Chimica analitica

Metodologie analitiche in enologia

primo power point 1

Chimica analitica, disciplina che applica dei metodi e strategie per ottenere

informazione sulla natura e la composizione della materia e sulle variazioni che

avvengono nello spazio e nel tempo

Metodi analitici quantitativi

-gravimetrici

-volumetrici

-elettroanalitici

-spettroscopici

-cromatografici

Caratterizzazione di un Metodo Analitico​ ​ ​ ​ ​ ​

Accuratezza​

➢ Precisione (ripetibilita’, riproducibilita’) Sensibilita’​

➢ ➢

Detection Limit (limite di rivelabilita’) Limite di Quantificazione​

➢ ➢

Range di risposta (dinamica, lineare)​

➢ Selettivita’​

➢ Robustezza​

➢ Riferibilita’

➢

M= n\V dove n di moli e V volume

→numero →

N=eq\V dove la normalità è il doppio della molarità

Errori in chimica analitica

precisione e accuratezza

Un errore sistematico e casuale ci saranno sempre in ogni misura e ognuna è legata alle

due caratteristiche cioè l’errore sistematico legato all’accuratezza e l’altro a precisione.

Lo si commette inevitabilmente, è dato dal risultato sperimentale - il valore vero

il valore vero si ottiene tramite un certificato di analisi 1

Errori casuali : dovuti da irriproducibilità personale, strumentale e metodologiche (cioè

non posso rifare tutto uguale), non sono eliminabili come errori ma si possono ridurre al

minimo. Identificabili dalla dispersione attorno al valore medio (cioè se facciamo 10 volte

la stessa misura avrò dieci volte risultati diversi la dispersione intorno al valore medio ci

dice il valore medio), influenzano la precisione, quantificabili a seconda della deviazione

standard , non hanno un segno definito , vengono riportati con il segno (piùmeno).

Dovranno esserci dei valori superiori o inferiori al valore medio altrimenti non sarebbero

casuali.

Errore sistematico: l’errore o è dato da me, o è strumentale o può essere metodologico;

ma comunque si sbagli sempre allo stesso modo. Questo è un errore eliminabile almeno

in teoria perché comunque deve essere individuato, si sbaglia sempre nello stesso modo,

il parametro che ci dice che ci sono errori è la discordanza tra i 10 valori misurati che si

discosta dal valore vero , questo tipo di errore è quantificabile con la differenza tra valore

medio sperimentale e valore vero; ha un segno definito a differenza di quelli casuali, o

sono sempre positivi o sempre negativi , questo tipo di errore influenza l’accuratezza.

La precisione è data dalle riproducibilità se vengono fatte più volte e vengono fuori

diversi risultati si fa il valore medio e la deviazione standard

se si divide la deviazione standard per il valore medio diventa la deviazione standard

relativa

tutto ciò serve per la precisione 2

Rappresentazione dei risultati di analisi con diversa accuratezza e precisione .

Istogramma della riproducibilità serie di misure molto elevate; Questa serie di misure

andranno a distribuirsi in curve gaussiane cioè una distribuzione normale , il punto più

alto delle curve coincide con il valore medio delle misure, la larghezza delle curve ci da

un’idea della differenza tra i dati e la deviazione standard.

Per esempio nella curva due la deviazione è molto più dispersa e la deviazione è più

ampia

DISTRIBUZIONE GAUSSIANA

Accuratezza : si confrontano i valori medi delle due gaussiane e la

differenza tra le due è la misura diretta dell’accuratezza (se si

opera nel modo giusto le due si sovrappongono).

Il risultato di un’analisi chimica e un’informazione costituita da

un numero, un'incertezza e un’unità di misura. 3

Diagramma di calibrazione:

1)​ Il bianco analitico, o semplicemente

per realizzarlo si va ad analizzare il bianco (

bianco, è un termine della chimica analitica che definisce una miscela in tutto e per

tutto uguale al campione da analizzare ma priva degli analiti di interesse)

2)​ si sceglie lo standard in modo che la concentrazione cada nell’intervallo delle

concentrazioni degli standard utilizzati

3)​ riportare sulla scala y per trovare la retta migliore la procedura è la regressione lineare

attraverso il metodo dei minimi quadrati, per poter conoscere l’errore bisogna sapere gli

errori associati alla pendenza e l'intercetta della retta. 4

La retta così determinata servirà per stimare la concentrazione dell’analita nel campione

in esame tramite interpolazione. Pertanto per poter valutare l'incertezza correlata a tale

concentrazione è necessario conoscere gli errori associati alla pendenza e alla intercetta

della retta.

Standard aggiunti esterni

esterni vengono analizzati separatamente dal campione

che cos’è una curva di calibrazione? retta di taratura ​ ​ ​ ​

prima domanda da fare è se il diagramma è descrivibile tramite una retta o una curva si

preferisce la retta , si calcola una retta che descriva la concentrazione analita (asse x) e

il segnale (asse y) si preparano poi una serie di concentrazioni note e doppo di che si

analizzano se il metodo funziona all’aumentare della concentrazione il segnale è

crescente , si ottengono quindi i punti si deve trovare la relazione che descrive la

relazione tra concentrazione e segnale tramite il metodo dei minimi quadrati , l'obiettivo

è trovare una retta che passi vicino ai punti trovati i residui sono le distanze tra i punti e

la retta che disegno il software ci dirà che la retta migliore è una e ci restituisce anche

l’equazione e quindi utilizzando le 4 concentrazioni otterremo una retta con una certa

pendenza dopo o prima una certa concentrazione non è il caso di andare a vedere i

numeri.

dopo di che se voglio analizzare un campione incognito dal segnale ottengo la

concentrazione ​ ​ 5

Standard aggiunti :sono divisi in due categorie che sono entrambi formati standard

interno e aggiunta standard. (mettere all’interno del nostro campione un campione che

funziona da standard)

lo standard interno →

Deve essere sufficientemente diverso dall’analita, in modo da poter essere

●​ determinato, nel medesimo esperimento, senza interferire nella misura

dell’analita.

Deve avere però un comportamento analogo o comunque simile all’analita

●​

Quello che si fa si utilizza una curva di calibrazione su soluzione a contenuto noto di

analita a cui viene aggiunta la stessa quantità di standard interno. Si costruisce il grafico

riportando in ascissa la concentrazione di analita e in ordinata il rapporto tra il segnale

misurato per l’analita rispetto a quello dello standard interno.

Dal rapporto il segnale standard dell’analita / segnale standard interno, si determina la

concentrazione della specie in esame. ​ ​ ​ ​ ​ ​

metodo che si utilizza soprattutto in cromatografia

metodo dello standard interno​ ​ ​ ​

Si introduce nel campione una quantità nota di un composto diverso da quelli che

vogliamo determinare.

Si usa quando la quantità iniettata nello strumento è difficilmente riproducibile (GC) o

per controllare il recupero di un analita se ci sono possibilità di perdita durante le fasi di

preparazione del campione. ​​ ​ ​ ​

​​ ​ ​

Caratteristiche Standard interno :

deve essere disponibile come sostanza

●​

pura perche senno si inquina il campione

non deve essere presente nel campione

●​ deve dare un segnale distinguibile da

●​

quello dell’analita

deve essere presente ad un livello di

●​

concentrazione paragonabile a quello

dell’analita. 6

es i gas-cromatografia

prima aliquota si analizza tale e quale da un certo segnale sulle aliquote si aggiunge una

certa quantità di analita per esempio rame eseguo il metodo dei singoli quadrati la retta

non punta più sull’origine degli assi si prolunga la retta fino ad intersecare l’asse delle x

vantaggi

permette di fare analisi quantitativa anche in matrici complesse

può essere applicato in tutte le tecniche analitiche strumentali

svantaggi

è sempre necessaria una curva di taratura

metodo per estrapolazione cioè il prolungamento della retta a differenza degli standard

esterni dove non si prendono dati sotto e sopra, meno preciso rispetto al metodo di

interpolazione della retta di calibrazione; in pratica le differenze nella precisione sul

risultato finale non sono così significative.

serve un volume di campione maggiore rispetto alla quantità che si utilizza con la retta di

calibrazione

se misuro diversi campioni 5 di vino per esempio? se i campioni si comportano allo

stesso modo serve la retta di calibrazione avrò sempre la stessa pendenza cio vuol dire

che i campioni si comportano tutti allo stesso modo . 7

range dinamico e lineare di calibrazione

range: intervallo di concentrazione esplorato nel corso delle misurazioni

dinamico intervallo di concentrazione all’interno del quale il segnale varia con la

→

concentrazione: i limiti inferiore e superiore del range dinamico corrispondono,

rispettivamente, al limite di rivelabilità ed alla più alta concentrazione alla quale un

incremento di concentrazione produce ancora un incremento di segnale

il range lineare : l’intervallo di concentrazione nel quale il segnale varia linearmente con

la concentrazione; si arriva ad un punto in cui all’aumentare delle concentrazione il

segnale non va più su quindi si è accecato il campione.

Campo di utilizzo della retta di

taratura

Il punto più basso del grafico è

chiamato LOD, limite di rivelabilità,

limite nel quale possiamo dire che

l’analita è presente nel sistema, fino

al LOQ, limite di misura quantitativa;

(non sappiamo la quantità)

possiamo dire cos’è e quanto poi si

puo dire LOL, limite della linearità.

Da questo punto finisce la linearità (si può scrivere anche lsrl).

Quando si può dire che finisce l’intervallo lineare con una tecnica che stabilisce la

pendenza della retta nell’intervallo lineare? Quando la pendenza diminuisce del 5% li

finisce l’intervallo lineare. Come si fa a vederlo? Si guarda la sensibilità.

Sensibilità : la pendenza della retta di calibrazione

se la pendenza è maggiore maggiore è la sensibilità

Limite di rivelabilità (LOD) è la concentrazione di analita che produce un segnale

significamente diverso da quello del bianco (soluzione che non dovrebbe contenere

l’analita , acqua) cioè la concentrazione corrisponde al minimo segnale.

Si analizza tante volte il bianco si avrà un grafico a gaussiana ottenendo così il valore

medio del bianco e la deviazione standard.

Quando il segnale è maggiore del limite di rilevabilità possiamo dire che un analita è

presente nel campione, ma dobbiamo stabilire il limite oltre il quale è legittimo eseguire

misure quantitative,lo si fa definendo il limite di quantificazione LOQ.

per valutare il lod e il loq si esegue la seguente procedura:

-​ analizzare 10 campioni indipendenti di bianco o 10 campioni indipendenti di

bianco fortificato con la minima concentrazione accettabile.

-​ valutare la deviazione standard dei campioni analizzati

-​ stimare la pendenza della curva di calibrazione e quindi la sensibilità 8

-​ calcolare lod e loq

​ ​ ​

In teoria, per valutare il ldr è quindi necessario eseguire un numero adeguato di

misurazioni replicate del bianco, in modo da stimare la distribuzione del segnale ad esso

relativo (per ipotesi affetto da rumore Gaussiano). È quindi possibile individuare il

minimo segnale significativo, Ss.

​ ​ ​ ​ ​ ​

Avendo scelto come limite decisionale un segnale a nostro giudizio maggiore di quello

medio del bianco ​ ​ ​ ​ ​

​

ammettiamo di poter individuare la presenza dell’analita ogni volta che il segnale del

campione in esame risulti maggiore del segnale prescelto.

​ ​ ​

La valutazione del ldr richiede il confronto di segnali e quindi implica necessariamente la

considerazione degli errori falsi positivi e falsi negativi.​ Infatti, nel decidere se il

segnale della soluzione in esame, Sx, è maggiore di quello del bianco, SB

-​ è possibile affermare la presenza dell'analita quando esso è assente: si commette

allora un errore falso positivo (errore di prima specie o di primo tipo)

-​ è possibile affermare che l'analita è assente quando in effetti è presente: si

commette allora un errore falso negativo (errore di seconda specie o di secondo

tipo).

​ ​ ​

Un indicatore utile per decidere la presenza/assenza dell’analita è il segnale:

​ ​ ​ ​ ​

​ ​ ​ ​ 9

​ ​ ​

​ ​

La misura giusta sta intorno a 3 se si prendono 3 deviazione standard siamo sicuri che la

sovrapposizione delle due gaussiane è molto piccola.

La definizione che si ha quindi: la concezione dell’analita che produce un segnale diverso

rispetto al bianco, corrisponde al minimo di segnale significativo, cioè che si allontana

dalla media del bianco di 3 deviazioni standard.

limite di quantificazione si mette a 10 deviazioni standard si è sicuri che possiamo

quantificare quello che abbiamo davanti e quanto è presente ​

Per avere una ds piccola serve la precisione ​ ​

POWER POINT 2

Equilibri acido base

Autoionizzazione dell’acqua

L’acqua è considerata un non elettrolita anche se in piccolissima parte conduce elettricità

e quindi in piccolissima parte si ionizza. 10

equilibrio di autoionizzazione dell’acqua avviene con due molecole di acqua che porterà

alla formazione di ione ossonio e OH- cioè:

Il processo con cui l’acqua si ionizza è detto autoionizzazione, poichè due molecole di

acqua identiche reagiscono per dare ioni, In pratica una molecola di acqua agisce da

acido (cede un protone) e l’altra agisce da base (accetta un protone).

kc= 3,2 x 10^-18

Acidi e basi forti

acido forte in soluzione cede completamente il protone all’acqua

→

base forte in soluzione quando prende un protone o rilascia un OH-

→

acidi e basi deboli parzialmente dissociati

In pratica si considerano acidi forti tutti quelli che hanno Ka>>1, mentre gli acidi deboli

hanno Ka<1

Il grado di ionizzazione di un acido o di una base è definito come il rapporto fra la

concentrazione di acido che è ionizzato all’equilibrio e la concentrazione totale presente

inizialmente.

Acidi che contengono due o più protoni dissociabili sono detti acidi poliprotici che

solitamente è un acido debole.

La stessa cosa vale per le basi poliprotiche ma nel loro caso devono essere in grado di

accettare due o più protoni.

sali: un sale deriva dalla reazione di neutralizzazione di un acido e di una base in

soluzione acquosa; in soluzione si dissociano in base agli ioni che li costituiscono loro non

hanno proprietà basiche o acide se sono coniugati ad acidi e basi forti, hanno proprietà

se sono coniugati a basi e acidi deboli.

la soluzione nacl salina risulterà neutra perché gli ioni costituenti sono i coniugati di un

acido forte (HCl) e di una base forte (NaOH).

nel caso di nh4cl è acida perché lo ione NH4 + è l’acido coniugato della base debole NH3

è quindi in grado di cedere un protone all’acqua.​

Se entrambi gli ioni del sale sono i coniugati di una acido e di una base debole, la

soluzione risulterà acida o basica a seconda se lo ione acido è più forte di quello basico

(la base coniugata del catione è più debole dell’acido coniugato dell’anione) o viceversa.

per idrolisi si intende la reazione di uno ione con l’acqua per dare l’acido coniugato ed

un ossidrile (anione di un acido debole quale CN-) o la base coniugata e un idrogenione

(catione di una base debole quale NH4+).

pH in una soluzione salina 11

Il pH di una soluzione salina può variare notevolmente a seconda degli ioni presenti nella

soluzione. Per determinare con precisione il pH di una particolare soluzione salina, è

necessario considerare la natura degli acidi e delle basi che hanno formato il sale.

Esempio pratico: Cloruro di sodio (NaCl)

Consideriamo la soluzione salina più comune, il cloruro di sodio (NaCl). Il NaCl è un sale

neutro formato dalla combinazione di un acido forte (HCl) e una base forte (NaOH).

Quando NaCl si dissolve in acqua, si dissocia completamente in ioni Na⁺ e Cl⁻. Questi ioni

non reagiscono significativamente con l'acqua per alterarne il pH.

Poiché né Na⁺ né Cl⁻ alterano il pH dell'acqua, la soluzione di NaCl è neutra con un pH

approssimativamente pari a 7.

Soluzioni di più sostanze acido - base

Quando più sostanze acido-base vengono disciolte in una soluzione, il pH risultante

dipenderà dalle loro proprietà individuali e dalle loro concentrazioni relative.

esempio hcl e ch3cooh

hcl si dissocia completamente perchè è un acido forte

ch3cooh risulta non dissociata completamente

in una soluzione contenente sia un acido forte che un acido debole, l'acido forte domina

il pH della soluzione a meno che non sia presente in una concentrazione

significativamente più bassa rispetto all'acido debole. Questo avviene perché l'acido forte

si dissocia completamente in soluzione, fornendo una concentrazione di ioni

(ioni idronio) molto più alta rispetto a quella prodotta dall'acido debole, che si dissocia

solo parzialmente.

per la base uguale solo che si parla di ioni OH-

Soluzione tampone :Una soluzione tampone è una soluzione che resiste a variazioni di

pH quando vengono aggiunte piccole