Adición estándar

El método de adición estándar , también llamado adición conocida , frecuentemente utilizado en química analítica , cuantifica el analito presente en una muestra desconocida. Este método es útil para analizar muestras complejas donde el efecto matriz interfiere con la señal del analito. En comparación con el método de la curva de calibración , el método de adición estándar tiene la ventaja de que las matrices de la muestra desconocida y los estándares son prácticamente idénticas. ^{[ 1 ]} Esto minimiza el posible sesgo derivado del efecto matriz al determinar la concentración.

Variaciones

La adición estándar consiste en añadir cantidades conocidas de analito a una muestra desconocida, un proceso conocido como adición de patrón interno . Al aumentar el número de adiciones de patrón interno, el analista puede extrapolar la concentración del analito en la muestra desconocida que no ha sido añadida. ^{[ 2 ]} Existen varios métodos para la adición estándar. La siguiente sección resume cada uno de ellos.

Suma estándar única utilizada en polarografía

En la polarografía clásica , el método de adición estándar consiste en crear dos muestras: una sin trazas y otra con trazas. Al comparar la corriente medida en ambas muestras, se determina la cantidad de analito en la muestra desconocida. ^{[ 1 ]} Este método fue el primero en ser descrito y fue introducido por el químico minero alemán Hans Hohn en 1937. ^{[ 3 ]} En su libro práctico de polarografía, titulado Chemische Analysen mit dem Polargraphen, Hohn se refirió a este método como Eichzusatz , que se traduce como "adición de calibración" en español. Posteriormente, en la literatura alemana, este método se denominó Standardzugabe , que significa "adición estándar" en español.

La polarografía moderna generalmente implica el uso de tres soluciones: la solución estándar, la solución desconocida y una mezcla de ambas. Al medir dos de estas soluciones, se calcula la concentración desconocida. ^{[ 1 ]}

Como la adición estándar polarográfica implica el uso de una sola solución con el estándar añadido (el diseño de dos niveles), los polarógrafos siempre se refieren al método como adición estándar singular. ^{[ 4 ]}

Adición sucesiva de estándares en volumen de muestra y volumen total constantes.

Fuera del campo de la polarografía, el libro de Harvey, Spectrochemical Procedures, fue el siguiente libro de referencia más antiguo en mencionar la adición estándar. ^{[ 4 ]} El método de Harvey, que implica la adición sucesiva de estándares, se asemeja mucho al método de adición estándar más utilizado en la actualidad.

Para aplicar este método, los analistas preparan múltiples soluciones que contienen cantidades iguales de la muestra desconocida y les añaden concentraciones variables del analito. La cantidad de la muestra desconocida y el volumen total son los mismos en todos los estándares, y la única diferencia entre ellos es la cantidad de analito añadido. Esto genera una relación lineal entre la señal del analito y la cantidad de analito añadida, lo que permite determinar la concentración de la muestra desconocida extrapolando la señal cero del analito. Una desventaja de este método es que requiere una cantidad suficiente de la muestra desconocida. ^{[ 2 ]} Cuando se trabaja con una cantidad limitada de muestra, un analista podría necesitar realizar una sola adición, pero generalmente se considera una buena práctica realizar al menos dos adiciones siempre que sea posible. ^{[ 5 ]}

Cabe señalar que esto no se limita a muestras líquidas. En espectroscopia de absorción atómica , por ejemplo, las adiciones estándar se utilizan a menudo con muestras sólidas. ^{[ 6 ]}

En la espectroscopia de emisión atómica , la señal de fondo no se puede resolver mediante la suma estándar. Por lo tanto, la señal de fondo debe restarse de las intensidades desconocida y estándar antes de extrapolar para obtener la señal cero. ^{[ 5 ]}

Como este enfoque implica una cantidad variable de estándares añadidos, a menudo se le denomina en plural como adiciones estándar . ^{[ 4 ]}

Ejemplo

Supongamos que un analista determina la concentración de plata en muestras de residuos de película fotográfica mediante espectroscopia de absorción atómica . Utilizando el método de la curva de calibración, el analista puede calibrar el espectrómetro con una solución acuosa de plata pura y usar la gráfica de calibración para determinar la cantidad de plata presente en las muestras de residuos. Sin embargo, este método presupone que la solución acuosa pura de plata y la muestra de residuos fotográficos tienen la misma matriz y, por lo tanto, las muestras de residuos están libres del efecto matriz.

Los efectos de matriz se producen incluso con métodos como la espectrometría de plasma , que tienen fama de estar relativamente libres de interferencias. Por lo tanto, en este caso, el analista utilizaría adiciones estándar.

Para las adiciones estándar, se toman volúmenes iguales de las soluciones de muestra y se les añaden cantidades variables del analito: 0, 1, 2, 3, 4 y 5 mL, donde 0 mL corresponde a una solución de muestra pura. A continuación, todas las soluciones se diluyen a un volumen final de 25 mL con el mismo disolvente utilizado para preparar las soluciones de adición. Cada solución preparada se analiza mediante un espectrómetro de absorción atómica. Se representan gráficamente las señales resultantes y las concentraciones de plata añadidas correspondientes, con la concentración en el eje x y la señal en el eje y. Se calcula una línea de regresión mediante el método de mínimos cuadrados y la intersección con el eje x se determina dividiendo la intersección con el eje y entre la pendiente de la línea de regresión. Esta intersección con el eje x representa la concentración de plata de la muestra de prueba sin la adición de la solución estándar.

Error

Si bien el método de adición estándar es eficaz para reducir la interferencia de la mayoría de los efectos de matriz en la señal del analito, no puede corregir los efectos de matriz traslacionales . ^{[ 7 ]} Estos efectos son causados por otras sustancias presentes en la muestra desconocida que a menudo son independientes de la concentración del analito. Se les suele denominar "fondo" y pueden afectar la intersección de la línea de regresión sin afectar la pendiente. Esto produce un sesgo hacia la concentración desconocida. En otras palabras, la adición estándar no corregirá estos fondos ni otras interferencias espectrales. ^{[ 5 ]}

Los analistas también necesitan evaluar la precisión de la concentración desconocida determinada calculando la desviación estándar, $s_{x}$ . Más bajo $s_{x}$ indica mayor precisión en las mediciones. El valor de $s_{x}$ es dado por

s_{x}={\frac {s_{y}}{|m|}}{\sqrt {{\frac {1}{n}}+{\frac {{\bar {y}}^{2}}{m^{2}\sum {(x_{i}-{\bar {x}})^{2}}}}}}

donde el cálculo involucra las siguientes variables:

desviación estándar de los residuos, $s_{y}$ $={\sqrt {\frac {\sum {(y_{i}-mx_{i}-b)}^{2}}{n-2}}}$
valor absoluto de la pendiente de la recta de mínimos cuadrados, $m$
intersección con el eje y de la curva lineal, $b$
número de estándares, $n$
medición promedio de los estándares, ${\bar {y}}$
concentraciones de los estándares, $x_{i}$
concentración media de los estándares, ${\bar {x}}$

Véase también

Referencias

1 2 3 Bader, Morris (1980). "Un enfoque sistemático de los métodos de adición estándar en el análisis instrumental" . Journal of Chemical Education . 57 (10): 703. Bibcode : 1980JChEd..57..703B . doi : 10.1021/ed057p703 . ISSN 0021-9584 .
1 2 Skoog, Douglas A.; Holler, James F.; Crouch, Stanley R. (2016). Principios de análisis instrumental (6.ª ed.). Boston, MA, EE. UU.: Cengage Learning. págs. 13–14 . ISBN 978-1-305-57721-3.
^ Hohn, Hans (1937). Chemische Analysen mit dem Polarographen . Berlín, Alemania: SpringerVerlag. pag. 51.
1 2 3 Harvey, Charles E. (1950). Procedimientos espectroquímicos (1.ª ed.). Glendale: Applied Research Laboratories.
^ Robinson, James W .; Marco Skelly, Eileen M.; Cuadro II, George M. (2005). Introducción a la espectroscopia (6ª ed.). Nueva York: Marcel Dekker. págs. 84 a 87. ISBN 0-203-99730-1.
↑ Fan, Xiaoyu; Li, Qing; Lin, Ping; Jin, Zhonggan; Chen, Meizi; Yi, Zu (2022). "Un método de adición estándar para cuantificar el litio sérico mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente". Ann Clin Biochem . 59 (3): 166– 170. doi : 10.1177/00045632211054745 . PMID 34719967 .
↑ Ellison, Stephen L.; Thompson, Michael (2008). "Adiciones estándar: mito y realidad". The Analyst . 133 (8): 992– 7. Bibcode : 2008Ana...133..992E . doi : 10.1039/b717660k . PMID 18645637 .

[:0-1] 1 2 3 Bader, Morris (1980). "Un enfoque sistemático de los métodos de adición estándar en el análisis instrumental" . Journal of Chemical Education . 57 (10): 703. Bibcode : 1980JChEd..57..703B . doi : 10.1021/ed057p703 . ISSN 0021-9584 .

[:1-2] 1 2 Skoog, Douglas A.; Holler, James F.; Crouch, Stanley R. (2016). Principios de análisis instrumental (6.ª ed.). Boston, MA, EE. UU.: Cengage Learning. págs. 13–14 . ISBN 978-1-305-57721-3.

[3] Hohn, Hans (1937). Chemische Analysen mit dem Polarographen . Berlín, Alemania: SpringerVerlag. pag. 51.

[:2-4] 1 2 3 Harvey, Charles E. (1950). Procedimientos espectroquímicos (1.ª ed.). Glendale: Applied Research Laboratories.

[:3-5] Robinson, James W .; Marco Skelly, Eileen M.; Cuadro II, George M. (2005). Introducción a la espectroscopia (6ª ed.). Nueva York: Marcel Dekker. págs. 84 a 87. ISBN 0-203-99730-1.

[6] Fan, Xiaoyu; Li, Qing; Lin, Ping; Jin, Zhonggan; Chen, Meizi; Yi, Zu (2022). "Un método de adición estándar para cuantificar el litio sérico mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente". Ann Clin Biochem . 59 (3): 166– 170. doi : 10.1177/00045632211054745 . PMID 34719967 .

[7] Ellison, Stephen L.; Thompson, Michael (2008). "Adiciones estándar: mito y realidad". The Analyst . 133 (8): 992– 7. Bibcode : 2008Ana...133..992E . doi : 10.1039/b717660k . PMID 18645637 .

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