Preparación de muestras para la caracterización analítica

Fuente: Laboratorio del Dr. B. Jill Venton - Universidad de Virginia

Preparación de la muestra es la forma en que se trata una muestra para preparar para su análisis. Preparación de muestras cuidadosa es fundamental en química analítica para generar exactamente ya sea una muestra estándar o desconocida para una medición química. Errores en los métodos de la química analítica se clasifican como aleatoria o sistemática. Errores al azar son errores debido al cambio y son a menudo debido al ruido en el instrumento. Errores sistemáticos se deben a investigador o sesgo instrumental, que introduce un desplazamiento en el valor medido. Errores en la preparación de la muestra son errores sistemáticos, que se propagan a través del análisis, causando incertidumbre o imprecisiones a través de curvas de calibración inadecuada. Errores sistemáticos pueden eliminarse mediante la preparación correcta de la muestra y el uso correcto del instrumento. Preparación de la muestra pobre también a veces puede causar daños al instrumento.

Para hacer una solución, uno debe considerar la solubilidad de la sustancia que se está midiendo. El compuesto de interés debe disolver en el solvente para hacer una solución. Solubilidad es un factor de las interacciones intermoleculares del analito con el disolvente y puede ser manipulada a menudo por cambiar el tipo de solvente o pH.

El primer paso en la toma de una muestra es elegir la cristalería adecuada y una solución. Mayoría de las muestras en la fase líquida se hace en matraces aforados. Matraces aforados están hechas para contener un cierto volumen de líquido a una temperatura determinada (normalmente 20 ° C) y están calibrados para ser exactos menos de 0.02% si son material de vidrio clase A. Matraces aforados son mucho más precisos para medir líquidos que cilindros graduados.

Para hacer una solución de un sólido, el sólido primero debe ser formado con precisión con una escala calibrada. Sin embargo, la masa de algunos reactivos y precipitados puede cambiar porque son higroscópicos y absorbe agua. Si el reactivo adsorbe agua es imposible utilizar el peso molecular hidratado no para obtener el número correcto de topos. Para eliminar el agua adsorbida, sólidos que son térmicamente estables se secan en un horno a ~ 110 ° C. Precipitados y reactivos sólidos se almacenan luego en un desecador que contenga un desecante que absorbe el agua presente.

Si la muestra a ser diluido es un líquido una pipeta se usa normalmente para medir. Una pipeta de vidrio normalmente es calibrada para administrar un volumen exacto y la última gota permanece en la pipeta y no debe ser soplada hacia fuera. Una pipeta de medición tienen múltiples marcas en él, similar a una bureta — y es menos precisa pero más versátil que una pipeta de transferencia. Pequeños volúmenes se pueden medir utilizando la variable micropipetters, con puntas de plástico desechables, y estos están disponibles en volúmenes desde 1 – 5.000 μl. Micropipetters deben calibrarse cada 6 meses a fin de que mantener la exactitud. Si el plástico es un problema, microjeringas pequeño pueden usarse para medir volúmenes en el rango de microlitro.

Después de una solución, hay otros elementos de la preparación de la muestra que puede ser pertinente. Cualquier muestra sólida restante en el líquido debe ser filtrada. Filtración tradicional utiliza una configuración con un papel de filtro que se encuentra en un embudo de vidrio sinterizado sobre un matraz de filtración con un brazo en vacío puede ser tirado. Este tipo de filtrado se utiliza para recoger un precipitado en experimentos tales como Análisis gravimétrico. Muestras más pequeñas que deben ser analizadas pueden limpiarse mediante jeringa de filtrado donde la muestra se carga en una jeringa y luego pasa a través de un filtro de polímero con a resolución de 0,2 nm. Además, los filtros spin están disponibles donde la muestra se carga en un tubo de microcentrífuga con un filtro, el tubo se coloca en una centrifugadora, y el líquido filtrado es en la parte inferior después de la centrifugación. Filtros de spin sirven también para concentrar los analitos más grandes, como las proteínas. Filtros de jeringa y girar son útiles para filtrar contaminantes y otros sólidos que pudieran interferir con el instrumento o la medición. El tipo de filtración utilizado depende de la cantidad de muestra y el tamaño de los sólidos que deben ser filtradas.

Preparación de la muestra también puede implicar extraer o preconcentrating una muestra. Al estudiar los iones del metal, la quelación puede utilizarse para la extracción selectiva. Los iones del metal se unen a un agente quelante y luego el complejo quelato puede ser extraído hacia fuera. Agentes de enmascaramiento se utilizan antes de la quelación para enlazar un ion de metal específico que luego no es quelado por el agente quelante. Una reacción química demasking se utiliza para liberar la específicas iones metálicos en solución. Adhesiva permite una preparación de la muestra y la protección de ciertos iones metálicos más específica.

Solubilidad es la cantidad de sustancia que se disuelve en un líquido. Si menos de 0,1 g se disuelve en 100 mL de solvente una sustancia se considera generalmente ser insoluble. Solubilidad depende de las interacciones intermoleculares con el analito y por lo tanto, la regla general en la solubilidad es "como disuelve como". Sustancias polares tienden a mientras que los analitos no polares se disuelven bien en disolventes no polares se disuelven bien en disolventes polares. Solubilidad de sólidos en un líquido es generalmente mayor a temperaturas más altas, debido a la mayor energía y movimiento molecular.

La quelación se logra multidentate ligandos que tienen múltiples sitios de Unión para una molécula. El más común agente quelante de iones metálicos es el ácido etilendiaminotetracético (EDTA), que es hexadentate y se une a través de nitrógeno 2 y 4 átomos de oxígeno. Tiene 6 protones ácidos que pueden perder a la formación de complejos metal-EDTA. La constante de formación para el atascamiento es pH específico y el pH es ajustado a menudo para ajustar la especificidad de la reacción de quelación.

Debido a EDTA puede complejo con muchos diferentes metales, enmascaramiento es necesario realizar análisis de un metal específico. Antes de la adición del agente quelante, agente de enmascaramiento se agrega para proteger el ion de interés de reaccionar con el EDTA. La constante de formación del complejo de metal agente de enmascaramiento debe ser mayor que la constante de formación del complejo EDTA-metal para que el EDTA no reaccionará. Por ejemplo, fluoruro enmascara Al^{3 +} y Fe^{3 +}. El cianuro es otro común máscara agente que no reacciona con el Mg^{2 +}Ca^{2 +}y Pb^{2 +} reaccionan con otros metales como el Cd^{2 +}, Hg^{2 +}, Fe^{2 +}, Fe^{3 +}y Ni⁺. Cianuro puede formar un gas tóxico en pH bajo, por lo que siempre debe ser utilizado en una solución por encima de pH 11. Demasking libera el ion del metal enmascarado; por ejemplo el cianuro puede ser demasked por una reacción química con formaldehído. Enmascarar y demasking permiten la selectividad para la medición de componentes de mezclas complejas.

1. hacer una solución de un sólido

1. Elegir la cristalería correcta solución.
2. Limpiar la cristalería completamente por un baño ácido de 1% HCl o HNO₃ junto con jabón para quitar cualquier impureza (ADVERTENCIA: con cualquier ácido fuerte utilizar guantes, gafas y otros equipos de protección personal).
3. Lavar la cristalería varias veces con agua destilada. Seca en una estufa si es necesario.
4. Para hacer una solución de una masa sólida, la cantidad correcta de sólidos.
5. Colocar el sólido en el matraz aforado y después llenar aproximadamente 3/4 completo con el disolvente.
6. Agitar para disolver completamente el sólido antes de llenar completamente el matraz aforado.
7. Llene el matraz aforado a la línea. El menisco apenas debe tocar la línea de llenado. Luego invierta el frasco varias veces con la tapa a la mezcla más si es necesario.

2. hacer una solución de líquido

1. Elegir la cristalería correcta solución. Para ofrecer un líquido con una pipeta de transferencia, llenar la pipeta a la línea mediante un bulbo de la pipeta.
2. Liberar el líquido en el matraz aforado para preparar la solución. No soplar la última gota.
3. Llenar el matraz aforado a la línea para que el menisco toca la línea. Mezcle la solución por inversión varias veces.

3. filtrado

1. Para una configuración de filtro frasco, coloque un pedazo de papel de filtro en el filtro de vidrio sinterizado.
2. Coloque el filtro de vidrio sinterizado en un matraz de filtración.
3. Coloque un vacío en el brazo del matraz filtro. Una trampa puede utilizarse también para impedir que cualquier líquido en el vacío.
4. Girar en el vacío y vierta la muestra a través del papel filtro.
5. Filtro hasta que quede un polvo seco. Continuar secar la muestra en un horno si se desea un precipitado seco.
6. Para filtro de la jeringuilla, añada la muestra a una jeringa limpia con un extremo de la cerradura de Luer.
7. Atornille el filtro de la jeringuilla Luer-lock. Empuje el émbolo de la jeringa y recoger el líquido después del filtro.
8. Para un filtro de centrifugado, enjuague el filtro con buffer o agua ultrapura.
9. Inserte el filtro de centrifugado en un tubo de microcentrífuga.
10. Cargar la muestra en la parte superior del filtro y la tapa del tubo.
11. Poner el tubo en una centrífuga, asegurándose de equilibrar correctamente con otro tubo en el otro lado y centrifugar durante 10-30 min, dependiendo del tipo de filtro de centrifugado.
12. Retire el filtro y el líquido en el fondo es la solución filtrada.
13. Si la muestra no puede ir a través de la membrana, tales como una proteína grande, permanecerá en la parte superior del filtro. En este caso, voltee el filtro, poner en un tubo nuevo y vuelta otra vez. Esto producirá una muestra concentrada.

4. enmascaramiento y quelantes

1. Para enmascarar y quelantes, ajustar el pH a un valor apropiado dependiendo de las constantes de formación de agente de enmascaramiento y el agente quelante.
2. Agregue al agente de enmascaramiento a la solución y deje que reaccione por al menos 10 min con el ion del metal de la opción.
3. Añadir el reactivo quelante. EDTA, normalmente forma un complejo con el ion metálico 1:1, así que añadir tantos moles de EDTA como metal que va quelatado.
4. Después de la quelación, demask mediante la adición de una sustancia química que reacciona con el ion del metal enmascarado. La sustancia enmascarada puede ser analizada o recuperada por precipitación.

Filtros de Spin se utilizan en análisis biológicos para limpiar muestras. Si detritos celulares de la lisis celular son un problema, entonces la muestra puede ser centrifugado filtrado y el filtrado en la parte inferior estará libre de partículas. Si desea concentrar una proteína u otro analito más grande, se puede utilizar un filtro con una membrana de poros pequeños que la proteína no puede pasar a través. Después de filtrar las moléculas más pequeñas de la vuelta será en el filtrado en la parte inferior y se descartarán. Cuando el filtro está invertido y girar otra vez en otro tubo puede ser lanzado desde el filtro y recolectado en una forma concentrada. Filtros de la jeringuilla se utilizan a menudo para eliminar las partículas de polvo y otras partículas pequeñas de muestras de la cromatografía, como las partículas pueden obstruir la columna y causar problemas con el instrumento.

EDTA se utiliza a menudo para titulaciones para determinar contenidos de metal. El número de moles de EDTA añadido equivale al número de moles de metal. La quelación también se utiliza para extracciones en análisis de trazas metálicas. Quelantes de un metal de neutralizar la carga y permita que se extrae en un solvente orgánico si el agente quelante tiene un grupo hidrofóbico. Adhesiva impide un metal quelatado y por lo tanto de ser extraído. Este método puede utilizarse para la limpieza de la muestra o preconcentración de metales traza.