Calibración Lineal y Métodos Analíticos: Fundamentos y Aplicaciones

Calibración Lineal y Métodos Analíticos

La calibración lineal es un método instrumental común donde la concentración del analito se determina a partir de una variable correlacionada. Esta variable puede ser cualquier propiedad físico-química. Es crucial establecer un modelo matemático entre la concentración y la propiedad. El modelo más sencillo es la ecuación de una recta: P = b₀ + b₁c (donde P = propiedad, absorbancia, área; b₀ = ordenada en el origen; b₁ = pendiente; c = concentración). Esto se conoce como recta de calibrado y el proceso de obtención de la recta se llama calibración.

La mayoría de los calibrados implican este modelo debido a su facilidad de ajuste. Los parámetros de la recta de calibrado se obtienen a partir de una serie de disoluciones patrón o estándar del analito, cuya concentración es conocida y se preparan en concentraciones crecientes. La concentración de la muestra se calcula a partir de la recta por interpolación: c = (P - b₀) / b₁.

Ante situaciones con medias dispersas, se pueden trazar múltiples rectas. Para determinar la recta correcta, se utiliza el método de ajuste de mínimos cuadrados, que minimiza las distancias de los residuos (entre los puntos).

Coeficiente de Regresión

El coeficiente de regresión (R) proporciona información sobre la calidad de la recta, mientras que el coeficiente de determinación (R²) también indica la calidad. Los valores de R varían entre -1 y 1, y los de R² entre 0 y 1. Si R = 0, no hay correlación lineal. Además, para evaluar la calidad de una recta, se puede realizar una representación gráfica.

Mejora de la Desviación Estándar

Para mejorar la desviación estándar del valor obtenido, se pueden tomar las siguientes medidas:

• Realizar lecturas cerca del centroide.
• Aumentar el número de puntos experimentales.
• Reducir la dispersión de los puntos experimentales.
• Aumentar la pendiente (b₁).
• Aumentar el intervalo de concentración abarcado por el calibrado.

Características Analíticas

Sensibilidad

La sensibilidad es la capacidad de un método analítico para discriminar concentraciones semejantes de analito, o el cambio que se produce en la señal analítica al cambiar la concentración del analito.

Blanco

El blanco es una disolución con la misma composición que la muestra, pero sin el analito, o con el analito inactivo.

Límite de Detección (LD)

El límite de detección es la mínima concentración de analito que proporciona una señal significativamente distinta a la del blanco o a la señal de fondo del instrumento. Su utilidad radica en determinar si conocemos el nivel de concentración del analito, seleccionar el método analítico más adecuado y comparar métodos. Se calcula mediante el criterio 3S: LD = 3s/b₁ (donde s es la desviación estándar del blanco).

Límite de Cuantificación (LQ)

El límite de cuantificación es la concentración de analito LQ = 10sb/b₁.

Intervalo Dinámico

El intervalo dinámico, o de calibración, es el intervalo de concentración en el analito útil. Es el intervalo en el que es posible obtener una relación clara señal-concentración. Si la relación es lineal, se denomina intervalo dinámico lineal, definido por sus límites superior e inferior. El límite superior corresponde a la concentración de analito que produce una señal que se aparta de la linealidad en un 3%, y el límite inferior es el LD. El intervalo se suele expresar en órdenes de magnitud.

Métodos de Adición Estándar y Patrón Interno

Efecto Matriz

El efecto matriz se refiere a la exaltación o inhibición de la señal como consecuencia de la interacción del analito con su entorno.

Calibración Externa

La calibración externa utiliza patrones preparados en una disolución que imita a la muestra, excepto por el analito.

Método de Adición Estándar

El método de adición estándar implica el uso de disoluciones con una cantidad constante de muestra y una cantidad creciente y conocida de patrón. La medida se realiza por extrapolación: c = b₀/b₁.

Ventajas y Desventajas

• No se puede aplicar si la relación señal-concentración no es lineal.
• Extrapolación (menos precisa).
• Mayor trabajo experimental (calibrar para cada muestra).
• Mayor gasto de muestra.

Método del Patrón Interno

El método del patrón interno se utiliza cuando puede haber variación en la respuesta del instrumento entre una medición y otra, o cuando los parámetros de la recta de calibrado cambian. Tanto las muestras como los patrones tienen una cantidad conocida y constante de otro compuesto químico añadido.

Características del Patrón Interno (PI)

El PI debe ser un compuesto que no interfiera ni afecte al analito.

Aplicaciones

Se aplica cuando se prevé un cambio en las condiciones experimentales o cuando se sospechan pérdidas de muestra. Suele utilizarse en espectrofotometría de emisión y cromatografía.

Relación: X analito / S patrón interno / señal total.