En el
mundo de la ingeniería, la química, medicina, la construcción y otras áreas
especializadas es frecuente el uso de equipos diseñados específicamente para
realizar análisis químicos de materiales o sustancias.
Estos equipos para análisis químicos son
muy complejos y en el mercado existe una amplia variedad de modelos para todo
tipo de estudio, así como en una amplia variedad de precios.
Para
entender su uso, debemos repasar primero el concepto de química analítica,
que es la base teórica e investigativa por la cual llegamos a realizar análisis
químicos en todas las ramas de la industria moderna.
La química
analítica es el estudio y aplicación de instrumentos y métodos que permiten
identiicar, cuantificar y separar los componentes de la materia.
Llevada al
mundo real, esta ciencia utiliza numerosas técnicas y equipos para realizar
esta identificación, separación y cuantificación de elementos.
¿Qué son
cada uno de estos pasos? Pues la separación es el proceso que aísla
cada uno de los componentes químicos de una muestra.
Por su
parte la identificación permite clasificarlos, mientras que la cuantificación
nos indica en qué proporción y cantidad están presentes.
En
ocasiones se puede usar un método específico o una combinación de dos o más de
ellos.
Muchos equipos
para análisis químico se basan en dos principios combinados para lograr un
altísimo nivel de exactitud.
Los equipos
para análisis químico pueden usar principios desde principios clásicos
aplicados desde hace siglos hasta tecnologías modernas y muy complejas.
Entre los
procesos más básicos se encuentran la precipitación, la extracción y la
destilación de las muestras, cuyos componentes son luego identificados en base
a su olor, color, punto de ebullición o de fusión o reactividad y otras características
básicas.
Equipos para análisis químicos más
modernos utilizan rayos X o gama, luz infrarroja y sensores capaces de detectar
millonésimas de partes de un elemento particular dentro de una muestra.
Veamos
varios de los equipos para análisis químicos más usados hoy en día.
Espectrofotómetros de absorción atómica
Los espectrofotómetros
de absorción atómica permiten detectar las sustancias presentes en una
determinada mezcla, así como el grado de concentración en que se encuentra cada
una.
El método
de la espectroscopia
de absorción atómica (AAS por sus siglas en inglés) es un método muy
usado en la química analítica, principalmente para hacer estudios de sustancias
en las áreas de la farmacología, toxicología y biofísica.
Los espectrofotómetros
de absorción atómica más modernos permiten detectar la presencia y
concentración de más de 70 elementos a la vez, ya sea dentro de muestras
sólidas o disueltas en soluciones.
La primera
aplicación de la espectroscopia de absorción atómica para el análisis
químico fue hecho en el siglo XIX por los científicos alemanes Robert
Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, descubridores del cesio (Cs) y el
rubidio (Rb)
¿Cómo se usan los espectrógrafos de absorción química?
Estos
equipos analizan muestras atomizadas en una solución líquida, o en gases
obtenidos de la precombustión de la sustancia a analizar.
Los gases obtenidos
por precombustión o la muestra líquida se exponen a haces de luz muy potentes
en varias longitudes de onda.
La muestra
queda desolvatada y la excitación de sus átomos a diferentes longitudes de onda
permite determinar cuáles sustancias están presentes en la misma.
Cromatógrafo de Líquidos con Espectrómetro de Masas (LCMS)
Los cromatógrafos
de líquidos con espectómetro de masas (LCMS por sus siglas en
inglés) son equipos muy precisos que permiten analizar la composición usando
dos mecanismos especiales.
En primer
lugar, combinan la capacidad de separación de materiales con gran peso
molecular a partir de la obtención de microgotas desde el material analizado,
que luego son analizadas a nivel molecular por un espectrómetro de masas.
En una
primera etapa se calientan las muestras para producir gases que contienen
particulas de los componentes de la muestra, que luego son rociados para
enfriarlos, produciendo microgotas que al evaporarse liberan moléculas
ionizadas.
Estas
moléculas ionizadas son separadas en el espectómetro de gases, que dará una
identificación muy detallada de todos elementos presentes en la muestra.
Los cromatógrafos
de líquidos con espectrómetro de masas son muy utilizados en la
investigación farmacéutica, el análisis de alimentos, estudios de contaminación
ambiental y en la medicina forense.
Espectrómetros de transmisión de Infrarrojo con transformada de Fourier
(FTIR)
Los espectómetros
de transmisión en infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) se
basan en el principio de la identificación de materiales en muestras a partir
del espectro de reflexión de los grupos funcionares de sustancias orgánicas e
inorgánicas.
Se
utilizan con mucha frecuencia en los laboratorios de control de calidad,
laboratorios forenses y de investigación química.
Son
especialmente eficientes para la evaluación de muestras de plásticos y
polímeros, productos farmacéuticos, aceites y derivados del petróleo, productos
alimenticios y muestras medioambientales tanto orgánicas como inorgánicas.
Con el uso de potentes haces de luz
infrarroja se obtienen lecturas espectrográficas de las muestras, en el
rango de los 2,5 a 14 micrómetros.
Su principal ventaja es que también permiten
analizar muestras biológicas y observar el estado bioquímico de una muestra y
conseguir información de las moléculas presentes en el interior de una célula o
tejido.
Espectrómetro de Fluorescencia de Rayos X (XFR)
Los espectrómetros
de fluorescencia de Rayos X (XFR) permiten analizar la composición química
de una muestra que ha sido bombardeada con rayos gamma o rayos X de longitud de
onda corta.
El
material bombardeado es excitado a nivel molecular, lo que provoca una ionización
de sus átomos.
Al ocurrir
esta ionización, ocurre la eyección de uno o más electrones de los átomos de
los diferentes materiales que componen la muestra.
Esta
ionización provoca una emisión de fotones, generando una fluorescencia que
es inmediatamente analizada por un espectrómetro, el cual identificará y
medirá cada elemento presente.
Se
utilizan rayos X o rayos gama porque estos tienen suficiente capacidad
energética como para provocar el desprendimiento de electrones desde los átomos
de la sustancia analizada.
Los espectrómetros
de fluorescencia de Rayos X son ampliamente usados en el análisis
químico y el análisis de elementos en las áreas de la construcción, geología,
arqueología, ciencia forense y metalurgia.
De hecho,
es especialmente valiosa en el análisis de materiales cerámicos y metales
usados para la industria de la construcción moderna.
Cromatógrafos de Gases con Espectrómetro de Masas (GCMS)
Los cromatógrafos
de gases con espectrómetro de masas (GCMS) utilizan principios
parecidos a los sistemas LCMS o cromatógrafos de líquidos con espectrómetro
de masas.
Sin
embargo, en este caso se trata de equipos que utilizan los gases emitidos por
las muestras como medio de separación, en lugar de usar microgotas.
De esta
forma, combinan la gran capacidad de separación de elementos que ofrece la cromatografía
de gases con la alta sensibilidad y capacidad de detección, identificacion
y cuantificación de un detector de masas.
Esto les
permite cuantificar y analizar trazas de elementos en mezclas simples o
complejas con un alto nivel de exactitud.
Los cromatógrafos
de gases con espectrómetro de masas son muy usados en la industria
petroquímica, pues permiten detectar fácilmente todo tipo de hidrocarburos
poliaromáticos.
También
son valiosos en el análisis de muestras biológicas y vegetales, sobre todo a la
hora de investigar niveles de contaminación con pesticidas.
Otro uso
frecuente es en la ciencia forense, pues permiten catalogar y medir
todo tipo de elemento químico presente en materia orgánica, como
medicamentos, esteroides, sustancias estupefacientes, proteínas, péptidos,
vitaminas, oligonucleótidos, vitaminas y una enorme variedad de elementos
volátiles.
