1.2: La perspectiva analítica
- Page ID
- 75915
Habiendo señalado que cada área de la química aporta una perspectiva única al estudio de la química, hagamos una segunda pregunta engañosamente sencilla: ¿Cuál es la perspectiva analítica? Muchos químicos analíticos describen esta perspectiva como un enfoque analítico para resolver problemas.
Para diferentes puntos de vista sobre el enfoque analítico ver (a) Beilby, A. L. J. Chem. Educ. 1970, 47, 237-238; b) Lucchesi, C. A. Am. Laboratorio. 1980, octubre, 112-119; c) Atkinson, G. F. J. Chem. Educ. 1982, 59, 201-202; d) Pardue, H. L.; Woo, J. J. Chem. Educ. 1984, 61, 409-412; e) Guarnieri, M. J. Chem. Educ. 1988, 65, 201-203, f) Strobel, H. A. Am. Laboratorio. 1990, 17 a 24 de octubre.
Aunque es probable que haya tantas descripciones del enfoque analítico como químicos analíticos, es conveniente definirlo como el proceso de cinco pasos que se muestra en la Figura 1.2.1 .
Tres características generales de este enfoque merecen nuestra atención. Primero, en los pasos 1 y 5 los químicos analíticos tienen la oportunidad de colaborar con individuos fuera del ámbito de la química analítica. De hecho, muchos problemas en los que trabajan los químicos analíticos se originan en otros campos. Segundo, el corazón del enfoque analítico es un bucle de retroalimentación (pasos 2, 3 y 4) en el que el resultado de un paso requiere que reevaluemos los otros pasos. Por último, la solución a un problema suele sugerir un problema nuevo.
La química analítica comienza con un problema, ejemplos de los cuales incluyen evaluar la cantidad de polvo y suelo ingeridos por los niños como un indicador de la exposición ambiental a contaminantes a base de partículas, resolver evidencia contradictoria sobre la toxicidad de los polímeros perfluorados durante la combustión, y desarrollar detectores rápidos y sensibles para armas químicas y biológicas. En este punto el enfoque analítico implica una colaboración entre el químico analítico y el individuo o agencia que trabaja en el problema. Juntos determinan qué información se necesita y aclaran cómo se relaciona el problema con objetivos de investigación más amplios o temas de política, ambos esenciales para el diseño de un procedimiento experimental adecuado.
Estos ejemplos están tomados de una serie de artículos, titulados el “Enfoque analítico”, que durante muchos años fue una característica habitual de la revista Analytical Chemistry.
Para diseñar el procedimiento experimental el químico analítico considera criterios como la precisión, precisión, sensibilidad y límite de detección requeridos, la urgencia con la que se necesitan resultados, el costo de un solo análisis, el número de muestras a analizar y la cantidad de muestra disponible para el análisis. Encontrar un equilibrio adecuado entre estos criterios con frecuencia se complica por su interdependencia. Por ejemplo, mejorar la precisión puede requerir una mayor cantidad de muestra de la disponible. También se considera cómo recolectar, almacenar y preparar muestras, y si las interferencias químicas o físicas afectarán el análisis. Finalmente, un buen procedimiento experimental puede arrojar información inútil si no existe un método para validar los resultados.
La parte más visible del abordaje analítico ocurre en el laboratorio. Como parte del proceso de validación, se utilizan estándares químicos y físicos apropiados para calibrar equipos y estandarizar reactivos.
Luego se analizan los datos recopilados durante el experimento. Frecuentemente los datos primero se reducen o transforman a una forma más fácilmente analizable y luego se utiliza un tratamiento estadístico de los datos para evaluar la exactitud y precisión, y para validar el procedimiento. Los resultados se comparan con los criterios de diseño originales y se reconsidera el diseño experimental, se realizan ensayos adicionales o se propone una solución al problema. Cuando se propone una solución, los resultados están sujetos a una evaluación externa que puede derivar en un nuevo problema y el inicio de un nuevo ciclo.
El capítulo 3 te introduce en el lenguaje de la química analítica. Encontrará términos como precisión, precisión y sensibilidad definidos allí. El capítulo 4 introduce el análisis estadístico de los datos. Los métodos de calibración y estandarización, incluyendo una discusión de regresión lineal, se tratan en el Capítulo 5. Consulte el Capítulo 7 para una discusión sobre cómo recolectar, almacenar y preparar muestras para su análisis. Consulte el Capítulo 14 para una discusión sobre cómo validar un método analítico.
Como se señaló anteriormente, algunos científicos cuestionan si el enfoque analítico es exclusivo de la química analítica. Aquí, nuevamente, ayuda a distinguir entre un análisis químico y la química analítica. Para un científico de orientación analítica, como un químico físico orgánico o un oficial de salud pública, el énfasis principal es cómo el análisis apoya objetivos de investigación más amplios que involucran estudios fundamentales de procesos químicos o físicos, o que mejoran el acceso a la atención médica. La esencia de la química analítica, sin embargo, está en desarrollar nuevas herramientas para resolver problemas, y en definir el tipo y la calidad de la información disponible para otros científicos.
Como ejercicio, adaptemos nuestro modelo de enfoque analítico al desarrollo de un dispositivo simple, económico y portátil para completar bioensayos en el campo. Antes de continuar, localiza y lee el artículo
“Telemedicina simple para regiones en desarrollo: teléfonos con cámara y dispositivos microfluidos basados en papel para diagnóstico en tiempo real y fuera del sitio”
de Andrés W. Martínez, Scott T. Phillips, Emanuel Carriho, Samuel W. Thomas III, Hayat Sindi y George M. Whitesides. La encontrará en las páginas 3699-3707 del Tomo 80 de la revista Analytical Chemistry, la cual fue publicada en 2008. Al leer el artículo, preste especial atención a cómo emula el enfoque analítico y considere las siguientes preguntas:
- ¿Cuál es el problema analítico y por qué es importante?
- ¿Qué criterios consideraron los autores al diseñar sus experimentos? ¿Cuál es el procedimiento experimental básico?
- ¿Qué interferencias se consideraron y cómo las superaron? ¿Cómo calibraron los autores el ensayo?
- ¿Cómo validaron los autores su método experimental?
- ¿Hay evidencia de que los pasos 2, 3 y 4 en la Figura 1.2.1 se repiten?
- ¿Hubo una conclusión exitosa del problema analítico?
No dejes que los detalles técnicos del papel te abrumen; si los hojeas, encontrarás el trabajo bien escrito y accesible.
- Contestar
-
¿Cuál es el problema analítico y por qué es importante?
Un diagnóstico médico a menudo se basa en los resultados de un análisis clínico. Cuando visitas a un médico, pueden extraer una muestra de tu sangre y enviarla al laboratorio para su análisis. En algunos casos el resultado del análisis está disponible en 10-15 minutos. Lo que es posible en un país desarrollado, como Estados Unidos, puede no ser factible en un país con menos acceso a costosos equipos de laboratorio y con menos personal capacitado disponible para realizar las pruebas e interpretar los resultados. El problema abordado en este trabajo, por lo tanto, es el desarrollo de un dispositivo confiable para realizar rápidamente un ensayo clínico en circunstancias menos que ideales.
¿Qué criterios consideraron los autores al diseñar sus experimentos?
Al considerar una solución a este problema, los autores identifican siete criterios importantes para el método analítico: (1) debe ser económico; (2) debe operar sin necesidad de mucha electricidad, de modo que pueda ser utilizado en lugares remotos; (3) debe ser adaptable a muchos tipos de ensayos; (4) no debe requieren un técnico altamente calificado; (5) debe ser cuantitativo; (6) debe ser exacto; y (7) debe producir resultados rápidamente.
¿Cuál es el procedimiento experimental básico?
Los autores describen cómo desarrollaron un dispositivo microfluídico basado en papel que permite a cualquier persona realizar un análisis simplemente sumergiendo el dispositivo en una muestra (orina sintética, en este caso). La muestra se mueve por acción capilar hacia zonas de prueba que contienen reactivos que reaccionan con especies específicas (glucosa y proteína, para este prototipo de dispositivo). Los reactivos reaccionan para producir un color cuya intensidad es proporcional a la concentración de la especie. Se toma una fotografía digital del dispositivo microfluídico utilizando una cámara de teléfono celular y se envía a un médico que utiliza software de edición de imágenes para analizar la fotografía e interpretar el resultado del ensayo.
¿Qué interferencias se consideraron y cómo las superaron?
Al desarrollar este método analítico los autores consideraron varias interferencias químicas o físicas. Una preocupación fue la posibilidad de interacciones inespecíficas entre el papel y la glucosa o proteína, lo que podría conducir a una imagen no uniforme en las zonas de prueba. Un análisis cuidadoso de la distribución de glucosa y proteína en las zonas de texto mostró que esto no era un problema. Una segunda preocupación fue la posibilidad de que los materiales particulados en la muestra pudieran interferir con los análisis. El papel es un filtro natural para materiales particulados y los autores encontraron que las muestras que contienen polvo, aserrín y polen no interfieren con el análisis de glucosa. El polen, sin embargo, es un interferente para el análisis de proteínas, presumiblemente porque también contiene proteína.
¿Cómo calibró el ensayo el autor?
Para calibrar el dispositivo los autores analizaron una serie de soluciones estándar que contenían concentraciones conocidas de glucosa y proteína. Debido a que la intensidad de una imagen depende de la luz disponible, se ejecuta una muestra estándar con las muestras de prueba, lo que permite usar una sola curva de calibración para muestras recolectadas bajo diferentes condiciones de iluminación.
¿Cómo validó el autor su método experimental?
El dispositivo de prueba contiene dos zonas de prueba para cada analito, lo que permite realizar análisis duplicados y proporciona un nivel de validación experimental. Para validar aún más el dispositivo, los autores completaron 12 análisis en cada una de las tres concentraciones conocidas de glucosa y proteína, obteniendo una precisión y precisión aceptables en todos los casos.
¿Hay alguna evidencia de repetición de los pasos 2, 3 y 4 en la Figura 1.2.1?
El desarrollo de este método analítico requirió varios ciclos a través de los pasos 2, 3 y 4 del enfoque analítico. Ejemplos de este bucle de retroalimentación incluyen optimizar la forma de las zonas de prueba y evaluar la importancia del tamaño de la muestra.
¿Hubo una conclusión exitosa del problema analítico?
Sí. Los autores lograron alcanzar sus objetivos al desarrollar y probar un dispositivo económico, portátil y fácil de usar para realizar muestras clínicas en países en desarrollo.
Este ejercicio le brinda la oportunidad de pensar en el enfoque analítico en el contexto de un problema analítico real. Ejercicios de práctica como este te brindan una variedad de desafíos que van desde problemas de revisión simples hasta ejercicios más abiertos. Encontrarás respuestas a los ejercicios de práctica al final de cada capítulo.
Utilice este enlace para acceder al resumen del artículo desde el sitio web de la revista. Si tu institución cuenta con una suscripción en línea también podrás descargar una versión PDF del artículo.