Fundamentos Esenciales de la Metodología Analítica: Señales, Datos y Calibración

Fundamentos de la Metodología Analítica

Tipos de Señales en Instrumentación

Las señales pueden ser ópticas, electroquímicas, másicas, magnéticas o térmicas. La señal primaria es transducida a una señal secundaria eléctrica, pero expresada en unidades relacionadas con la señal primaria (por ejemplo, absorbancia).

Clasificación de Instrumentos Analíticos

Los instrumentos se clasifican en:

• Pasivos: No alteran la muestra para su lectura.
• Activos: Interactúan con la muestra (ej. un espectrofotómetro que emite radiación).

Además, pueden ser:

• Independientes o Integrados: Según la muestra llegue o no directamente al instrumento.

Adquisición y Tratamiento de Datos

La adquisición y el tratamiento de datos constituyen el nexo entre el instrumento y los resultados expresados según los requerimientos.

Adquisición de Señales Transducidas (Datos Primarios)

Los datos primarios (como absorbancia, masa, etc.) pueden adquirirse de las siguientes maneras:

• Manualmente: Leyendo en una escala o indicador electrónico.
• Semiautomáticamente: Cuando el instrumento genera un espectro o cromatograma y los datos se extraen posteriormente.
• Automáticamente: Si el ordenador recibe la información unidimensional, bidimensional o tridimensional directamente.

Tratamiento de Datos

El tratamiento de datos se realiza mediante cálculos, empleando procesos quimiométricos para expresar los resultados según se requiera.

Etapas del Proceso Analítico

El proceso analítico sigue una secuencia definida:

1. Problema / Planteamiento del Problema: Definición inicial.
2. Selección del Método: Elección de la técnica adecuada.
3. Identificación y/o Determinación: Operaciones previas.
4. Medida: Obtención de la señal (óptica, eléctrica, térmica).
5. Tratamiento de Datos:
   • Calibrado.
   • Conversión de señal a concentración.
   • Tratamiento estadístico (valor medio, varianza, comparación de resultados y rechazo de resultados).
6. Resultados: Obtención de los valores finales.
7. Interpretación de Resultados: Significado de los datos.
8. Resolución del Problema: Conclusión del proceso.

Terminología de Muestreo

Objeto:

Elemento o entidad de interés.

Lote:

Cantidad de material considerada una población única a efectos de la toma de muestra.

Incremento:

Porción obtenida en una operación individual de toma de muestra.

Muestra Bruta:

Muestra inicial sin procesar.

Muestra Agregada:

Combinación de varios incrementos.

Muestra de Laboratorio:

Porción que entra conservada al laboratorio.

Muestra Analítica:

Muestra preparada a partir de la muestra de laboratorio, de la cual se extraen las muestras test.

Muestra Test:

Porción que se somete directamente al proceso analítico.

Trazabilidad y Estándares en Química Analítica

Trazabilidad Metrológica

La trazabilidad es una cadena ininterrumpida de comparaciones. Es la base de la comparabilidad de los resultados generados por diversos laboratorios.

Tipos de Estándares

Los estándares se clasifican en:

• Básicos: Coinciden con las siete unidades básicas del Sistema Internacional (SI), de las cuales se originan unidades derivadas como m³ para el volumen.
• Químicos: Ejemplos incluyen el isótopo ¹²C y el número de Avogadro, que son la base para el cálculo de los pesos atómicos.
• Operacionales: Como la constante de Faraday y la plata de alta pureza.

Estándares Químico-Analíticos

Dentro de los estándares químico-analíticos, distinguimos:

• Primarios: Pueden usarse directamente como estándares. Incluyen:
  1. Materiales de Referencia: Utilizados para calibrar instrumentos, asignar valores a materiales o evaluar métodos analíticos.
  2. Materiales de Referencia Certificados: Poseen uno o varios valores certificados con sus incertidumbres asociadas, de una o más propiedades, emitidos por un organismo competente.
• Secundarios: Se usan porque el estándar primario no existe o es demasiado costoso. Debe establecerse una relación con un estándar primario a través de la experimentación (ej. valoración de una disolución con un patrón primario).

Requisitos de los Estándares

Los estándares deben cumplir los siguientes requisitos:

1. Ser idóneos para el fin perseguido.
2. Existir una amplia variedad de patrones.
3. Los detalles técnicos de conservación y uso del patrón deben ser conocidos mediante documentación.
4. Las características de los estándares primarios deben estar bien establecidas.
5. Los estándares primarios deben ser estables, no deben variar por tiempo ni manejo.
6. La homogeneidad de los estándares primarios debe estar garantizada.
7. Los estándares primarios deben ser fáciles de preparar.
8. Para los estándares secundarios, la vía experimental para establecer la trazabilidad con los primarios debe ser clara y contundente, y deben ser estables.

Nota: Los requisitos 1-3 aplican a todos los estándares; los requisitos 4-7 aplican específicamente a los primarios; y el requisito 8 aplica a los secundarios, tanto para identificación como para cuantificación.

Calibración Instrumental y Metodológica

• Calibración Instrumental: Corroborar el correcto funcionamiento del instrumento.
• Calibración Metodológica: Establecer la relación entre la señal y la concentración del analito.

Evaluación de Métodos Analíticos

La evaluación de un método analítico se realiza cuando se pone a punto un nuevo método o se desea evaluar la calidad de un laboratorio. Para ello, se mide un patrón de referencia certificado mediante el método analítico y se compara, por métodos estadísticos, el valor obtenido por el método con el valor certificado del material de referencia.

Validación de Métodos Analíticos

La validación de un método consiste en demostrar experimentalmente que un sistema u objeto realiza lo que se espera de ellos (o que el objeto posee determinadas características), y que continúan haciéndolo o teniéndolo (un patrón certificado puede ayudar a demostrarlo).

La validación de un método analítico tiene como objetivo definir y asegurar la calidad de la información analítica generada, considerando aspectos como:

• Exactitud.
• Precisión.
• Intervalo de determinación (límite de detección y cuantificación).
• Existencia de interferencias (selectividad).