Principales Técnicas Instrumentales de Laboratorio Químico y Biológico

1. Polarografía

La polarografía es una técnica de análisis electroquímico que permite estudiar diversos fenómenos fisicoquímicos. Esta metodología destaca por su capacidad para detectar trazas de elementos metálicos en concentraciones extremadamente bajas, en el orden de 1 a 0.1 ppm.

Su fundamento teórico reside en la ley o ecuación de Ilkovich, la cual establece una relación funcional directa con la concentración. Gracias a esto, a partir del valor obtenido de la corriente de difusión, es posible determinar directamente el valor de la concentración de la muestra.

Componentes del sistema polarográfico

En el aparato existen diferentes electrodos de medida y elementos auxiliares:

• Electrodo de trabajo: de gotas de mercurio.
• Electrodo auxiliar: de platino.
• Electrodo de referencia: comúnmente el electrodo de calomelanos.
• Gas nitrógeno: utilizado para la desgasificación.

Tipos de muestras analizadas

Mediante esta técnica se pueden procesar tres tipos principales de muestras:

• Patrones metálicos.
• Muestras inorgánicas: requieren el uso de tampones o soluciones amortiguadoras.
• Muestras orgánicas: se consideran muestras complejas.

Representación de un Polarograma.

2. Potenciometría

La potenciometría es una técnica analítica electroquímica que se fundamenta en la medición del potencial eléctrico que se genera en una celda electroquímica.

Métodos potenciométricos

• Potenciometría directa: se utiliza principalmente para determinar el pH de una disolución.
• Valoración potenciométrica: consiste en observar la variación del potencial a medida que ocurren reacciones químicas específicas.

Componentes del equipo

• Electrodo de referencia: generalmente de cloruro de plata.
• Electrodo indicador: sensible al ion que se desea analizar.
• Puente salino: permite el tránsito de iones entre las semiceldas.
• Sal saturada: habitualmente cloruro de potasio (KCl).
• Potenciómetro: instrumento de medida.

Para el uso correcto del potenciómetro, es indispensable realizar una calibración previa utilizando soluciones tampón con valores de pH conocidos (habitualmente pH 4, 7 y 10).

Resultado: Se miden los milivoltios (mV) frente a los mililitros (ml) de base añadidos, generando un gráfico con curvas de valoración.

3. Espectroscopía UV-Visible

Esta técnica se basa en la interacción entre la radiación y la materia, permitiendo obtener información cualitativa y cuantitativa sobre una muestra específica.

Procesos fundamentales

• Absorción: se emplea luz blanca (que abarca todas las longitudes de onda) y se identifican únicamente las líneas que el elemento absorbe.
• Emisión: se observan las líneas espectrales características emitidas por el elemento.

El equipo mide la transmitancia, mientras que el software calcula la absorbancia basándose en la ley de Lambert-Beer.

Partes del espectrofotómetro

• Fuente de luz.
• Colimador.
• Monocromador: generalmente un prisma o red de difracción.
• Detector.

Resultado:

4. Absorción Atómica

La absorción atómica es una técnica altamente sensible para detectar metales en cualquier tipo de muestra, incluyendo productos químicos, aleaciones y fundiciones.

Leyes fundamentales

• Ley de Kirchhoff: establece que cualquier materia que emite luz a una longitud de onda determinada también la absorberá a esa misma longitud.
• Ley de Lambert-Beer: relaciona la absorción de luz con las propiedades del material atravesado.
• Ley de Planck: fundamental para entender la energía de los fotones.

Técnicas de absorción atómica

• Atomización por llama: la muestra se atomiza mediante nebulización a temperaturas elevadas (aprox. 2000 °C).
• Horno de grafito: la muestra se calcina, permitiendo la determinación de trazas con gran precisión.
• Generador de hidruros: técnica específica para elementos como el arsénico (As), mercurio (Hg) y selenio (Se).

Resultado: Se obtiene una recta de calibrado para cuantificar la muestra.

5. Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR)

La técnica FTIR analiza muestras tanto inorgánicas como orgánicas mediante el estudio de sus movimientos vibracionales. Es una herramienta versátil para la determinación de casi cualquier tipo de muestra.

A pesar de su potencia, en entornos industriales presenta limitaciones, a veces excluyentes, debido a la sensibilidad de sus elementos móviles ante vibraciones externas.

El Interferómetro de Michelson

Esta técnica se fundamenta en el uso de un interferómetro que consta de:

• Fuente de luz.
• Divisor de haz.
• Espejo fijo.
• Espejo móvil.
• Detector.

El interferograma representa la intensidad de la luz infrarroja en función de la posición del espejo móvil. Esta señal debe ser procesada mediante la Transformada de Fourier (FT) para ser interpretada.

Resultado: Se obtienen espectros donde las bandas o picos representan las vibraciones de los enlaces químicos. El espectro infrarrojo es considerado la "huella dactilar" única de cada compuesto.

6. Cromatografía Iónica

Es un proceso que permite la separación de iones y moléculas polares basándose en su afinidad por el relleno de la columna cromatográfica.

El sistema consta de una fase estacionaria (líquida o sólida) donde el analito se retiene temporalmente, y una fase móvil que disuelve y transporta el analito a través del sistema.

Fases del proceso

• Equilibrio.
• Aplicación y lavado.
• Elución.
• Regeneración.

Tipos de detectores y aplicaciones

• Detector por conductividad: ideal para cationes y aniones inorgánicos en aguas.
• Detector amperométrico: utilizado para el análisis de sulfitos.
• Detección amperométrica de pulsos.
• Detección UV-VIS: aplicada para iones en agua de mar.

Resultado: Aparición de picos cromatográficos correspondientes a los iones presentes en la muestra.