Métodos Instrumentais de Análise II

Código:

MI072218

Sigla:

MIA2

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Físicas

Ocorrência: 2022/2023 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Laboratório de Química Aplicada
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MICF	194	MICF - Plano Oficial	2	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

OBJETIVOS:

Esta unidade curricular comunga dos objetivos já identificados na UC precedente de Métodos Instrumentais de Análise I. Pretende nomeadamente:

- preparar o formando na utilização da instrumentação laboratorial mais comum para aquilatar da qualidade das substâncias químico/biológicas e dos respetivos efeitos, seja em contexto de investigação, de produção em escala com critérios de qualidade, de simples seguimento laboratorial da sua aplicação em ensaios clínicos, ou ao serviço da saúde pública;

- preparar profissionais farmacêuticos de excelência com capacidade crítica relativamente a informação científica de proveniência experimental.

 
No entanto, de modo distinto, é colocado o enfoque:

 

- nas técnicas eletroquímicas, de utilização muito vulgarizada quer em procedimentos volumétricos compendiais de quantificação de matérias primas para preparação de medicamentos, quer na forma sensorial de dispositivos médicos com utilidade em diferentes patologias crónicas;

 

- na consolidação dos conceitos termodinâmicos e cinéticos subjacentes às técnicas eletroquímicas, como o transporte de carga e a formação de potenciais de interface que justificam, por uma lado, o ambiente redox, condução nervosa, fluxo de neurotransmissores e de outros sinalizadores libertados por exocitose; por outro, a sua preferência pela eletroanálise na caracterização de fenómenos biológicos de dinâmica celular;

 

 - nos aspetos teóricos e de utilização das diferentes técnicas separativas, pois justificam a instrumentação laboratorial mais usada no controlo farmacêutico e em todo o ciclo de vida de cada medicamento. O seu uso estende-se desde a síntese ou o isolamento de substâncias ativas do ponto de vista farmacológico, até ao despiste de contaminação por intermediários de síntese nas formas farmacêuticas disponíveis para dispensa, até ao acompanhamento da sua farmacocinética.

 

 

Resultados de aprendizagem e competências

 

RESULTADOS E COMPETENCIAS:

A natureza e ordenação dos temas teóricos e laboratoriais, pretendem dotar o formando da:

- capacidade de decidir quanto à seleção das técnicas e métodos analíticos instrumentais mais adequados, segundo os critérios de natureza, quantidade e complexidade da amostra;

- familiarização com a instrumentação analítica laboratorial;

- familiarização com procedimentos de processamento de amostras em contextos diversos do controlo de medicamentos, nomeadamente ensaios de identificação e de contaminação por impurezas elementares (ICH Q3D);

 Esta unidade curricular situa-se entre as últimas da área da química ministradas ao futuro mestre em ciências farmacêuticas, sendo por isso espectável que o estudante possua já conhecimentos consolidados relativamente:

- ao cálculo, álgebra linear, estatística - UC de Matemática e Bioestatística

- à validação de procedimentos instrumentais – UC de Métodos Instrumentais de Análise I

- à mecânica de fluidos e eletricidade - UC de Física Aplicada

- à reatividade e nomenclatura de compostos orgânicos - UC de Química Orgânica

- ao equilíbrio químico e termodinâmica - UC de Química Analítica e Química-Física.

 

Modo de trabalho

Presencial

Programa

Programa teórico:

TEMA 1 (4 horas) –Introdução à eletroanálise, e o seu contexto na atividade farmacêutica; actividade vs. concentração, força iónica, importância na especiação química. Células eletroquímicas reversíveis e irreversíveis; regras de representação. Cálculo de potenciais de célula a partir de potenciais de elétrodos; relação entre potencial e energia livre de Gibbs; equação de Nernst. Polarização de elétrodos; correntes farádicas e não farádicas em células eletroquímicas. Técnicas eletroanalíticas estáticas e dinâmicas.

TEMA 2 (4 horas) –Potenciometria; equação de Nernst modificada; coeficiente de seletividade potenciométrica. Elétrodos de referência; elétrodos indicadores metálicos e de membrana seletiva. Potencial de junção líquida. O elétrodo de vidro. Determinações potenciométricas diretas e titulações potenciométricas. Equipamento utilizado para as determinações referidas. Aplicações comuns com interesse farmacêutico, ambiental e bioquímico nomeadamente no doseamento do protão e dos iões cálcio, fluoreto, cloreto e sódio. Modificação das membranas dos elétrodos para determinação de glicose e de espécies farmacêuticas em várias matrizes.

TEMA 3 (4 horas) - Aspetos gerais da condutimetria. Grandezas elétricas aplicadas ao transporte de carga às soluções de eletrólitos. Condutância (ou condutividade) equivalente, condutância (ou condutividade) iónica equivalente a diluição infinita. Condutivímetros e células de condutividade. Determinações por condutimetria direta e sua aplicabilidade no controlo da água desionizada. Titulações condutimétricas; titulação ácido-base e titulação de precipitação, como alternativa às volumetrias clássicas.

TEMA 4 (4 horas) – Eletrogravimetria e coulometria. Métodos realizados a potencial da célula constante, a potencial do elétrodo de trabalho controlado ou a intensidade de corrente constante. Galvanostatos. Variação da intensidade da corrente e do potencial ao longo do tempo nas técnicas descritas. Vantagens da técnica realizada a potencial de elétrodo de trabalho controlado. Vantagens da utilização das técnicas potenciostáticas. Necessidade da utilização de elétrodos inertes nas técnicas eletrogravimétricas. Utilização dos métodos coulométricos, nomeadamente das titulações, com vantagem para a utilização de titulantes instáveis, que serão gerados no momento da titulação. O método de Karl-Fisher na análise farmacêutica.

TEMA 5 (5 horas) – Voltametria e técnicas amperométricas; a célula de Clark e o glucosímetro como exemplos. Técnicas baseadas na variação da diferença de potencial e na medição da intensidade de corrente resultante; correntes de difusão e de migração. Voltametria hidrodinâmica, voltametria de impulsos diferenciais, voltametria de onda quadrada, voltametria cíclica, voltametria de redissolução anódica, voltametria de redissolução catódica e técnicas polarográficas. Métodos para determinação de espécies metálicas assim como de compostos orgânicos. Utilização e escolha de elétrodos de trabalho convencionais de carbono vítreo, nanotubos de carbono, ouro ou platina ou ainda elétrodos com a superfície modificada para aumentar a especificidade das análises quantitativas.

TEMA 6 (4 horas) – Cromatografia: introdução à separação analítica; separações cromatográficas; principais mecanismos base dos processos de separação cromatográfica; classificação dos métodos cromatográficos; cromatógrafos de HPLC e GS; cromatogramas de HPLC e GS. Aspetos teóricos gerais: a migração dos componentes da mistura; o alargamento das bandas (“picos”) / eficiência da coluna; variáveis que afetam a eficiência; obtenção dos principais parâmetros cromatográficos a partir do cromatograma (resolução, n.º de pratos teóricos, altura do prato, …). Comparação da cromatografia de HPLC, UHPLC e UPLC. Validação de procedimentos cromatográficos. A importância das técnicas cromatográficas nos modernos laboratórios farmacêuticos, clínicos, indústria alimentar, etc.

 

Programa laboratorial:

 As atividades laboratoriais a realizar não coincidem em diversidade com o número de semanas disponíveis, cerca de treze semanas. Alternativamente, encontram-se dimensionadas para a maximizar a execução laboratorial individualizada. Esta opção decorre do compromisso entre o elevado número de estudantes anualmente inscritos da UC, e a necessidade de se garantir uma uniformização das competências e maturidade laboratorial de cada formando por colmatação de deficiências formativas frequentemente difíceis de observar quando se trabalha em grupo. Para o efeito consideram-se 8 trabalhos:

TRABALHO 1: Titulação potenciométrica.  Este trabalho tem como objetivo a utilização do elétrodo de vidro. Objetiva-se a verificação da dose de ácido acetilsalicílico de uma formulação medicamentosa comercial, através de uma volumetria ácido-base com deteção instrumental. É fomentada a exploração das competências já adquiridas no uso de folhas de cálculo para o tratamento dos dados experimentais obtidos, concretamente no cálculo das primeira e segunda derivadas. Num segundo momento, é facultada a familiarização com o uso de instrumentação automatizada no laboratório, neste caso recorrendo a um titulador automático para o mesmo fim, o que propicia a comparação de resultados e o desenvolvimento objetivo de competências críticas de análise.

TRABALHO 2: Estudo de um elétrodo seletivo a ião potássio (ESI) e determinação do teor de potássio em matrizes alimentares. Com este trabalho pretende-se consolidar competências e os conhecimentos da validação metodológica (determinação de intervalo de aplicação, sensibilidade, limite de deteção e quantificação), aqui usando técnicas eletroanalíticas, e adicionalmente das vantagens e os aspetos limitativos do uso de sensores em matrizes de amostra de maior complexidade. 

TRABALHO 3: Determinação da conformidade da dose em fluor de uma formulação medicamentosa comercial (elixir) por análise potenciometrica direta e pelo método de adição padrão. Com este trabalho pretende-se que o formando seja confrontado com a necessidade de decidir sobre as metodologias instrumentais mais adequadas face aos desafios suscitados pela complexidade da amostra, seja pelas possíveis interferências que condicionam a magnitude do sinal analítico, seja pelas interferências capazes de gerar por si só uma resposta instrumental.

TRABALHO 4: Determinação condutimétrica da quantidade de ácido acético de um vinagre comercial e de um vinagre adulterado. Com este trabalho pretende-se a familiarização do estudante no uso de procedimentos eletroanalíticos de determinação de conteúdo iónico baseados na variação da condutividade e obtenção de informação química quantitativa no controlo de qualidade alimentar fundamental a partir da interação de uma substância química com o seu titulante. Esta metodologia pode ser aplicada ao controlo químico de diversas substâncias presentes em diversas matrizes.

TRABALHO 5: Utilização do método coulométrico na determinação de tiossulfato por um método amperostático. Com este trabalho pretende-se proporcionar ao formando o contacto com uma das metodologias instrumentais mais vantajosas para a titulação com espécies químicas instáveis que são geradas durante o processo da titulação. Esta metodologia pode ser aplicada ao controlo de processos farmacêuticos.

TRABALHO 6: Determinação de quinino em água tónica por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Com este trabalho pretende-se proporcionar ao formando o contacto com uma das metodologias instrumentais mais comuns na análise farmacêutica.

TRABALHO 7: Conformidade da dose em acetaminofeno de uma formulação medicamentosa comercial por voltametria de onda quadrada. Uso da análise direta após calibração. Com este trabalho pretende-se a familiarização do formando com o uso desta técnica analítica rápida e com com baixo consumo de amostra de análise e com a importância desempenhada pela metodologia instrumental na obtenção de resultados para a análise e controlo químico na avaliação da qualidade de medicamentos.

TRABALHO 8: Comunicação de informação laboratorial. Com este trabalho pretende-se a familiarização do formando com o uso crítico e rigoroso da informação experimental. Para esse fim, o formando elabora, com base num dos trabalhos precedentes uma apresentação de 10-15 minutos, onde integra os resultados das aulas laboratoriais anteriores com as competências adquiridas nas aulas teórico-práticas.

 

Bibliografia Obrigatória

Rouessac Francis; Chemical analysis: modern instrumental methods and techniques. ISBN: 0-471-97261-4
Skoog Douglas A.; ; Principles of instrumental analysis.
Harris Daniel C; Quantitative chemical analysis
Tiago Fernandes-REIT; Titulo Teste
Poldinger Walter; Compêndio de psicofarmacoterapia

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A componente letiva do ensino de Métodos Instrumentais de Análise II processa-se através de aulas teóricas e de aulas laboratoriais. As aulas teóricas são ministradas com apoio dos meios audio-visuais disponíveis. Os trabalhos laboratoriais são efetuados em grupos de 2 a 3 alunos em regime de rotatividade e de acordo com um cronograma.

BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL: Skoog Douglas A.;Principles of instrumental analysis. ISBN: 0-03-001229-5 Rouessac Francis;Chemical analysis: modern instrumental methods and techniques. ISBN: 0-471-97261-4 Harris Daniel C.;Quantitative chemical analysis. ISBN: 0-7167-4464-3

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	80,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	20,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Frequência das aulas	52,00
Total:	52,00

Obtenção de frequência

A assiduidade às aulas laboratoriais é obrigatória, como estabelecido nas Normas de Avaliação da FFUP. A assistência dos alunos às aulas teóricas não é obrigatória.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação da Unidade Curricular é obtida pela média ponderada da classificação obtida na avaliação laboratorial (seja na avaliação distribuída, seja na prova prática do exame final), com um contributo percentual de 20%, e na prova escrita, com um contributo percentual de 80%. A avaliação laboratorial é quantificada (0 a 20) e efetuada durante as aulas laboratoriais, acompanhada da entrega de relatórios contendo o registo dos dados experimentais e os cálculos associados. Estudantes com classificação inferior a 9,5 são considerados reprovados e têm de efetuar uma prova prática no exame final. A aprovação na avaliação laboratorial (seja na avaliação distribuída, i.e. durante o período de aulas, seja na prova prática do exame final) é um pré-requisito para a admissão do estudante à prova escrita do exame final. Os estudantes que por lei estejam dispensados da presença nas aulas (e, por isso, não possam ser sujeitos à avaliação distribuída) serão chamados a realizar obrigatoriamente a prova prática do exame final. O exame final engloba: Prova prática – Abrange as matérias lecionadas na componente laboratorial da disciplina. É constituído pela execução de um trabalho laboratorial acompanhado da execução de um relatório. A avaliação é expressa numa escala de 0 a 20. Para além dos outros casos previstos na Lei, a prova prática destina-se apenas aos alunos com frequência mas que obtiveram uma nota inferior a 9,5 na avaliação laboratorial. Prova escrita – Abrange todas as matérias constantes do programa da Unidade Curricular efetivamente lecionadas. A avaliação é expressa numa escala de 0 a 20. Alunos com classificação inferior a 8,5 são considerados reprovados. Alunos com classificação igual ou superior a 8,5 são considerados aprovados se a média ponderada com a classificação da avaliação prática apresentar um valor igual ou superior a 10.

Melhoria de classificação

Os estudantes que pretenderem melhoria de classificação podem fazê-lo através da melhoria da classificação obtida na prova escrita do exame final.