lunes, 24 de mayo de 2010
TAREA 4 (NAPROXENO)
El ibuprofeno y el naproxeno pertenecen a la misma familia,AINES ,lo cual las tecnicas de separacion son practicamente iguales, vease en las de ibuprofeno o al principio del blog (naproxeno).
TAREA 4 (IBUPROFENO)
El ibuprofeno o ácido 2-(4-isobutil fenil) propiónico, es el primero de los antiinflamatorios no esteroides (AINES) derivados del ácido propiónico que se comercializó en la mayoría de los países, siendo utilizado primeramente en tratamientos osteoarticulares y luego se difundió como analgésico de uso masivo. Este medicamento se presenta en el mercado en forma de comprimidos de 400 y 600 mg.
En el análisis espectrofotométrico cuantitativo el compuesto a ensayar o su derivado debe tener una absorción de suficiente intensidad para que sea útil, por lo que es necesario también que la muestra no esté contaminada con sustancias capaces de interferir.
La cromatografía moderna es un método utilizado para la separación de los componentes de una muestra, en la cual los mismos se distribuyen entre una fase estacionaria, mientras que la otra fase se mueve mediante el empleo de altas presiones a través de una columna, teoría conocida como cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), empleada para realizar diferentes ensayos tales como identificación, purificación y cuantificación.
La absorción de un fármaco desde una forma sólida tras su administración oral depende de la liberación del principio activo, la disolución o solubilización bajo condiciones fisiológicas y la permeabilidad a través del tracto gastrointestinal.
Basado en estas consideraciones el ensayo de disolución in vitro para formas orales de liberación inmediata como comprimidos y cápsulas, se usa para evaluar la calidad lote a lote, como guía en el desarrollo de nuevas formulaciones y para asegurar la calidad y el rendimiento continuados del producto después de ciertos cambios en la formulación, el proceso de elaboración, el sitio de fabricación y el aumento en escala del proceso de fabricación.
El presente trabajo estuvo dirigido a evaluar la calidad farmacéutica de comprimidos de ibuprofeno 400 mg, que incluye los siguientes atributos: identificación, valoración del principio activo, uniformidad de peso y cinética de disolución, así
como su validación.
MATERIALES Y METODOS
Las muestras analizadas se identificaron según los lotes IB 190, IB 195, IB 196 y se obtuvieron de distintas farmacias, realizándose cada determinación por triplicado.
El patrón de referencia estándar se consiguió de un Laboratorio de Especialidades medicinales.
Se comprobó la linealidad del método espectrocópico, mediante la verificación del cumplimiento de la Ley de Beer en un rango de concentraciones de 5.0- 50.0 mg/ ml.
Se comprobó la precisión, verificando la repetibilidad sobre la base del resultado de 10 determinaciones, con el 100 % de la concentración teórica.
Para comprobar la exactitud, se empleó el método de recuperación, mediante la preparación de muestras con distintos niveles de ibuprofeno que representan el 80, 90, 110 y 120 % de la concentración teórica del principio activo en el
comprimido.
La identificación y valoración de los comprimidos de ibuprofeno se desarrollaron por HPLC.
Se preparó el patrón hasta obtener una solución de concentración de 4 mg/ml y para la preparación de la muestra se morterearon 10comprimidos y se pesó el equivalente a 400 mg de ibuprofeno y se preparó una solución con la fase móvil hasta obtener la concentración antes mencionada. Se centrifugó y se inyectaron ambas soluciones en el
cromatógrafo y se calculó el contenido de ibuprofeno.
Como fase móvil se usó agua: ácido ortofosfórico (998ml: 12 ml) 25% y metanol 75%, con un flujo de 1,5 ml/min. La detección se llevó a cabo a 264 nm y se empleó una columna L1 (25 x 4,6 mm), con volumen de inyección de 20ml.
El ensayo de uniformidad de peso se realizó según los requerimientos de la Farmacopea Europea. Para ello, se pesaron individualmente 20 unidades tomadas al azar, determinando luego el peso promedio y calculando el porcentaje de desviación.
Para el ensayo de disolución, se empleó un disolutor Hanson SRII 6-vasos, validado a 37°,utilizando como medio de disolución 900 ml de buffer fosfato pH 7.2 y paletas operadas a 50 rpm.
Se confeccionó la curva de calibración a partir de la solución de referencia a 221 nm en un rango entre 5,0 y 50,0 mg/ml.
Se evaluó el perfil de disolución de los comprimidos, en las condiciones antes descritas. Se realizaron muestreos a los 5, 10, 20, 30, 45, 60 minutos. Se determinó la cantidad de principio activo disuelto midiendo la absorbancia de las diluciones correspondientes disueltas en el medio de disolución, contra la curva de calibración de la solución de referencia a 221 nm y comparó con el perfil de disolución de los comprimidos de ibuprofeno de un medicamento líder.
DISCUSION DE LOS RESULTADOS
Figura 1
En la figura 1 se muestra la representación gráfica correspondiente a la curva de calibración de ibuprofeno a 221 nm. La ecuación de la recta se expresa según y= 44.951x – 0.0164, con un coeficiente de correlación lineal de 0.9996. Al aplicar el test de significación del intercepto, éste resultó ser no significativo, ya que la t calculada fue menor que la t tabulada (0.45 < 2.78) t 0.975; 4.
El estudio de repetibilidad arrojó un valor promedio de 102.3, una desviación estandar de 1.236 y un coeficiente de variación de 1.20 %.
Los resultados del estudio de exactitud mostraron un recobrado promedio de 100.3 %, con un coeficiente de variación de 0.37 %. La curva de recuperación fue expresada por la ecuación y= 0.058 x + 99.55 y un coeficiente de correlación de 0.9836. Al aplicar el test de significación de la pendiente, resultó ser no significativo, ya que la t calculada fue menor que la t tabulada (1.59< 3.18) t 0.975; 3.
En la tabla 1 se reportan los resultados analíticos de los ensayos realizados a los lotes estudiados
En la figura 2 se muestra la representación gráfica correspondiente a la distribución de frecuencias de peso medio de los
comprimidos de ibuprofeno
Con el método de disolución utilizado se obtuvieron cantidades acumuladas de principio activo.
En la tabla 2 se reportan los resultados obtenidos de los valores de disolución en función del tiempo de los lotes ensayados y los correspondientes a los comprimidos del medicamento líder.
En la figura 3 se presentan los gráficos de los valores medios del porcentaje disuelto de ibuprofeno en función del tiempo para los lotes estudiados y los del medicamento líder en el medio de disolución.
Cuando se representa el logaritmo del porcentaje sin disolver en función del tiempo, el resultado es una recta que indica que dicho proceso se ajusta a una cinética de orden uno, lo que se confirma con el coeficiente de correlación alcanzado.
La recta de regresión es de la forma y= -0.0475x + 3.8492 con un coeficiente de correlación lineal de 0.9737 para la velocidad de disolución.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos indican que los comprimidos ensayados cumplen con las especificaciones de calidad
establecidas según las Normas de Calidad para el producto.
Se comprueba la linealidad, precisión y exactitud del método espectrofotométrico.
Se demuestra que la velocidad de disolución del principio activo es mayor en los comprimidos del medicamento líder
que en los de ibuprofeno ensayados, para el medio de disolución utilizado.
En el análisis espectrofotométrico cuantitativo el compuesto a ensayar o su derivado debe tener una absorción de suficiente intensidad para que sea útil, por lo que es necesario también que la muestra no esté contaminada con sustancias capaces de interferir.
La cromatografía moderna es un método utilizado para la separación de los componentes de una muestra, en la cual los mismos se distribuyen entre una fase estacionaria, mientras que la otra fase se mueve mediante el empleo de altas presiones a través de una columna, teoría conocida como cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), empleada para realizar diferentes ensayos tales como identificación, purificación y cuantificación.
La absorción de un fármaco desde una forma sólida tras su administración oral depende de la liberación del principio activo, la disolución o solubilización bajo condiciones fisiológicas y la permeabilidad a través del tracto gastrointestinal.
Basado en estas consideraciones el ensayo de disolución in vitro para formas orales de liberación inmediata como comprimidos y cápsulas, se usa para evaluar la calidad lote a lote, como guía en el desarrollo de nuevas formulaciones y para asegurar la calidad y el rendimiento continuados del producto después de ciertos cambios en la formulación, el proceso de elaboración, el sitio de fabricación y el aumento en escala del proceso de fabricación.
El presente trabajo estuvo dirigido a evaluar la calidad farmacéutica de comprimidos de ibuprofeno 400 mg, que incluye los siguientes atributos: identificación, valoración del principio activo, uniformidad de peso y cinética de disolución, así
como su validación.
MATERIALES Y METODOS
Las muestras analizadas se identificaron según los lotes IB 190, IB 195, IB 196 y se obtuvieron de distintas farmacias, realizándose cada determinación por triplicado.
El patrón de referencia estándar se consiguió de un Laboratorio de Especialidades medicinales.
Se comprobó la linealidad del método espectrocópico, mediante la verificación del cumplimiento de la Ley de Beer en un rango de concentraciones de 5.0- 50.0 mg/ ml.
Se comprobó la precisión, verificando la repetibilidad sobre la base del resultado de 10 determinaciones, con el 100 % de la concentración teórica.
Para comprobar la exactitud, se empleó el método de recuperación, mediante la preparación de muestras con distintos niveles de ibuprofeno que representan el 80, 90, 110 y 120 % de la concentración teórica del principio activo en el
comprimido.
La identificación y valoración de los comprimidos de ibuprofeno se desarrollaron por HPLC.
Se preparó el patrón hasta obtener una solución de concentración de 4 mg/ml y para la preparación de la muestra se morterearon 10comprimidos y se pesó el equivalente a 400 mg de ibuprofeno y se preparó una solución con la fase móvil hasta obtener la concentración antes mencionada. Se centrifugó y se inyectaron ambas soluciones en el
cromatógrafo y se calculó el contenido de ibuprofeno.
Como fase móvil se usó agua: ácido ortofosfórico (998ml: 12 ml) 25% y metanol 75%, con un flujo de 1,5 ml/min. La detección se llevó a cabo a 264 nm y se empleó una columna L1 (25 x 4,6 mm), con volumen de inyección de 20ml.
El ensayo de uniformidad de peso se realizó según los requerimientos de la Farmacopea Europea. Para ello, se pesaron individualmente 20 unidades tomadas al azar, determinando luego el peso promedio y calculando el porcentaje de desviación.
Para el ensayo de disolución, se empleó un disolutor Hanson SRII 6-vasos, validado a 37°,utilizando como medio de disolución 900 ml de buffer fosfato pH 7.2 y paletas operadas a 50 rpm.
Se confeccionó la curva de calibración a partir de la solución de referencia a 221 nm en un rango entre 5,0 y 50,0 mg/ml.
Se evaluó el perfil de disolución de los comprimidos, en las condiciones antes descritas. Se realizaron muestreos a los 5, 10, 20, 30, 45, 60 minutos. Se determinó la cantidad de principio activo disuelto midiendo la absorbancia de las diluciones correspondientes disueltas en el medio de disolución, contra la curva de calibración de la solución de referencia a 221 nm y comparó con el perfil de disolución de los comprimidos de ibuprofeno de un medicamento líder.
DISCUSION DE LOS RESULTADOS
Figura 1
En la figura 1 se muestra la representación gráfica correspondiente a la curva de calibración de ibuprofeno a 221 nm. La ecuación de la recta se expresa según y= 44.951x – 0.0164, con un coeficiente de correlación lineal de 0.9996. Al aplicar el test de significación del intercepto, éste resultó ser no significativo, ya que la t calculada fue menor que la t tabulada (0.45 < 2.78) t 0.975; 4.
El estudio de repetibilidad arrojó un valor promedio de 102.3, una desviación estandar de 1.236 y un coeficiente de variación de 1.20 %.
Los resultados del estudio de exactitud mostraron un recobrado promedio de 100.3 %, con un coeficiente de variación de 0.37 %. La curva de recuperación fue expresada por la ecuación y= 0.058 x + 99.55 y un coeficiente de correlación de 0.9836. Al aplicar el test de significación de la pendiente, resultó ser no significativo, ya que la t calculada fue menor que la t tabulada (1.59< 3.18) t 0.975; 3.
En la tabla 1 se reportan los resultados analíticos de los ensayos realizados a los lotes estudiados
En la figura 2 se muestra la representación gráfica correspondiente a la distribución de frecuencias de peso medio de los
comprimidos de ibuprofeno
Con el método de disolución utilizado se obtuvieron cantidades acumuladas de principio activo.
En la tabla 2 se reportan los resultados obtenidos de los valores de disolución en función del tiempo de los lotes ensayados y los correspondientes a los comprimidos del medicamento líder.
En la figura 3 se presentan los gráficos de los valores medios del porcentaje disuelto de ibuprofeno en función del tiempo para los lotes estudiados y los del medicamento líder en el medio de disolución.
Cuando se representa el logaritmo del porcentaje sin disolver en función del tiempo, el resultado es una recta que indica que dicho proceso se ajusta a una cinética de orden uno, lo que se confirma con el coeficiente de correlación alcanzado.
La recta de regresión es de la forma y= -0.0475x + 3.8492 con un coeficiente de correlación lineal de 0.9737 para la velocidad de disolución.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos indican que los comprimidos ensayados cumplen con las especificaciones de calidad
establecidas según las Normas de Calidad para el producto.
Se comprueba la linealidad, precisión y exactitud del método espectrofotométrico.
Se demuestra que la velocidad de disolución del principio activo es mayor en los comprimidos del medicamento líder
que en los de ibuprofeno ensayados, para el medio de disolución utilizado.
lunes, 10 de mayo de 2010
TAREA 3 (IBUPROFENO Y NAPROXENO)
La elección de un método es el primer paso fundamental en cualquier análisis cuantitativo, como se ilustra en la figura 1-2. A veces esto resulta difícil porque, además de experiencia, se necesita intuición. Uno de los primeros factores que hay que considerar al elegir un método es el nivel de exactitud requerido. Desafortunadamente, para obtener un resultado confiable, casi siempre hay que invertir mucho tiempo. La elección del método usualmente representa un compromiso entre la exactitud necesaria y la disponibilidad de tiempo y dinero para hacer el análisis.
Figura 1-2. Diagrama de flujo de las etapas de un análisis cuantitativo. Existen varias rutas pasibles a lo largo de un análisis. En el ejemplo más sencillo representado por la ruta vertical central, se elige el método, se obtiene y procesa la muestra, se disuelve en un solvente apropiado, se mide una propiedad del analito, se calculan los resultados y se determina la fiabilidad de los mismos. La complejidad de la muestra y del método elegido, determina que se tenga que recurrir a otras rutas posibles.
Otro elemento que se debe considerar dentro del factor económico de muestras que se quieren analizar. Si se tienen que procesar muchas muestras, se empleará una buena parte de tiempo en efectuar operaciones preliminares como ensamblar y calibrar instrumentos y equipo, así como preparar soluciones patrón. Si sólo se tiene una muestra o unas cuantas, puede ser más conveniente seleccionar un procedimiento que evite o minimice los pasos preliminares.
Por último, cabe mencionar que en la elección del método siempre debe tomarse en cuenta la complejidad de la muestra y la cantidad de sus componentes.
Muestreo. Como se ilustra en la figura 1-2, el siguiente paso en un análisis cuantitativo es obtener la muestra. Para que un análisis arroje información importante, debe efectuarse en una muestra que tenga una composición tal que sea representativa del material de donde se tomó. Cuando éste es grande y heterogéneo, se requiere de un gran esfuerzo para obtener una muestra representativa. Por ejemplo, en un cargamento de 25 toneladas de mineral de plata, el comprador y el vendedor deben acordar que el valor del embarque se establezca sobre todo en su contenido de plata. Por sí solo el mineral es heterogéneo, compuesto de muchos trozos de tamaño y contenido de plata variables. En realidad, el análisis del mineral se hará en una muestra con un peso aproximado de un gramo. Para que el análisis sea significativo, esta pequeña muestra debe tener una composición representativa de las 25 toneladas (o, aproximadamente 22 700 000 g) del mineral. El muestreo consiste en aislar alrededor de un gramo de material que refleje con exactitud la composición promedio de los casi 23,000000 g de muestra. Esta es una empresa difícil que requiere manipular sistemática y cuidadosamente todo el cargamento. Muestreo significa obtener una pequeña cantidad de material cuya composición represente exactamente la masa del material que ha sido muestreado.
Obtener especimenes de material biológico representa otro tipo de dificultad para el muestreo. La toma de muestras de sangre humana para determinar, por ejemplo, gases sanguíneos, ilustra el problema que implica obtener una muestra representativa de un sistema biológico complejo. La concentración de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre depende de diversos factores fisiológicos y ambientales. Por ejemplo, la aplicación incorrecta de un torniquete o la flexión de la mano del paciente pueden causar fluctuaciones considerables en la concentración sanguínea de oxígeno. Como los médicos toman decisiones de vida o muerte de acuerdo con los resultados del análisis de gases sanguíneos, se han desarrollado procedimientos muy estrictos para el muestreo y transporte de especimenes al laboratorio clínico. Con estos métodos se asegura que la muestra sea representativa del paciente al momento de tomarla y que se mantenga íntegra hasta que pueda analizarse.
Por suerte, muchos problemas de muestreo se solucionan con más facilidad que los dos recién descritos. Aunque la muestra sea simple o compleja, el analista debe asegurarse que la muestra de laboratorio sea representativa del conjunto antes de proceder con un análisis. Con frecuencia, el muestreo es la etapa más difícil de un análisis y el que conduce a un mayor error, de ahí que el resultado final de un análisis nunca va a ser más confiable de lo que es la etapa de muestreo.
Procesamiento de la muestra
La tercera etapa de un análisis consiste en procesar la muestra como se ilustra en la figura 1-2. A veces no es necesario efectuar este paso y se procede a la etapa de medición directa. Por ejemplo, una vez que se tiene una muestra de agua de un arroyo, un lago o un océano, se puede medir directamente el pH. Sin embargo, en la mayoría de los casos es necesario procesar la muestra empleando alguno de los métodos diversos. El primer paso en el procesamiento de la muestra es a menudo la preparación de la muestra de laboratorio.
Preparación de una muestra de laboratorio.
Si la muestra de laboratorio es un sólido se pulveriza para reducir el tamaño de partícula, se mezcla para asegurar su homogeneidad y se almacena por algún tiempo antes de iniciar el análisis. Durante cada etapa del proceso puede haber absorción o desorción de agua, lo que depende de la humedad del ambiente. Dado que la pérdida o ganancia de agua cambia la composición química de los sólidos, es recomendable secar las muestras al comienzo del análisis o determinar el contenido de humedad de la muestra en el transcurso del mismo, con un método analítico por separado.
En la preparación de las muestras líquidas se presentan algunos problemas rela¬tivamente distintos, aunque también están relacionados con los que ofrecen los sólidos. Si las muestras líquidas se exponen al aire, el solvente puede evaporarse y en consecuencia cambiar la concentración del analito. Si éste es un gas disuelto en un líquido, como en el ejemplo del análisis de gases sanguíneos, el recipiente que contiene la muestra debe mantenerse dentro de un segundo recipiente sellado, incluso durante todo el procedimiento analítico, para evitar que se contamine con gases atmosféricos. En ocasiones se deben tomar medidas adicionales, como manipular la muestra y hacer la medición en una atmósfera inerte para preservar la integridad de la muestra.
Definición de muestras repetidas
La mayoría de los análisis químicos se llevan a cabo en muestras repetidas cuya masa o volumen se ha determinado mediante cuidadosas mediciones con una balanza analítica o un instrumento volumétrico preciso. La repetición de mediciones mejora la calidad de los resultados y proporciona una medida de su confiabilidad. Las mediciones cuantitativas repetidas son usualmente calculadas, y varias pruebas estadísticas son aplicadas a los resultados para determinar su veracidad.
Preparación de soluciones: cambios físicos y químicos
La mayoría de los análisis se realizan en soluciones de la muestra preparadas con un solvente adecuado. En el caso ideal, el disolvente debe desleír toda la muestra, incluyendo el analito, rápida y completamente. Las condiciones de disolución deben ser suficientemente suaves para que no haya pérdidas del analito o sean mínimas. En el organigrama de la figura 1-2, se pregunta si la muestra es soluble en el solvente elegido. Lamentablemente, muchos de los materiales que deben analizarse son insolubles en los solventes comunes. Entre éstos se encuentran los minerales de, silicato, algunos polímeros de peso molecular elevado y las muestras de tejido animal. En estas circunstancias, se debe seguir el procedimiento descrito en el cuadro derecho del organigrama y efectuar algún paso químico que implica alguna dificultad. Transformar un analito insoluble presente en este tipo de especimenes en su forma soluble, suele ser el paso más difícil y laborioso de un procedimiento analítico. Puede ser necesario calentar la muestra con soluciones acuosas de ácidos fuertes, bases fuertes, agentes oxidantes, reductores o con una mezcla de estos reactivos. En otros casos se tendrá que calcinar la muestra en aire u oxígeno o fundirla en presencia de diversos fundentes a temperaturas elevadas. Una vez que se ha solubilizado el analito, nos preguntamos si la solución tiene alguna propiedad que sea proporcional a la concentración del analito y que pueda medirse. Si no es así, habrá que hacer otros pasos químicos para convertir el analito en una forma adecuada para proceder a su medición como se muestra en la figura 1-2. Por ejemplo, en la determinación de manganeso en acero, el manganeso debe oxidarse a MnO4 antes de medir la absorbancia de la solución colorida (véase el capítulo 23). En este punto del análisis, se puede proceder en seguida a la etapa de medición; aunque es más frecuente que primero se deban eliminar de la muestra las interferencias y luego pasar a la etapa de medición, como se observa en el diagrama de flujo de la figura 1-2.
Eliminación de interferencias
Una vez lograda la disolución de la muestra y transformado el analito en una forma adecuada para la etapa de medición, el siguiente paso es eliminar las sustancias de la muestra que pueden interferir con la medición. Esta secuencia se describe en el diagrama de la figura 1-2. En el análisis químico son pocas las propiedades químicas o físicas importantes que sean específicas de una sola especie química. Más bien, las reacciones utilizadas y las propiedades que se miden son características de un grupo de elementos o compuestos. Las especies que dificultan la medición final del analito se denominan interferencias o interferentes. Para separarlas de los analitos antes de proceder a su medición final, es necesario diseñar un esquema de separación; sin embargo, no existen normas definitivas y precisas para ello, y resolver este problema puede ser el aspecto más laborioso de un análisis. En los capítulos 24 al 26 se describen los métodos usuales de separación.
Calibración y mediciones
Todos los resultados analíticos dependen de la medición final de una X propiedad física del analito (figura 1-2), la cual debe variar en forma predecible y reproducible con la concentración CA del analito. En un caso ideal, la propiedad medida es directamente proporcional a la concentración, es decir,
CA= KX
Donde K es una constante de proporcionalidad. Salvo algunas excepciones, los métodos analíticos precisan de una determinación empírica de K con ciertos patrones químicos.
Calculo de resultados
Calcular las concentraciones de analito a partir de los datos experimentales es generalmente una tarea sencilla; en particular con calculadoras o computadoras. Este paso se indica en el penúltimo cuadro del organigrama de la figura 1-2; los cálculos se basan en los datos experimentales obtenidos en la etapa de medición, en las características de los instrumentos empleados en la medición y en la estequiometría de la reacción analítica, a lo largo del texto se describen ejemplos representativos de este tipo de cálculos.
Evaluación de resultados y estimado de su confiabilidad
Como está implícito en la figura 1-2 los resultados analíticos están incompletos sin un estimado de su confiabilidad. El analista debe proporcionar alguna medida de la incertidumbre asociada al cálculo de los resultados, cualquiera que sea el valor de los datos.
Un resultado analítico que carezca de un estimado de su confiabilidad no tiene valor.
Otra clasificación del análisis cuantitativo se puede basar en el tamaño de la muestra con la que se cuenta para el análisis. Las subdivisiones no están muy bien definidas, se unen en forma imperceptible y son en general como sigue: se habla de análisis macro cuando el peso de la muestra disponible es mayor de 0.1 g; los análisis semi micro se realizan con muestras de 10 a 100 mg; los análisis micro tratan con muestras que pesan de 1 a 10 mg; y los análisis ultramicro involucran muestras del orden del microgramo (1 mg = 10-6 g).
Pasos en un análisis
En el curso introductoria de análisis cuantitativo, el estudiante se ocupará sobre todo de los componentes principales de muestras macro. Rara vez realizará el análisis cuantitativo completo de una muestra. Un análisis químico consta, en realidad, de cuatro pasos principales: (1) muestreo, esto es, seleccionar una muestra representativa del material que va a ser analizado; (2) conversión de la analita a una forma adecuada para la medición; (3) medición y (4) cálculo e interpretación de las mediciones. El principiante con frecuencia sólo lleva a cabo los pasos 3 y 4, ya que por lo general son los más fáciles.
Además de los pasos arriba mencionados, se pueden requerir otras operaciones. Si la muestra es un sólido, puede ser necesario secarla antes de realizar el análisis. Los sólidos también necesitan ser disueltos en un solvente adecuado antes de la medición. Y debe hacerse una medición precisa del peso de la muestra (del volumen si se trata de un gas), ya que los resultados analíticos se reportan por lo general, en términos relativos; por ejemplo, el número de gramos de analita por 100 g de muestra (por ciento en peso).
Figura 1-2. Diagrama de flujo de las etapas de un análisis cuantitativo. Existen varias rutas pasibles a lo largo de un análisis. En el ejemplo más sencillo representado por la ruta vertical central, se elige el método, se obtiene y procesa la muestra, se disuelve en un solvente apropiado, se mide una propiedad del analito, se calculan los resultados y se determina la fiabilidad de los mismos. La complejidad de la muestra y del método elegido, determina que se tenga que recurrir a otras rutas posibles.
Otro elemento que se debe considerar dentro del factor económico de muestras que se quieren analizar. Si se tienen que procesar muchas muestras, se empleará una buena parte de tiempo en efectuar operaciones preliminares como ensamblar y calibrar instrumentos y equipo, así como preparar soluciones patrón. Si sólo se tiene una muestra o unas cuantas, puede ser más conveniente seleccionar un procedimiento que evite o minimice los pasos preliminares.
Por último, cabe mencionar que en la elección del método siempre debe tomarse en cuenta la complejidad de la muestra y la cantidad de sus componentes.
Muestreo. Como se ilustra en la figura 1-2, el siguiente paso en un análisis cuantitativo es obtener la muestra. Para que un análisis arroje información importante, debe efectuarse en una muestra que tenga una composición tal que sea representativa del material de donde se tomó. Cuando éste es grande y heterogéneo, se requiere de un gran esfuerzo para obtener una muestra representativa. Por ejemplo, en un cargamento de 25 toneladas de mineral de plata, el comprador y el vendedor deben acordar que el valor del embarque se establezca sobre todo en su contenido de plata. Por sí solo el mineral es heterogéneo, compuesto de muchos trozos de tamaño y contenido de plata variables. En realidad, el análisis del mineral se hará en una muestra con un peso aproximado de un gramo. Para que el análisis sea significativo, esta pequeña muestra debe tener una composición representativa de las 25 toneladas (o, aproximadamente 22 700 000 g) del mineral. El muestreo consiste en aislar alrededor de un gramo de material que refleje con exactitud la composición promedio de los casi 23,000000 g de muestra. Esta es una empresa difícil que requiere manipular sistemática y cuidadosamente todo el cargamento. Muestreo significa obtener una pequeña cantidad de material cuya composición represente exactamente la masa del material que ha sido muestreado.
Obtener especimenes de material biológico representa otro tipo de dificultad para el muestreo. La toma de muestras de sangre humana para determinar, por ejemplo, gases sanguíneos, ilustra el problema que implica obtener una muestra representativa de un sistema biológico complejo. La concentración de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre depende de diversos factores fisiológicos y ambientales. Por ejemplo, la aplicación incorrecta de un torniquete o la flexión de la mano del paciente pueden causar fluctuaciones considerables en la concentración sanguínea de oxígeno. Como los médicos toman decisiones de vida o muerte de acuerdo con los resultados del análisis de gases sanguíneos, se han desarrollado procedimientos muy estrictos para el muestreo y transporte de especimenes al laboratorio clínico. Con estos métodos se asegura que la muestra sea representativa del paciente al momento de tomarla y que se mantenga íntegra hasta que pueda analizarse.
Por suerte, muchos problemas de muestreo se solucionan con más facilidad que los dos recién descritos. Aunque la muestra sea simple o compleja, el analista debe asegurarse que la muestra de laboratorio sea representativa del conjunto antes de proceder con un análisis. Con frecuencia, el muestreo es la etapa más difícil de un análisis y el que conduce a un mayor error, de ahí que el resultado final de un análisis nunca va a ser más confiable de lo que es la etapa de muestreo.
Procesamiento de la muestra
La tercera etapa de un análisis consiste en procesar la muestra como se ilustra en la figura 1-2. A veces no es necesario efectuar este paso y se procede a la etapa de medición directa. Por ejemplo, una vez que se tiene una muestra de agua de un arroyo, un lago o un océano, se puede medir directamente el pH. Sin embargo, en la mayoría de los casos es necesario procesar la muestra empleando alguno de los métodos diversos. El primer paso en el procesamiento de la muestra es a menudo la preparación de la muestra de laboratorio.
Preparación de una muestra de laboratorio.
Si la muestra de laboratorio es un sólido se pulveriza para reducir el tamaño de partícula, se mezcla para asegurar su homogeneidad y se almacena por algún tiempo antes de iniciar el análisis. Durante cada etapa del proceso puede haber absorción o desorción de agua, lo que depende de la humedad del ambiente. Dado que la pérdida o ganancia de agua cambia la composición química de los sólidos, es recomendable secar las muestras al comienzo del análisis o determinar el contenido de humedad de la muestra en el transcurso del mismo, con un método analítico por separado.
En la preparación de las muestras líquidas se presentan algunos problemas rela¬tivamente distintos, aunque también están relacionados con los que ofrecen los sólidos. Si las muestras líquidas se exponen al aire, el solvente puede evaporarse y en consecuencia cambiar la concentración del analito. Si éste es un gas disuelto en un líquido, como en el ejemplo del análisis de gases sanguíneos, el recipiente que contiene la muestra debe mantenerse dentro de un segundo recipiente sellado, incluso durante todo el procedimiento analítico, para evitar que se contamine con gases atmosféricos. En ocasiones se deben tomar medidas adicionales, como manipular la muestra y hacer la medición en una atmósfera inerte para preservar la integridad de la muestra.
Definición de muestras repetidas
La mayoría de los análisis químicos se llevan a cabo en muestras repetidas cuya masa o volumen se ha determinado mediante cuidadosas mediciones con una balanza analítica o un instrumento volumétrico preciso. La repetición de mediciones mejora la calidad de los resultados y proporciona una medida de su confiabilidad. Las mediciones cuantitativas repetidas son usualmente calculadas, y varias pruebas estadísticas son aplicadas a los resultados para determinar su veracidad.
Preparación de soluciones: cambios físicos y químicos
La mayoría de los análisis se realizan en soluciones de la muestra preparadas con un solvente adecuado. En el caso ideal, el disolvente debe desleír toda la muestra, incluyendo el analito, rápida y completamente. Las condiciones de disolución deben ser suficientemente suaves para que no haya pérdidas del analito o sean mínimas. En el organigrama de la figura 1-2, se pregunta si la muestra es soluble en el solvente elegido. Lamentablemente, muchos de los materiales que deben analizarse son insolubles en los solventes comunes. Entre éstos se encuentran los minerales de, silicato, algunos polímeros de peso molecular elevado y las muestras de tejido animal. En estas circunstancias, se debe seguir el procedimiento descrito en el cuadro derecho del organigrama y efectuar algún paso químico que implica alguna dificultad. Transformar un analito insoluble presente en este tipo de especimenes en su forma soluble, suele ser el paso más difícil y laborioso de un procedimiento analítico. Puede ser necesario calentar la muestra con soluciones acuosas de ácidos fuertes, bases fuertes, agentes oxidantes, reductores o con una mezcla de estos reactivos. En otros casos se tendrá que calcinar la muestra en aire u oxígeno o fundirla en presencia de diversos fundentes a temperaturas elevadas. Una vez que se ha solubilizado el analito, nos preguntamos si la solución tiene alguna propiedad que sea proporcional a la concentración del analito y que pueda medirse. Si no es así, habrá que hacer otros pasos químicos para convertir el analito en una forma adecuada para proceder a su medición como se muestra en la figura 1-2. Por ejemplo, en la determinación de manganeso en acero, el manganeso debe oxidarse a MnO4 antes de medir la absorbancia de la solución colorida (véase el capítulo 23). En este punto del análisis, se puede proceder en seguida a la etapa de medición; aunque es más frecuente que primero se deban eliminar de la muestra las interferencias y luego pasar a la etapa de medición, como se observa en el diagrama de flujo de la figura 1-2.
Eliminación de interferencias
Una vez lograda la disolución de la muestra y transformado el analito en una forma adecuada para la etapa de medición, el siguiente paso es eliminar las sustancias de la muestra que pueden interferir con la medición. Esta secuencia se describe en el diagrama de la figura 1-2. En el análisis químico son pocas las propiedades químicas o físicas importantes que sean específicas de una sola especie química. Más bien, las reacciones utilizadas y las propiedades que se miden son características de un grupo de elementos o compuestos. Las especies que dificultan la medición final del analito se denominan interferencias o interferentes. Para separarlas de los analitos antes de proceder a su medición final, es necesario diseñar un esquema de separación; sin embargo, no existen normas definitivas y precisas para ello, y resolver este problema puede ser el aspecto más laborioso de un análisis. En los capítulos 24 al 26 se describen los métodos usuales de separación.
Calibración y mediciones
Todos los resultados analíticos dependen de la medición final de una X propiedad física del analito (figura 1-2), la cual debe variar en forma predecible y reproducible con la concentración CA del analito. En un caso ideal, la propiedad medida es directamente proporcional a la concentración, es decir,
CA= KX
Donde K es una constante de proporcionalidad. Salvo algunas excepciones, los métodos analíticos precisan de una determinación empírica de K con ciertos patrones químicos.
Calculo de resultados
Calcular las concentraciones de analito a partir de los datos experimentales es generalmente una tarea sencilla; en particular con calculadoras o computadoras. Este paso se indica en el penúltimo cuadro del organigrama de la figura 1-2; los cálculos se basan en los datos experimentales obtenidos en la etapa de medición, en las características de los instrumentos empleados en la medición y en la estequiometría de la reacción analítica, a lo largo del texto se describen ejemplos representativos de este tipo de cálculos.
Evaluación de resultados y estimado de su confiabilidad
Como está implícito en la figura 1-2 los resultados analíticos están incompletos sin un estimado de su confiabilidad. El analista debe proporcionar alguna medida de la incertidumbre asociada al cálculo de los resultados, cualquiera que sea el valor de los datos.
Un resultado analítico que carezca de un estimado de su confiabilidad no tiene valor.
Otra clasificación del análisis cuantitativo se puede basar en el tamaño de la muestra con la que se cuenta para el análisis. Las subdivisiones no están muy bien definidas, se unen en forma imperceptible y son en general como sigue: se habla de análisis macro cuando el peso de la muestra disponible es mayor de 0.1 g; los análisis semi micro se realizan con muestras de 10 a 100 mg; los análisis micro tratan con muestras que pesan de 1 a 10 mg; y los análisis ultramicro involucran muestras del orden del microgramo (1 mg = 10-6 g).
Pasos en un análisis
En el curso introductoria de análisis cuantitativo, el estudiante se ocupará sobre todo de los componentes principales de muestras macro. Rara vez realizará el análisis cuantitativo completo de una muestra. Un análisis químico consta, en realidad, de cuatro pasos principales: (1) muestreo, esto es, seleccionar una muestra representativa del material que va a ser analizado; (2) conversión de la analita a una forma adecuada para la medición; (3) medición y (4) cálculo e interpretación de las mediciones. El principiante con frecuencia sólo lleva a cabo los pasos 3 y 4, ya que por lo general son los más fáciles.
Además de los pasos arriba mencionados, se pueden requerir otras operaciones. Si la muestra es un sólido, puede ser necesario secarla antes de realizar el análisis. Los sólidos también necesitan ser disueltos en un solvente adecuado antes de la medición. Y debe hacerse una medición precisa del peso de la muestra (del volumen si se trata de un gas), ya que los resultados analíticos se reportan por lo general, en términos relativos; por ejemplo, el número de gramos de analita por 100 g de muestra (por ciento en peso).
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