¿Has visto alguna vez a alguien orinar en una piscina?
No lo recomendamos: además de ser descortés, orinar en una piscina es perjudicial para la salud. El ácido de la orina reacciona con el cloro (utilizado para desinfectar las piscinas) y genera productos gaseosos tóxicos que pueden irritar nuestros pulmones y dañar nuestro sistema respiratorio.
¿Cómo crees que los científicos estudiaron esta reacción química? Pues, recogieron muestras de agua de piscina contaminada con orina para conocer que esto produce. Después, separaron y analizaron las muestras, todo ello para poder identificar los compuestos que contenían. A continuación, estudiaron esos compuestos para comprender cómo reaccionan y repercuten en nuestra salud. Todo hace parte de un campo de la química: el análisis químico.
- Este artículo trata sobre el análisis químico.
- En primer lugar, veremos la definición de análisis químico.
- A continuación, daremos una breve explicación de cómo se realiza el análisis químico y los pasos que implica.
- Luego, aprenderemos sobre los tipos de análisis químico: análisis cualitativo y cuantitativo; y veremos la definición de la sensibilidad analítica.
- Después, exploraremos diferentes técnicas, métodos y pruebas utilizados en el análisis químico. Esto incluye los métodos instrumentales.
- Por último, comprenderemos la importancia del análisis químico.
Análisis químico: definición
¿Es posible identificar la presencia de orina en una piscina con solo mirarla? la respuesta es: no. Tampoco podemos ver los productos tóxicos que produce la orina al reaccionar con el cloro. Por eso, para identificarlos en el agua de la piscina, empleamos el análisis químico.
El análisis químico es el proceso que permite identificar, separar y cuantificar los componentes de una muestra para comprender su naturaleza y composición. La rama de la química que se ocupa del análisis químico se denomina química analítica.
Existen distintos tipos de análisis químicos, así como varias técnicas y métodos comunes. Pero, antes de entrar en ellos, veamos brevemente los pasos que se deben seguir.
Pasos del análisis químico
Sea cual sea el método o la técnica utilizada, el análisis químico suele implicar los siguientes pasos:
- Recoger una muestra de interés.
- Elegir el método analítico adecuado para analizar la muestra.
- Preparar la muestra.
- Analizar la muestra con el método, ensayo o técnica que hayas elegido.
- Interpretar los resultados del análisis. Esto puede implicar cálculos o pruebas adicionales.
Estos pasos nos dan una breve visión general de cómo se realiza el análisis químico. Cada paso puede incluir subpasos y procedimientos analíticos únicos. La elección de las técnicas o métodos analíticos utilizados depende de nuestra muestra y del tipo de análisis químico que queramos efectuar. Exploremos, ahora, los tipos de análisis químico.
Tipos de análisis químicos: cualitativos y cuantitativos
El análisis químico se clasifica en dos grandes tipos:
Primero, echaremos un vistazo al análisis químico cualitativo.
Análisis químico cualitativo
Pruebas una pizza y puede que te parezca demasiado picante para tu gusto. ¿Qué hace que la pizza sea tan picante? ¿Quizás sea que está cubierta de jalapeños o pepperoni, por ejemplo? Estos ingredientes ayudan a dar a la pizza su sabor e identidad únicos.
Por lo tanto, para determinar por qué una pizza sabe de una determinada manera, intentamos identificar con qué está cubierta. Este es un caso de un tipo de análisis cualitativo.
El análisis químico cualitativo es un tipo de análisis utilizado para identificar las sustancias de una muestra y determinar si una sustancia concreta está presente o no en la muestra estudiada.
Al igual que los ingredientes de una pizza, todas las muestras químicas tienen distintos componentes. Para determinar los constituyentes de una muestra química, empleamos el análisis químico cualitativo. Este nos dice exactamente de qué especies químicas está hecha la muestra, ya sean moléculas, elementos o compuestos diferentes.
Análisis químico cuantitativo
Consideremos de nuevo el ejemplo de la pizza. Sabemos que los ingredientes como los jalapeños y el pepperoni hacen que una pizza sepa picante. Pero, ¿cómo sabemos cuánto pepperoni se añade a una pizza? Esta pregunta sobre cuánto hay de algo se responde mediante un análisis químico cuantitativo.
El análisis químico cuantitativo es un tipo de análisis empleado para determinar la cantidad de una sustancia en una muestra.
¿Por qué puede ser útil la química cuantitativa? Bueno, ¿y si te gusta un poco de picante en la pizza, pero no demasiado? Probablemente preferirías una pizza con unas pocas lonjas de pepperoni. Entonces, saber exactamente cuánto pepperoni habrá en tu comida te permite elegir la pizza perfecta para ti.
En resumen, el análisis cualitativo se ocupa de lo que está presente en una muestra, mientras que el cuantitativo responde a qué cantidad de sustancia hay en la muestra.
Análisis químicos: pruebas, métodos de análisis instrumental y técnicas
Es importante que conozcas las distintas técnicas, pruebas y métodos utilizados en el análisis químico. Debes ser capaz de compararlos, así como de debatir por qué elegir un método, en lugar de otro. Para lograrlo, aquí tienes una introducción a las técnicas de análisis químico:
- Identificación de sustancias puras, mediante los puntos de fusión y ebullición.
- Análisis de gases, mediante reacciones sencillas en tubos de ensayo.
- Pruebas de iones, mediante reacciones que puedes realizar en clase —como las pruebas de la llama, la prueba del hidróxido sódico y las pruebas de aniones—.
- Análisis instrumental, como la cromatografía y la espectroscopia de absorción atómica.
Análisis instrumental
Las pruebas de los gases y la prueba del hidróxido de sodio son reacciones sencillas que puedes probar en clase. Son rápidas y cómodas de emplear; pero, son cualitativas, no cuantitativas. Si queremos una medida cuantitativa de la muestra, tenemos que usar determinados instrumentos analíticos. Estos no solo identifican los componentes de una muestra, sino que también miden sus cantidades relativas.
El uso de instrumentos analíticos en el análisis químico se denomina análisis instrumental.
Los métodos instrumentales tienen ciertas ventajas sobre las reacciones de probeta. Como ya hemos dicho, algunos son tanto cualitativos como cuantitativos, mientras que la mayoría son extremadamente precisos, sensibles y rápidos. Además, pueden trabajar con muestras pequeñas y son muy versátiles.
He aquí un ejemplo de técnica analítica instrumental:
La RMN, IR, UV, la fluorescencia de rayos X y la espectroscopia de absorción atómica son tipos de técnicas espectroscópicas. Utilizan las interacciones entre las ondas electromagnéticas (luz) y las partículas para ayudarnos a identificar la estructura de los átomos y las moléculas.
Veamos otro ejemplo:
La cromatografía funciona separando una muestra en sus componentes. Además de la cromatografía en papel, puedes encontrar la cromatografía en capa fina, la cromatografía de gases, la cromatografía gas-líquido, ¡y muchas otras variaciones! Por ejemplo, si quieres separar una mezcla de aminoácidos, normalmente emplearás la cromatografía en papel o en capa fina
La imagen a continuación muestra un resumen de los diferentes tipos de análisis químicos en química analítica:
Fig. 1: Tipos de análisis químico en química analítica.
Calibración de los métodos instrumentales
Si te estás preguntando ¿cómo puedes asegurar que los resultados del método instrumental que estás utilizando son confiables?, la respuesta es: mediante una calibración correcta del método instrumental.
La calibración es una técnica usada para comprobar que un instrumento de medida o un método instrumental dé valores correctos, en comparación con otros conocidos.
Por tanto, esta calibración consiste en establecer la relación entre la señal de un instrumento de medida, o un método instrumental, y los valores de una magnitud de referencia. En consecuencia, los instrumentos de medida deben calibrarse para garantizar que los valores dados sean correctos y que los resultados o mediciones puedan compararse con los de otro experimento.
La imagen a continuación muestra el proceso que se debe seguir para obtener una curva de calibración:
Fig. 2: Pasos a seguir en la creación y uso de una curva de calibración para determinar la concentración de una sustancia en una muestra.
Sensibilidad analítica: definición
Al momento de calibrar un método instrumental, o un equipo, es importante conocer su sensibilidad analítica.
La sensibilidad analítica es el cambio en la respuesta de un instrumento o método analítico al cambiar la concentración de una cierta sustancia en una muestra.
Para entender la sensibilidad analítica, puedes pensar en cómo las personas reaccionan de forma diferente a los sonidos fuertes: algunas no pueden soportarlos, mientras que otras los toleran sin mayor problema. Esto significa que tienen diferente sensibilidad al sonido. Esto ocurre de la manera en los métodos instrumentales: un equipo cuya respuesta cambie mucho al variar la concentración de la muestra se dice que tiene alta sensibilidad. En esteos casos, cuanto más alta sea la sensibilidad, mejor será el equipo, ya que puede detectar cambios más pequeños en la concentración.
Límite de detección
Ahora, volviendo al ejemplo del agua de piscina contaminada con orina, ¿qué ocurre si, en vez de detectar pequeños cambios en la concentración de la muestra, quieres saber cuál es la menor cantidad de orina que puedes detectar? Este proceso involucraría calcular el límite de detección.
El límite de detección es la concentración más pequeña de muestra que puede ser detectada consistentemente mediante un cierto método analítico.
La clave en el límite de detección es el término consistentemente. Esto significa que, para saber cuál es el límite de detección de un método, necesitarás realizar cálculos estadísticos; estos te permitan saber, con un determinado porcentaje de confianza estadística, la concentración mínima de muestra que sea estadísticamente diferente de la concentración de un blanco (esto es: una muestra que no contiene el compuesto químico que se desea detectar).
Los mejores métodos analíticos tienen un bajo límite de detección, para poder detectar pequeñas cantidades de muestra.
A continuación, puedes ver una imagen que muestra la sensibilidad y el límite de detección en una curva de calibración:
Fig. 3: Curvas de calibración, con alta y baja sensibilidad, que muestran el límite de detección.
Ejemplos de análisis químicos
Todos los productos domésticos, desde los artículos de tocador (como el champú y el jabón) hasta los productos alimenticios (como la sal de mesa, el azúcar y las salsas), se analizan químicamente antes de que lleguen a tus manos. Esto se hace para garantizar que no sean tóxicos, que sean estables y que su uso es seguro.
A continuación, puedes encontrar algunos ejemplos de los campos en los que se utiliza el análisis químico y sus correspondientes usos:
Campo | Usos del análisis químico | Ejemplos |
Medicina | - Diagnóstico de enfermedades.
- Control de calidad (verificación) de medicamentos y fármacos.
| - Prueba RT PCR, para confirmar una infección por COVID-19.
- Prueba de detección de glucosa, para comprobar los niveles de glucosa en sangre.
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Alimentos | - Estimar el contenido nutricional de distintos productos alimenticios.
- Comprobar la presencia de alérgenos o toxinas
| - Utilizar la valoración volumétrica. para determinar ingredientes como la sal, la vitamina C y el calcio.
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Ciencias ambientales | - Controlar la contaminación atmosférica.
- Comprobar la contaminación de las aguas residuales y si el agua potable es segura de beber.
| - La presencia de dióxido de nitrógeno (un contaminante habitual del aire interior) puede detectarse mediante análisis químicos.
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Deportes | - Analizar las muestras de sangre y orina de los deportistas, para determinar la presencia de drogas ilegales.
| - Los controles antidopaje revelan la presencia de esteroides prohibidos en el torrente sanguíneo de los deportistas.
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Tabla 1: Ejemplos de campos de uso de los análisis químicos.
Análisis químico - Puntos clave
- El análisis químico es el proceso de identificar, separar y cuantificar una sustancia en una muestra.
- Hay dos tipos de análisis químico:
- Análisis químico cualitativo: identifica la presencia de una sustancia en una muestra.
- Análisis químico cuantitativo: determina la cantidad de una sustancia en una muestra.
- Los métodos y técnicas usados en el análisis químico incluyen pruebas de gases, pruebas de iones y análisis instrumentales.
- La calibración consiste en establecer la relación entre la señal de un instrumento de medida, o un método instrumental, y los valores de una magnitud de referencia.
- La sensibilidad analítica es el cambio en la respuesta de un instrumento o método analítico al modificar la concentración de una cierta sustancia en una muestra.
- El límite de detección es la concentración más pequeña de muestra que puede ser identificada consistentemente mediante un cierto método analítico.
- Puedes encontrar ejemplos de análisis químico en ámbitos de la vida cotidiana como la medicina, la industria alimentaria y el deporte.
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