Adición estándar

El método de adición de estándares , que se utiliza a menudo en química analítica , cuantifica el analito presente en una muestra desconocida. Este método es útil para analizar muestras complejas en las que un efecto de matriz interfiere con la señal del analito. En comparación con el método de la curva de calibración , el método de adición de estándares tiene la ventaja de que las matrices de la muestra desconocida y de los estándares son casi idénticas. ^[1] Esto minimiza el sesgo potencial que surge del efecto de matriz al determinar la concentración.

Variaciones

La adición de estándares implica agregar cantidades conocidas de analito a una muestra desconocida, un proceso conocido como adición de cantidades . Al aumentar la cantidad de adiciones, el analista puede extrapolar la concentración de analito en la muestra desconocida que no ha sido agregada. ^[2] Existen múltiples enfoques para la adición de estándares. La siguiente sección resume cada enfoque.

Adición estándar única utilizada en polarografía

En la polarografía clásica , el método de adición estándar implica la creación de dos muestras: una muestra sin picos y otra con picos. Al comparar la corriente medida de dos muestras, se determina la cantidad de analito en la muestra desconocida. ^[1] Este enfoque fue el primer uso informado de la adición estándar y fue introducido por un 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 Eizhusatzes , que se traduce como "adición de calibración" en inglés. Más tarde, en la literatura alemana, este método se denominó Standardzugabe , que significa "adición estándar" en inglés.

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

Como la adición estándar polarográfica implica utilizar solo una solución con el estándar agregado (el diseño de dos niveles), los polarógrafos siempre se refieren al método como adición estándar singular. ^[4]

Adición sucesiva de estándares en muestra constante y volumen total

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

Para aplicar este método, los analistas preparan múltiples soluciones que contienen cantidades iguales de sustancia desconocida y las adicionan con concentraciones variables del analito. La cantidad de sustancia desconocida y el volumen total son los mismos en todos los estándares y la única diferencia entre los estándares es la cantidad de analito adicionado. Esto conduce a una relación lineal entre la señal de analito y la cantidad de analito agregado, lo que permite la determinación de la concentración de la sustancia desconocida extrapolando la señal de analito cero. Una desventaja de este enfoque es que requiere una cantidad suficiente de sustancia desconocida. ^[2] Cuando se trabaja con una cantidad limitada de muestra, un analista puede necesitar hacer una sola adición, pero generalmente se considera una buena práctica hacer al menos dos adiciones siempre que sea posible. ^[5]

Tenga en cuenta que esto no se limita a las muestras líquidas. En la 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 adición de estándares. Por lo tanto, la señal de fondo debe restarse de las intensidades desconocidas y estándar antes de extrapolar para la señal cero. ^[5]

Como este enfoque implica una cantidad variable de estándares agregados, a menudo se lo denomina en forma plural " adiciones estándar" . ^[4]

Ejemplo

Supongamos que un analista está determinando la concentración de plata en muestras de solución de desechos en 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 utilizar el gráfico de calibración para determinar la cantidad de plata presente en las muestras de desechos. Este método, sin embargo, supone que la solución acuosa pura de plata y una muestra de desechos fotográficos tienen la misma matriz y, por lo tanto, las muestras de desechos están libres del efecto de la matriz.

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

Para las adiciones estándar, se toman volúmenes iguales de las soluciones de muestra y todas se agregan por separado con cantidades variables del analito: 0, 1, 2, 3, 4, 5 ml, donde la adición de 0 ml es una solución de muestra de prueba pura. Luego, todas las soluciones se diluyen al mismo volumen de 25 ml, utilizando el mismo solvente que el utilizado para preparar las soluciones de adición. Luego, cada solución preparada se analiza utilizando un espectrómetro de absorción atómica. Las señales resultantes y las concentraciones de plata agregadas correspondientes se grafican, con la concentración en el eje x y la señal en el eje y. Se calcula una línea de regresión a través del análisis de mínimos cuadrados y la intersección con el eje x de la línea se determina por la relación entre la intersección con el eje y y la pendiente de la línea de regresión. Esta intersección con el eje x representa la concentración de plata de la muestra de prueba donde no se agregó una solución estándar.

Error

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

Los analistas también deben evaluar la precisión de la concentración desconocida determinada calculando la desviación estándar, . Cuanto menor sea el valor, mayor será la precisión de las mediciones. El valor de se expresa mediante $Estilo de visualización s_{x}$ $Estilo de visualización s_{x}$ $Estilo de visualización s_{x}$

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, $estilo de visualización s_{y}}$ $={\sqrt {\frac {\sum {(y_{i}-mx_{i}-b)}^{2}}{n-2}}}$
valor absoluto de la pendiente de la recta de mínimos cuadrados, ${\estilo de visualización m}$
intersección con el eje y de la curva lineal, ${\estilo de visualización b}$
Número de normas, ${\estilo de visualización n}$
Medición media de los estándares, ${\bar {y}}$
concentraciones de las normas, $Estilo de visualización x_{i}}$
concentración media de los estándares, ${\estilo de visualización {\barra {x}}}$

Véase también

Referencias

^ abc Bader, Morris (1980). "Un enfoque sistemático de los métodos de adición de patrones en el análisis instrumental". Journal of Chemical Education . 57 (10): 703. Bibcode :1980JChEd..57..703B. doi :10.1021/ed057p703. ISSN 0021-9584.
^ ab Skoog, Douglas A.; Holler, James F.; Crouch, Stanley R. (2016). Principios del 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.
^ abc Harvey, Charles E. (1950). Procedimientos espectroquímicos (1.ª ed.). Glendale: Laboratorios de investigación aplicada.
^ abc Robinson, James W.; Marco Skelly, Eileen M.; Cuadro II, George M. (2005). Introducción a la espectroscopia (6ª ed.). Nueva York: Marcel Dekker. págs. 84–87. 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 con 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.