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Análisis químico

Análisis químico

¿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 produce productos gaseosos tóxicos que pueden irritar nuestros pulmones y dañar nuestro sistema respiratorio.

¿Cómo crees que los científicos estudiaron esta reacción química? Recogieron muestras de agua de piscina contaminada con orina para conocer los riesgos de orinar en las piscinas. Después, separaron y analizaron las muestras, todo ello para poder identificar los compuestos que contenían. A continuación, estudiaron los compuestos para comprender cómo reaccionan y repercuten en nuestra salud. Todo ello se reduce a 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.
  • Nos sumergiremos en los tipos de análisis químico: análisis cualitativo y cuantitativo y también 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? No. Tampoco podemos ver los productos tóxicos que produce la orina al reaccionar con el cloro. Para identificarlos en el agua de la piscina, empleamos el análisis químico.

El análisis químico es el proceso de 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 del análisis químico.

Pasos del análisis químico

Sea cual sea el método o la técnica utilizada, el análisis químico suele implicar los siguientes pasos:

  1. Recoger una muestra de interés.
  2. Elegir un método analítico adecuado para analizar la muestra.
  3. Preparar la muestra.
  4. Analizar la muestra con el método, ensayo o técnica que hayas elegido.
  5. 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 tener más sub pasos e incluir 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:

  • Análisis químico cualitativo.

  • Análisis químico cuantitativo.

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 esté cubierta de jalapeños, o quizás de pepperoni? 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. Se trata 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.

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. 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. 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. 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 algunos ejemplos de técnicas analíticas instrumentales:

  • 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.
  • 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 químico en química analítica

Calibración de los métodos instrumentales

¿Cómo puedes asegurar que los resultados del método instrumental que estás utilizando son confiables? Mediante una calibración correcta del método instrumental.

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 calibración es una técnica usada para comprobar que un instrumento de medida o un método instrumental da valores correctos comparándolos con otros conocidos. Los instrumentos de medida deben calibrarse para garantizar que los valores dados son correctos y que los resultados o mediciones pueden compararse con los de otro experimento.

La imagen a continuación muestra el proceso que se debe seguir para obtener una curva de calibración:

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 igual manera en los métodos instrumentales: un equipo cuya respuesta cambie mucho al variar la concentración de la muestra se dice que tiene alta sensibilidad, y mientras más alta la sensibilidad, mejor es 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? Esto involucra 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 la palabra consistentemente. Esto significa que para saber cuál es el límite de detección de un método necesitarás realizar cálculos estadísticos que 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 (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 donde se muestra la sensibilidad y el límite de detección en una curva de calibración:

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 para garantizar que no son tóxicos, que son estables y que su uso es seguro. A continuación se dan algunos ejemplos de los campos en los que se utiliza el análisis químico y algunos de sus usos que puedes encontrar.

Campos
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.
Alimentos
  • Estimar el contenido nutricional de distintos productos alimenticios
  • Comprobación de la presencia de alérgenos o toxinas
  • Utiliza la valoración volumétrica para determinar ingredientes como la sal, la vitamina C y el calcio.
Ciencias ambientales
  • Controlar la contaminación atmosférica
  • Comprobación de la contaminación de las aguas residuales y de si el agua potable es segura para beber.
  • La presencia de dióxido de nitrógeno (un contaminante habitual del aire interior) puede detectarse mediante análisis químicos.
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.

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 utilizados 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 cambiar la concentración de una cierta sustancia en una muestra.
  • El límite de detección es la concentración más pequeña de muestra que puede ser detectada consistentemente mediante un cierto método analítico.
  • Encontrarás ejemplos de análisis químico en ámbitos de la vida cotidiana como la medicina, la industria alimentaria y el deporte.

Preguntas frecuentes sobre Análisis químico

La Química analítica estudia el proceso de identificar, separar y cuantificar los componentes de una muestra, para comprender su naturaleza y composición.

Los análisis químicos pueden ser cualitativos o cuantitativos. 

  • 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. 
  • El análisis químico cuantitativo es un tipo de análisis empleado para determinar la cantidad de una sustancia en una muestra.

La calibración es necesaria para comprobar que un instrumento de medida o un método instrumental da valores correctos, en comparación con otros conocidos. 


Los instrumentos de medida deben calibrarse para garantizar que los valores dados son correctos y que los resultados o mediciones pueden compararse con los de otro experimento.

La sensibilidad de calibración se calcula dividiendo el cambio en la respuesta de un equipo entre el cambio en la concentración de analito.


 La sensibilidad de calibración también es igual a la pendiente de la curva de calibración.

Los análisis químicos son importantes porque permiten garantizar que los productos domésticos no son tóxicos, que son estables y que su uso es seguro.

Cuestionario final de Análisis químico

Pregunta

Los elementos se presentan en la naturaleza como mezclas de ______. 

Mostrar respuesta

Answer

Isótopos.

Show question

Pregunta

La espectrometría de masas es un método utilizado para determinar la _______ de átomos/moléculas en una muestra.

Mostrar respuesta

Answer

La masa atómica.

Show question

Pregunta

En los espectrómetros de masas que utilizan la ionización por impacto de electrones (EI), se utiliza un haz de electrones para eliminar un electrón (o electrones) de una molécula, formando un _______, también llamado ion molecular.

Mostrar respuesta

Answer

Catión radical.

Show question

Pregunta

Verdadero o falso: Un catión radical tiene una carga positiva y un electrón no compartido. 

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

Un espectrómetro de masas separa los iones en función de su relación _______ (m/z).

Mostrar respuesta

Answer

Masa-carga.

Show question

Pregunta

En un espectrómetro de masas, a medida que el campo magnético ______ , los iones de los isótopos más pesados se desplazan hacia el detector de iones.

Mostrar respuesta

Answer

Aumenta.

Show question

Pregunta

Cuando el ordenador lee los datos recogidos en el detector de iones, crea un ______.


Mostrar respuesta

Answer

Espectro de masas.

Show question

Pregunta

Verdadero o fase: un espectro de masas que nos indica el número de componentes de la muestra, la masa molecular relativa de cada componente y su abundancia relativa.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cuántos isótopos aparecen en el espectro de masas del cobre elemental (Cu)? 

Mostrar respuesta

Answer

2.

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes es el isótopo más abundante del cobre (Cu)?

Mostrar respuesta

Answer

63Cu.

Show question

Pregunta

Los isótopos son átomos de un mismo elemento con el mismo número de protones (número atómico) pero diferente _______.


Mostrar respuesta

Answer

Número de neutrones.

Show question

Pregunta

Cuál es la ecuación para calcular la masa atómica relativa de un elemento

Mostrar respuesta

Answer

$$A_r=\frac {\sum (masa\ isotopo \times abundancia\ isotopo)}{100}$$

Show question

Pregunta

El pico principal en un espectro nos indica la _______ de la muestra.

Mostrar respuesta

Answer

Masa molecular relativa.

Show question

Pregunta

¿Cuántos picos tiene el flúor en su espectro de masas?

Mostrar respuesta

Answer

1.

Show question

Pregunta

Nombra dos tipos de cromatografía

Mostrar respuesta

Answer

  1. Cromatografía en papel.
  2. Cromatografía de gases.
  3. Cromatografía líquida.
  4. Cromatografía de capa fina.

Show question

Pregunta

¿Cuál de las siguientes opciones son ejemplos de análisis químico?

Mostrar respuesta

Answer

Agitar con una espátula.

Show question

Pregunta

¿Qué es el análisis químico cuantitativo?

Mostrar respuesta

Answer

El análisis químico cuantitativo es un tipo de análisis utilizado para determinar la cantidad de una sustancia en una muestra.

Show question

Pregunta

Las valoraciones determinan la cantidad de ácido o álcali necesaria para que se produzca una reacción de neutralización. ¿Qué tipo de análisis químico es la valoración?

Mostrar respuesta

Answer

Cualitativo.

Show question

Pregunta

La espectroscopia de emisión de llama es un método cuantitativo de análisis químico.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

Te dan una mezcla de sal y arena y te piden que determines la masa de la arena. ¿Qué tipo de análisis químico estás realizando?

Mostrar respuesta

Answer

Análisis químico cuantitativo porque estamos midiendo la cantidad de arena en términos de masa

Show question

Pregunta

Pon tres ejemplos de análisis químicos en nuestra vida cotidiana.

Mostrar respuesta

Answer

  1. Identificar toxinas en la comida
  2. Detectar impurezas en los medicamentos
  3. Medir los niveles de contaminación atmosférica
  4. Pruebas de detección de alérgenos
  5. Control antidopaje

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de análisis químico podría medir el volumen de un componente en una muestra?

Mostrar respuesta

Answer

Análisis cuantitativo.

Show question

Pregunta

¿Qué es el análisis químico cualitativo?

Mostrar respuesta

Answer

El análisis químico cualitativo es un tipo de análisis utilizado para identificar las sustancias que hay en una muestra y determinar si una sustancia concreta está presente o no

Show question

Pregunta

¿Qué tipo de análisis químico podría detectar si una toxina está presente en un medicamento?

Mostrar respuesta

Answer

Análisis cualitativo.

Show question

Pregunta

¿Qué es la calibración?

Mostrar respuesta

Answer

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.

Show question

Pregunta

Los mejores métodos analíticos tienen una _____ sensibilidad

Mostrar respuesta

Answer

alta.

Show question

Pregunta

Los mejores métodos analíticos tienen un ______ límite de deteccion.

Mostrar respuesta

Answer

bajo.

Show question

Pregunta

La RMN, IR, UV, la fluorescencia de rayos X y la espectroscopia de absorción atómica son tipos de técnicas ______

Mostrar respuesta

Answer

espectroscópicas.

Show question

Pregunta

¿Cómo se llama una muestra que no contiene el compuesto químico de interés? 

Mostrar respuesta

Answer

Blanco.

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