de disolvente llega al refrigerante este condensa y cae en forma líquida de nuevo en dirección al matraz pero, en su camino, este golpea con la muestra disolviéndola (para que esto ocurra la muestra debe estar perfectamente seca y fínamente dividida).

El analito disuelto en disolvente orgánico pasa por un sifón el cual, al llenarse y desbordar, descarga sobre el matraz redondo.

Cuando el proceso de disolución se da por finalizado se añade una última etapa: la evaporación. El disolvente se evapora por calentamiento concentrando la muestra.

Ventajas del extractor Soxhlet

El disolvente y la muestra están en contacto íntimo y repetido. De manera que se mejora muchísimo la extracción porque siempre se emplea un disolvente limpio.

El disolvente proviene de una condensación luego es líquido y está caliente. Favorece la solubilidad del analito.

No se requiere filtración posterior. El disolvente orgánico se evapora quedando sólo analito.

Gran capacidad de recuperación. Instrumentación simple.

Inconvenientes del extractor Soxhlet

Es un proceso extremadamente lento e imposible de acelerar. Se requiere gran cantidad de disolvente. Inaplicable a analitos termolábiles, que se descompongan con el calor o

reaccionen. Necesidad de etapa final de evaporación. El método no depende de la matriz

Extracción por agitación con ultrasonidos (sonicación)

Los ultrasonidos son sonidos cuya frecuencia es inaudible para el oído humano y de magnitud muy alta. Constituye una manera barata, simple y eficaz de producir una disolución en muestras sólidas.

Las ondas sonoras son ondas de presión que se transmiten a través de un medio material, en ausencia de este es imposible su transmisión. Precisamente por ello las ondas sonoras provocan la contracción y posterior expansión del medio en el cual se propagan.

Cuando este medio es un disolvente pueden formarse burbujas o cavidades en el líquido que terminen por explotar en un proceso que se conoce como cavitación. Estas burbujas explotan violentamente produciendo un incremento local de presión y temperatura muy notable que no es perceptible en el sistema como un conjunto debido al pequeño tamaño de las burbujas. Además, estos incrementos de energía locales, provocan la formación de radicales en el disolvente (p. ej. el Hidroxilo o el peróxido de hidrógeno).

Debido al aumento de temperatura el proceso de sonicación favorece la solubilidad donde se produce la explosión de la burbuja, además, el aumento de presión produce una mejor penetración del disolvente al interior del sólido y la formación de un medio reactivo que ataque a la muestra.

En el laboratorio observamos dos familias:

Un baño de agua donde se colocan las sustancias a extraer. Una sonda de ultrasonidos que se introduce en el matraz directamente.

Extracción asistida por microondas

Las microondas son ondas electromagnéticas de alta energía. Su principal actuación consiste en su capacidad de producir cambios en la rotación molecular y en la movilidad iónica del medio sin alterar la muestra.

Las microondas producen dos interacciones básicas:

1. Disipación de energía por conductividad térmica: Al atravesar una onda electromagnética un fluído, los iones presentes en esta se ven afectados por su paso ejerciendo una fuerza que hace migrar los iones en función del campo eléctrico. Esta migración iónica lleva asociada una resistencia del fluído al movimiento de iones. De este modo esa resistencia produce un calentamiento generalizado de la muestra ya que los iones están en todas partes del fluído.

2. Disipación de energía por rotación de dipolos: En moléculas con dipolos eléctricos el campo eléctrico asociado a la radiación electromagnética produce un alineamiento de los mismos con el campo. De este modo cuando pasa la onda los dipolos se encuentran ordenados perfectamente en la dirección del campo pero cuando este cesa las moléculas se reorganizan anárquicamente produciéndose fricción con el disolvente y, por lo tanto, calor.

Ambos fenómenos ocurren en todos los lugares de la disolución por igual, de este modo es mucho más eficaz que el calentamiento con mantas que primero calienta el recipiente y luego es éste el que calienta la muestra.

Instrumentación

Un microondas consta de cuatro partes diferenciadas:

1. Generador de ondas.2. Guía de ondas: Sirve para dirigir las microondas al lugar de empleo.3. Aplicador.4. Circulador: Impiden que las microondas vuelvan al generador y dañen el equipo.

La extracción se lleva a cabo en recipientes que son transparentes a la radiacción como los vasos de extracción.

Ventajas del uso de las microondas

Técnica rápida. Bajo consumo de disolventes. Control de todos los parámetros de extracción. Agitación y extracción de modo simultáneo. Se logran altas temperaturas y presiones. No requieren agentes deshidratantes para tratar la muestra (diferencia con

Shoxlet). Procesado de varias muestras.

Inconvenientes del uso de las microondas

Los extractos necesitan filtrado posterior. Coste elevado del equipo.

ConclusiónExisten diferentes puntos a considerar al momento de realizar un muestreo tales como: el medio a muestrear, el sitio de muestreo, el método a utilizar, el método de conservación, el analito de interés, etc.

Para reducir el porcentaje de error durante el muestreo se debe realizar un plan de muestreo en el que se establezcan todos los puntos ya mencionados.

Es importante mencionar que existen analitos que no se pueden medir dentro de la totalidad de la muestra, por lo tanto es necesario realizar extracciones, las cuales deben realizarse con sumo cuidado para evitar perder el analito o contaminarlo.

Bibliografíahttp://personal.us.es/jmorillo/medicion5/toma_conservacion.pdf

http://www.bcr.com.ar/Laboratorio%20Varios/Instructivo%20toma%20de%20muestras%20de%20suelo.pdf

http://es.wikiversity.org/wiki/Concepto_y_objetivos_de_la_Qu%C3%ADmica_Anal%C3%ADtica:_el_m%C3%A9todo_anal%C3%ADtico

http://depa.pquim.unam.mx/amyd/archivero/Precipitacion_4772.pdf

http://www.wikilearning.com/monografia/evaluacion_integral_del_riesgo_en_sitios_contaminados-plan_de_muestreo/2817-10

http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/experimentacionIQII/ExtraccLiqLiq2006.pdf