Preparacion para la Calibracion de equipo volumetrico

Preparacion para la Calibracion de equipo volumetrico

Preparación para la calibración de equipo volumétrico
1. Inspección visual del equipo
Es necesario determinar, previo al proceso de calibración la presencia de fugas, rupturas, marcas
borrosas o ilegibles o algunas alteraciones visibles que pueden afectarlo y así evitar cualquier
inconveniente.
2. Limpieza y secado del equipo volumétrico
Es importante asegurar la limpieza pues el volumen contenido o vertido por un equipo volumétrico
depende de la limpieza de la superficie del equipo.
La presencia de contaminantes en los equipos volumétricos de vidrio genera humedecimiento no
uniforme de sus paredes lo que lleva a la malformación del menisco, la formación de burbujas de
aire o gotas de agua que quedan adheridas al vaciar el contenido (mapas) y la contaminación del
agua utilizada como patrón de densidad.
La limpieza del equipo volumétrico de vidrio se puede verificar en el ascenso o descenso del
líquido utilizado en la calibración, la superficie debe permanecer uniformemente húmeda, el
menisco no debe cambiar de forma, lo que implica que no tenga deformaciones o distorsiones en
las orillas.
Figura 1. Formación de “mapas” de agua
2.1
Limpieza del material de vidrio.
Las superficies tanto internas como externas de todos los recipientes deberán ser
meticulosamente limpiados cuando se van a calibrar por el método gravimétrico.
Se deberán utilizar: guantes de un material resistente y anteojos de seguridad, si se trabaja con
disoluciones especiales se utilizará además máscara de protección o capilla de extracción de
gases.
Lavar el equipo con agua de tubo y detergente líquido preferiblemente libre de fosfatos ya que
estos se adhieren a las paredes y son difíciles de extraer. Dejar escurrir por unos minutos, si no se
forman mapas enjuagar con agua destilada o desionizada varias veces y proceder con el secado.
2.1.1 Si no se logra una limpieza satisfactoria lavar con disolventes como etanol, acetona o
éter, dejar evaporar el residuo (si se utiliza acetona enjuagar a continuación con etanol dado
que esta puede dejar una película al evaporarse), enjuagar con agua dejar escurrir por unos
minutos, si no se forman mapas enjuagar con agua destilada o desionizada varias veces y
proceder con el secado.
2.1.2 Si se encuentran residuos fuertemente adheridos, se debe realizar un lavado con una
disolución, que pueden ser:
2.1.2.1 Una mezcla de partes iguales de disolución de permanganato de potasio (KMnO5) de
30 g/L y disolución de hidróxido de sodio (NaOH) de concentración 1 mol/L, en la cual
se debe dejar al material que se está lavando por dos horas.
Nota: En este caso se producen residuos de MnO2 que pueden ser removidos por medio
de ácido hidroclórico o ácido oxálico.
2.1.2.2 Agua regia que es una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico 3:1, dejándola en el
material durante al menos tres horas.
2.1.2.3 Ácidos como el ácido nítrico o el ácido sulfúrico.
2.1.2.4 Disolución al 10 % de KOH en etanol (95%).(Cuidado puede dañar los equipos de
vidrio no utilizar por periodos prologados, no más de 3 minutos)
Nota: Se debe vaciar el contenido de los recipientes en el desagüe (con abundantes agua),
cuando sean líquidos no peligrosos y en el basurero cuando se trate de sólidos o en los
recipientes apropiados cuando corresponda a alguna sustancia tóxica o peligrosa.
2.1.3 Enjuagar con abundante agua el residuo de la disolución lavadora y dejar escurrir por
unos minutos, si no se forman mapas enjuagar con agua destilada o desionizada y secar. Si
se forman mapas utilizar otra disolución lavadora.
2.2
Secado del material de vidrio.
2.2.1 Los recipientes diseñados para contener deben estar completamente secos para obtener
un peso del equipo en vacío. Se pueden utilizar varios métodos para secar los recipientes sin
ensuciarlos:
2.2.1.1 Estufa: el secado se llevará a cabo por evaporación utilizando una estufa por unas
horas, no se deben superar los 150 °C para material de borosilicato y los 90 °C
para vidrio sodo-cálcico y el enfriamiento debe ser realizado lentamente, a una
velocidad aproximada de 5 ºC / min. Dejar ambientando el equipo secado al menos 24
horas antes de la calibración.
2.2.1.2 Corriente de Aire: pasar una corriente de aire limpio y seco (o nitrógeno) por el interior
del recipiente de forma que se evapore la película de líquido residual.
2.2.1.3 Por escurrido: se dejar el equipo boca a bajo de forma que no se encuentre en peligro
de caerse (se puede utilizar una gradilla del tamaño adecuado), sin dejar la salida
completamente pegada de manera que pueda haber circulación de aire y de
preferencia colocar papel adsorbente debajo, dejar por al menos un día y revisar que
no quede agua
2.2.2 En todos lo casos se debe escurrir la mayor cantidad de agua posible del equipo, para
ayudar al proceso de secado se puede enjuagar con etanol antes de utilizar cualquiera de los
métodos antes indicados.
2.2.3 Después de que el recipiente este limpio y seco, se debe cubrir para minimizar la
entrada de contaminante en su interior. Limpiar y secar el recipiente lo más cercano a la
calibración posible de preferencia uno o dos días antes.
2.2.4 No es necesario secar, los recipientes diseñados para verter (por ejemplo las pipetas o
buretas) antes de su calibración.
2.1
Limpieza de equipos de plástico o de metal
2.3.1 Lavar con agua y un detergente (preferiblemente que no forme espuma). El agua tibia es
lo mejor para la limpieza y el enjuague.
2.3.2 Se debe agitar vigorosamente el recipiente con movimientos de agitación hacia lo lados,
circulares, arriba y abajo de modo que la solución del detergente entre en contacto con todas
la paredes internas del recipiente. Dependiendo de las suciedad este proceso debe ser
repetido varias veces para asegurar la eliminación de aceite o suciedades.
2.3.3 Enjuagar al menos tres veces para la completa eliminación de detergente o residuos.
2.3.4 Si persiste los depósitos de aceite o grasa se pueden utilizar solventes siempre que
estos no afecten ningún revestimiento del recipiente. Secar al aire por al menos 24 horas.
Nota: no usar disoluciones lavadoras
3. Inscripciones del equipo volumétrico
La calibración y en general el uso de los equipos volumétricos debe realizarse de acuerdo con el
uso previsto por los fabricantes de equipos o bien, establecidos en normas internacionales. Es
necesario conocer cuales son las particularidades de cada equipo y la manera de comprender esa
información a partir de lo declarado en el cuerpo de los equipos volumétricos.
3.1
Las principales inscripciones y su significado son:
3.1.1 Capacidad nominal: es declarada en mL o en cm3, por ejemplo de la forma “100 mL” o
“100 cm3”
3.1.2 Temperatura de referencia: es la temperatura a la cual el equipo contiene o vierte el
volumen nominal. Normalmente, la temperatura de referencia para equipos volumétricos es
20 °C, ya que representa la temperatura promedio de países en los que se construyen estos
equipos (Norte América y Europa), aunque en países tropicales se puede establecer valores
mayores (por ejemplo 27 °C).
3.1.3 Clase: se indica si el equipo corresponde a la Clase A (subdividida en clases A y AS) o
Clase B. Normalmente se declara de la siguiente manera “A” o “AS” (solo buretas o pipetas) o
“B”.
3.1.4 Volumen contenido y volumen vertido: para contener se utiliza las letras “TC” (to
contain) o “In” y para verter las letras “TD” (to “deliver”) o bien, “EX” (para expeler).
3.1.5 Tiempos de entrega:


para buretas es el tiempo requerido por el menisco del líquido para que descienda
desde la marca de cero, hasta la marca de graduación más baja (marca de máxima
capacidad de la bureta).
Para pipetas es el tiempo desde que se permite el libre flujo de los líquidos hasta que
el líquido alcanza el aparente reposo en la punta de la pipeta.
En ambos casos, el tiempo de entrega es determinado sin restringir la velocidad de
flujo del líquido.
3.1.6 Tiempo de espera:


Para pipetas es el tiempo que debe darse entre el momento que el volumen de líquido
ha llegado a reposo aparente y el momento de retirar el recipiente que está recibiendo
el líquido vertido de la punta de la pipeta. En el caso de las pipetas, el tiempo de
espera suele ser de 5 segundos y es declarado en el instrumento de la forma “EX + 5
s” o indicado que la clase es “AS” (5 s de espera).
Para buretas, el tiempo de espera, es el tiempo que debe darse a partir del momento
en que se cierra la llave y se toma la lectura en la escala de esta. El tiempo de espera
para buretas se expresa como “EX + 30 s” o indicado que la clase es “AS” (30 s). Para
equipo sin marca no se debe dar tiempo de espera
3.1.7 Pipetas para soplar: Algunas pipetas graduadas se diseñan para que el volumen
nominal sea vertido cuando la última gota es soplada por el operador en el recipiente que
recibe el líquido. Para denotar que una pipeta está diseñada para soplar se puede incluir la
frase “blow out” o colocar dos rayas color blanco cerca del extremo superior de la pipeta.
Figura 2. Pipeta para soplar
3.1.8 Material de los instrumentos: Algunos productores de equipo volumétrico declaran en
sus instrumentos el material del cual están fabricados sus instrumentos. Esta información es
necesaria para realizar la corrección por dilatación térmica y para conocer algunas
propiedades del equipo, por ejemplo la temperatura máxima a la que pueden ser calentados
sin generar un daño permanente. Por su parte, otros fabricantes declaran directamente el
coeficiente cúbico de dilatación térmica de sus equipos.
3.1.9 Otra información: En algunos equipos es común encontrar el nombre del fabricante y el
código del equipo (normalmente un número de cuatro dígitos). Es deseable además que el
equipo volumétrico posea un número de serie para diferenciarlos de otros equipos.
4. Clasificación de equipos volumétricos.
4.1
Matraces
Los matraces son utilizados principalmente como instrumentos volumétricos para contener un
volumen. Son construidos en las siguientes capacidades: 5 cm3, 10 cm3, 25 cm3, 50 cm3,
100 cm3, 200 cm3, 500 cm3, 1000 cm3 y 2000 cm3. De acuerdo con su exactitud se clasifican en
Clase A (el más alto nivel) y Clase B (menor nivel).
4.2
Pipetas de una marca
El principal uso de las pipetas, es el de verter un volumen de líquido determinado, aunque
también se les construye para contener. Las pipetas son construidas en series de 0,5 cm3,
1 cm3, 2 cm3, 5 cm3, 10 cm3, 20 cm3, 25 cm3 y 100 cm3.
Las pipetas de una marca se clasificarse en dos tipos:
4.2.1 Pipetas sin tiempo de espera, para las cuales debe darse un tiempo aproximado de
3 segundos a partir del momento en que el líquido llega a aparente reposo antes de retirar el
recipiente receptor de la punta de la pipeta. Este tipo de pipeta es construido en la Clase A y
Clase B.
4.2.2 Pipetas con tiempo de espera (de 5 s): Para este tipo de pipetas, un tiempo de
5 segundos deben ser observados antes de retirar la pipeta del receptor de líquido. Este tipo
de pipeta es construida únicamente en Clase AS. Sí una pipeta establece tiempo de espera,
este debe ser declarado en el cuerpo de la pipeta como “Ex + 5s” o “AS”.
4.3
Pipetas graduadas
El uso de las pipetas graduadas es el de verter un volumen de líquido determinado, las pipetas
son construidas en series de 0,1 cm3, 0,2 cm3, 0,5 cm3, 1 cm3, 2 cm3, 5 cm3, 10 cm3, 20 cm3 y
25 cm3.
Existen cuatro tipos de pipetas graduadas:
Tipo 1: Pipetas graduadas ajustadas para verter un líquido desde la línea de cero a alguna
línea de graduación; la capacidad nominal es representada por la línea de graduación más
baja. Son construidas en Clase A, Clase AS y Clase B.
Tipo 2: Pipetas ajustadas para verter un líquido desde cualquier línea de graduación a la punta
de la pipeta; la capacidad nominal es representada por la línea más alta de la pipeta. Son
construidas en Clase A, Clase AS y Clase B.
Tipo 3: Pipetas graduadas ajustadas para verter un líquido desde cero a cualquier línea de
graduación; la capacidad nominal es obtenida mediante el vertido a la punta de la pipeta. Son
construidas en Clase A, Clase AS y Clase B.
Tipo 4: Pipetas ajustadas para verter un líquido desde cualquier línea de graduación a la punta
de la pipeta; la capacidad nominal es representada por la línea más alta de la pipeta.
Únicamente son construidas en Clase B. Son diseñadas para soplar la última gota.
4.4
Buretas
Las buretas son instrumentos volumétricos utilizados para verter una cantidad determinada de
líquido, y cuya magnitud puede ser leída en la escala de la misma. Las buretas son
construidas en series de: 1 cm3, 2 cm3, 5 cm3, 10 cm3, 25 cm3, 50 cm3 y 100 cm3.
Las buretas pueden ser clasificadas en dos tipos:
Tipo I: Buretas para las cuales no se ha definido tiempo de espera (pueden ser Clase
A y Clase B).
Tipo II: Buretas que especifican un tiempo de espera de 30 s (Clase AS).
4.5
Probetas
Las probetas son instrumentos volumétricos diseñados para contener o para verter un volumen
dado de líquido. Son construidas en series de 5 cm3, 10 cm3, 25 cm3, 50 cm3,
100 cm3,
250 cm3, 500 cm3, 1000 cm3 y 2000 cm3.
4.6 Recipiente volumétrico de cuello graduado
Los recipientes volumétricos de cuello graduado son instrumentos diseñados para contener o
para verter un volumen dado de líquido. Son construidas en series de 5 dm3, 10 dm3, 20 dm3,
50 dm3, 100 dm3, 200 dm3, 500 dm3, 1 000 dm3, 2 000 dm3, 3 000 dm3, 5 000 dm3. El error
máximo permitido de estos recipiente no debe exceder ± 1/ 2 000 del valor nominal.
(OIML R- 120:2010)
Se debe determinar que

no tenga ninguna abolladura, fisura o fuga que pueda afectar el proceso de calibración,

el estado del sello de seguridad

el estado de la escala
4.7
Micropipetas (Pipetas de pistón)
El uso de las micropipetas es para verter un volumen de líquido determinado, las pipetas son
construidas en series de 0,001 cm3, 0,002 cm3, 0,005 cm3, 0,01 cm3, 2 cm3, 5 cm3, 10 cm3,
20 cm3 y 25 cm3.
Las micropipetas pueden ser clasificadas por la escala, número de canales o por el tipo de
pistón:
Por Escala:
Micropipeta de volumen fijo: micropipeta diseñadas por el fabricante para dispersar
solo el volumen nominal
Micropipeta de volumen variable: micropipeta diseñadas por el fabricante para
dispersar el volumen seleccionado por el usuario, dentro de un ámbito de volumen
determinado.
Por número de canales:
Un solo Canal: el volumen nominal es el mayor volumen seleccionable por el usuario y
especificado por el fabricante
Multicanales: más de un canal para una micropipeta, el volumen nominal es el mayor
volumen seleccionable por el usuario y especificado por el fabricante por canal
Por pistón:
Desplazamiento de aire (tipo A): Cuando existe un cuerpo de aire entre el pistón y la
superficie del líquido, se dice que se trata de una micropipeta de: desplazamiento de
aire, de desplazamiento indirecto o de desplazamiento con cojín o colchón de aire.
Desplazamiento directo (tipo D): Existe contacto directo entre el pistón (émbolo) y la
superficie del líquido que se entrega. El émbolo aspira el líquido directamente y lo
expulsa de nuevo sin que se exista un cojín de aire entre el fondo del émbolo y el
líquido.
Tipo D1: micropipeta de desplazamiento directo de un solo canal con punta/capilar
reusable.
Tipo D2: micropipeta de desplazamiento directo de un solo canal con punta
desechable.
Micropipetas de volumen variable
Para micropipetas de volumen variable, el volumen nominal es el mayor volumen
seleccionable y especificado por el fabricante. Por ejemplo una micropipeta especificada de 10
µL a 100 µL tiene un valor nominal de 100 µL.
5. Agua patrón La calidad y pureza del agua
En la calibración de equipo volumétrico se requiere de agua, ya que este es el líquido patrón de
referencia para tal propósito (patrón natural de densidad). La calidad del agua es un factor muy
importante, ya que concentraciones de sales o materia orgánica pueden variar su densidad. Las
tablas o fórmulas para determinar la densidad del agua como las recomendadas por Kell, Tanaka u
otros autores son específicas para agua de alta calidad.
Para propósitos de calibración por el método gravimétrico se utiliza agua destilada, bidestilada y/o
desionizada, que debe cumplir como mínimo con agua grado 3 de acuerdo a la ISO 3696 “Water
for analytical laboratory use – Specification and test methods”.
Tabla N° 1 Requerimientos del agua grado 3 (ISO 3696-87)
Parámetro
Agua grado 3
pH a 25 °C
Conductividad eléctrica máxima, S/cm a 25 °C
Materia Oxidable máxima, contenido de oxigeno (O), mg/L
Residuos máximos después de evaporación por calentar a 110 °C, mg/kg
5,0 a 7,5
5
0,4
2
La medición de la conductividad es un buen indicador de la calidad del agua, por lo que una forma
de asegurar la calidad del agua es con mediciones periódicas de la conductividad para verificar
que no exceda los 5 S/cm a 25 °C. Al no ser utilizado el valor medido de conductividad para el
cálculo de la calibración del volumen, no es esencial la calibración del conductímetro.
Para la aplicación de la ecuación de Tanaka además el agua se considera sin aire y presión
normal (101 325 Pa) para el rango de 0 ºC a 40 ºC. La destilación, bidestilación o desionización, no
consiguen que el agua no contenga aire, por lo que habrá que considerar este efecto así como el
de la compresibilidad del agua si se trabaja a presiones atmosféricas diferentes a la antes indicada
en el cálculo de la densidad del agua.
Para propósitos de calibración por el método volumétrico se requiere solo que el agua este limpia
(sin solidos en suspensión), incolora e inodora.
6. Ajuste del menisco
El ajuste del menisco durante la calibración o cuando el equipo es utilizado se realiza de la
siguiente manera:
Método: El menisco debe ser ajustado de manera que el plano del borde superior de la línea de
graduación sea horizontalmente tangencial al punto más bajo del menisco, estando la línea de
visión en el mismo plano.
Figura 3. Métodos para definir el menisco en equipos volumétricos
Al hacer el ajuste del menisco, el equipo deberá colocarse de ser posible frente una fuente de luz
de manera que el menisco se aprecie oscuro y distinto del entorno.
Para mejorar la apreciación del punto más bajo del menisco se observa contra un fondo blanco y
se puede colocar un material oscuro por detrás del recipiente a aproximadamente 1 mm abajo del
menisco o una cinta adhesiva oscura alrededor del cuello del equipo de ser posible sobre la línea
de ajuste o un 1 mm debajo de la misma.
En el caso de utilizar cinta adhesiva esta debe colocarse antes de realizar la determinación de la
masa del recipiente seco para calibraciones para contener y no debe quitarse hasta finalizado la
calibración del equipo.
Para la lectura del menisco debe utilizarse una lupa o lente de aumento o sistema de video que
permita aumentar la imagen.
7. Coeficiente cúbico de expansión volumétrico
Todos los materiales se expanden o se comprimen cuando la temperatura cambia. Los equipos
volumétricos, se construyen normalmente de diferentes vidrios, los cuales son mezclas líquidas
subenfriadas de diferentes componentes o compuestos químicos. Las propiedades térmicas de los
vidrios dependen de su composición.
Para fines de construcción, se busca mezclas que sean resistentes al calor y a cambios bruscos
de temperatura. En general, para equipos volumétricos de gran exactitud, como por ejemplo
pipetas, matraces y buretas, es necesario que a cambios normales de temperatura (por ejemplo 5
°C) el volumen cambie en forma despreciable en relación con su capacidad y tolerancia.
Una medida de la variación del volumen de los cuerpos con el cambio de temperatura es el
coeficiente cúbico de expansión volumétrico (). Para la calibración de equipos volumétricos es
necesario conocer el tipo de material del que están construidos los equipos, para poder aplicar
correcciones cuando la calibración se realiza a una temperatura diferente a la de referencia
establecida por el fabricante (generalmente 20 °C).
Este valor se puede obtener de la literatura y algunas referencias técnicas brindadas por los
fabricantes. En la siguiente tabla se presentan los coeficientes de dilatación cúbica para diferentes
materiales:
Tabla N° 2. Coeficientes de dilatación cúbica para diferentes materiales
Material
1
Vidrio boro-silicato (Tipo I, Clase A)
1
Vidrio boro-silicato (Tipo I, Clase B)
1
Vidrio soda lime
1
Plástico (polipropileno)
1
Plástico poli carbonato
1
Plástico poli estireno
2
Acero inoxidable
2
Acero al Carbón
β
(1/ºC)
-5
1,0 × 10
-5
1,5 × 10
-5
2,5 × 10
-4
2,4 × 10
-4
4,5 x 10
-4
2,1 x 10
-5
4,77 X 10
-5
3,3 X 10
8. Certificado de calibración volumétrica
Además de cumplir lo estipulado en el apartado 5.10 de la norma ISO 17025:2005 sobre la
información contenida en los certificados de calibración, es recomendable indicar información
como:





la deviación estándar obtenida durante la calibración
el número de repeticiones
el coeficiente cúbico de expansión utilizado para el cálculo del volumen reportado
tiempo de drenado (para los caso para verter que el equipo no especifique o se haya
empleado uno diferente)
información de las puntas usadas durante la calibración de micropipetas
Los resultados deben indicar el valor nominal del equipo, el volumen obtenido en la medición e
indicación de uso para un volumen vertido o contenido y la temperatura de referencia a que fue
calculado el volumen.
1
Tomado de Norma ASTM E542-01 (2007), tabla X 1.3.
Tomado de: Guía técnica sobre trazabilidad e incertidumbre en los servicios de calibración de recipientes volumétricos por el
método gravimétrico. México. 2009. pp.26.
2
Bibliografía
-
Norma ISO 4787: Laboratory Glassware – Volumetric instruments – Methods for Use and
Testing of Capacity and for use. 2010
Norma ASTM E 542-01 (2007), Standard Practice for Calibration of Laboratory Volumetric
Apparatus.
BIMP, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML. “Guide to the expression of Uncertainty on
measurement”. 2008.
CEMAN/EMA, Guía técnica sobre trazabilidad e incertidumbre en los servicios de calibración
de recipientes volumétricos por el método gravimétrico. México. 2009, p 19-28
National Institute of Standards and Technology (NIST). Handbook 105-3 Specifications and
tolerances for graduated neck type volumetric field standards, 2010.
National Institute of Standards and Technology (NIST). NISTIR 7383 Selected Procedures for
volumetric calibrations, 2012.
Organización Internacional de Metrología Legal (OIML). OIML R- 120 Standard capacity
measure for testing measuring systems for liquid other than water (2010).
EURAMET cg-19, Guidelines on the determination of uncertainty in gravimetric volume
calibration, version 2.1, 2012.
Norma ISO 3696: Water for analytical laboratory use – Specification and test methods. 1987.
Norma ISO 385 (2005): Laboratory glassware - Burettes.
Norma ISO 648 (2008): Laboratory glassware – single volume pipettes.
Norma ISO 835 (2007): Laboratory glassware - Graduated pipettes
Norma BS 1792:1982, One mark Volumetric Flasks.
Norma ISO 3507 (1999): Laboratory glassware – Pyknometers.
Norma ISO 4788 (2005): Graduated glass measuring cylinders.
Norma ISO 8655-2 (2002): Piston-operated volumetric apparatus- Part 2: Piston pipettes.
Norma ISO 8655-6 (2002): Piston-operated volumetric apparatus- Part 6: Gravimetric methods
for the determination of measurement error.
NCR 212:1996. Calidad del agua para laboratorios de prueba