Glossario di Analisi Quantitativa

Le tecniche analitiche, in chimica, sono molteplici, quindi è utile categorizzarle. Prima di procedere, ricordiamo che il loro scopo è quello di condurre un'analisi quantitativa, cioè che è in grado di determinare la quantità di una o più sostanze (analiti) in un campione.

Distinguiamo:

• Tecniche ponderali
• Tecniche volumetriche
• Tecniche strumentali

Tecniche ponderali§

Le tecniche ponderali prevedono un insieme di operazioni da effettuare sul campione al fine di ottenere un dato determinante per il calcolo dell'analita attraverso una pesata che rappresenta lo stadio finale della determinazione.

Tecniche volumetriche§

L'analisi viene condotta misurando un volume di soluzione a concentrazioone nota necessario per avere una reazione quantitativa con la sostanza da determinare (analita). Sono indicate comunemente come titolazioni.

Tra le titolazioni principali:

• Acido-base in fase acquosa
• Indiretta in fase acquosa
• In solventi non acquosi
• Con formazione di precipitato
• Complessometriche e chelometriche
• Redox
• Potenziometriche

Nelle titolazioni la quantità di analita viene determinata sfruttandio una reazione chimica con un reagente a concentrazione nota aggiunto fino all'equivalenza stechioometrica con l'analita presente nel campione.

Tecniche strumentali§

Sotto questa categoria rientrano la spettroscopia, la cromatografia ed i metodi che impiegano entrambe le tecniche in serie.

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Disegno esemplificativo (in ASCI) di uno spettrofotometro.

Sensibilità e costo§

Le tecniche analitiche sono scelte certamente in base al campione che abbiamo per le mani ed alla sensibilità che intendiamo raggiungere, ma non c'è dubbio che spesso la scelta dipenda anche dal budget disponibile per la strumentazione.

Matrice§

Insieme di tutte le sostanze che accompagnan l'analita nel campione in esame.

Effetto matrice: alterazione del segnale prodotta dalla matrice.

Rumore di fondo§

Dovuto a fluttuazioni nella risposta del rivelatore e del circuito elettrico.

Soluzioni di controllo§

Soluzioni a contenuto noto di analita che servono a testare l'accuratezza del metodo e la sua precisione.

Interferenti§

Sostanze presenti nel campione che modificano il segnale che l'analita darebbe in loro assenza. Perché interferiscono?

• Somigliano all'analita ed il metodo non è sufficientemente selettivo
• Interagiscon con l'analita
• Aumentano il rumore di fondo

Metodi analitici assoluti§

Cnsentono di ricavare il dato direttamente senza passare attraverso operazioni di calibrazione.

La correlazione tra grandezza misurata e quantità di analita è univocamente determinata da leggi fisiche (es. gravimetria, colorimetria, titolazioni).

Metodi analitici comparativi§

Richiedono la costruzione di una curva di calibrazione che descriva la relazione fra il segnale misurato e la concentrazione di analita.

La curva di calibrazione si ricava attraverso la misura di sooluzioni standard (campioni di analita a concentrazione nota).

Tre metodi fondamentali:

• Metodo dello standard esterno
• Metodo dello standard interno
• Metodo delle aggiunte standard

Metodo dello standard esterno§

-> Procedura§

1. Si preparano vari campioni contenenti quantità note di analita **nella stessa matrice del campione incognito o in una matrice equivalente (sol. standard).
2. Si sottopoone ciascuno standard alla misura strumentale;
3. Si riporta in grafico la grandezza misurata (segnale strumentale) per le soluzioni di standard a concentrazione nota;
4. Si applica un metodo statistico (regressione lineare, metodo dei minimi quadrati) per determinare la curva che meglio si adatta ai punti sperimentali;
5. Si sottopone alla misura il campione incognito;
6. Si esegue interpoolazione sulla curva di taratura per calcolare il valore di concentrazione incognita.

-> Requisiti§

Per poter procedere con il metodo dello standard esterno è necessario:

1. Disporre della matrice che compone il campione incognito o dimostrare che non esiste effetto matrice, cioè che il segnale è indipendente dalla matrice;
2. Disporre di quantità sufficienti di analita puro;
3. Scegliere i valori di xi in un intervallo che comprenda la concentrazione incognita x_0

N.B. Quando la matrice solida o liquida del campione è incognita o molto complessa è utile ricrrere ai metdi che sfruttano standard aggiunti (metodo delle aggiunte standard o dello standard interno)

-> Vantaggi§

La curva di taratura può essere usata per molte analisi, salvo controllarne periodicamente la validità mediante uno standard di riferimento.

Metodo dello standard interno§

È il metodo più utilizzato in gascromatografia (GC) ed in generale si impiega in cromatografia.

-> Procedura§

Una quantità nota di uno standard viene addizionata ad ognuno dei campioni da analizzare.

Nello specifico si aggiunge a:

• Bianco
• Campione
• n Standard (1, 2, 3, 4... n)

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 BIANCO          CAMPIONE (Cx)          C1          C2          C3         C4

   |                  |                 |            |           |          |
   |                  |                 |            |           |          |
   ↓                  ↓                 ↓            ↓           ↓          ↓

  ***********  AGGIUNTA DI STANDARD INTERNO A CONCENTRAZIONE Cs ***********

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Si calcola quindi il rapporto tra il segnale dell'analita ed il segnale dello standard interno e si costruisce un grafico. In ascisse andrà la conc. di analita e in ordinate il rapporto tra segnale misurato per l'analita rispetto a quello dello standard interno.

Si costruisce una retta di calibrazione e dall'equazione si deriva la concentrazione della specie in esame.

$$ \frac{S_x}{S_z} = a + bx $$

-> Requisiti§

Criteri di applicabilità del metodo:

• Lavorare all'interno di un intervallo lineare
• Verificare che il recupero sia vicino al 100%

Requisiti dello standard interno:

• Non essere presente nel campione di partenza
• Essere ben risolto dagli altri componenti
• Avere un tempo di ritenzione vicino a quello dell'analita
• Avere una concentrazione simile a quella dell'analita
• Purezza
• Non reagire col campione (essere inerte)

-> Vantaggi§

Questo metodo è in grado di sopperire ad un tipico errore nella procedura di analisi che è il recupero incompleto che può verificarsi durante la preparazione del campione.

Questo significa che è applicabile anche laddove una retta di taratura sarebbe poco precisa di per sé.

Rende possibile una determinazione quantitativa anche quando non si dispoone di uno standard puro di analita ma si conoscono i fattori di risposta.

Metodo delle aggiunte standard§

Il metodo più usato per compensare le interferenze dovute a matrici più o meno complesse.

-> Procedura§

1. Si preparano n aliquote uguali dello stesso campione incognito.
2. Alle aliquote dalla 2 alla n si aggiungono quantità note dello standard dell'analita.
3. Si portano tutte le aliquote allo stesso volume. Si ottengono così n standard caratterizzati da una certa quantità aggiunta.
4. Si sottopone ciascuno standard alla misura strumentale;
5. Si riportano in grafico i punti sperimentali in funzioone della conc. finale di analita;
6. Una volta ottenuta la retta, si valuta l'intersezione di tale retta con l'asse delle ascisse. Il valore ottenuto cambiato di segno corrisponde alla conc. dell'analita.

 BIANCO    CAMPIONE (Cx)

 ▐````║       ▐```║
 ▐    ║       ▐   ║
 ▐    ║       ▐   ║
 ▐    ║       ▐   ║
 ▐    ║       ▐   ║
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    ↓           ↓              ↓              ↓            ↓            ↓
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-> Requisiti§

Fondamentale disporre di un bianco adeguato che permetta di eliminare qualunque tipo di segnale aspecifico.

-> Vantaggi§

• Analisi quantitativa per analiti in matrici incognite o complesse;
• Si può applicare in tutte le tecniche analitiche strumentali sia spettrofotometriche che elettroochimiche o cromatografiche

-> Svantaggi§

• L'analisi richiede un tempo maggiore, poiché deve essere costruita e misurata una curva di calibrazione per ogni campione in esame;
• Necessario un volume maggiore di campione rispetto alla quantità che si utilizza con la retta di calibrazione;
• Metodo per estrapolazione, teoricamente meno preciso rispetto al metodo di interpolazione della retta di calibrazione.