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. 2.1 Limpieza del material de vidrio. Figura 1. Formación de mapas de agua 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 (KMnO 5 ) 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 MnO 2 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 cm 3, por ejemplo de la forma 100 ml o 100 cm 3 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 cm 3, 10 cm 3, 25 cm 3, 50 cm 3, 100 cm 3, 200 cm 3, 500 cm 3, 1000 cm 3 y 2000 cm 3. 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 cm 3, 1 cm 3, 2 cm 3, 5 cm 3, 10 cm 3, 20 cm 3, 25 cm 3 y 100 cm 3. 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 cm 3, 0,2 cm 3, 0,5 cm 3, 1 cm 3, 2 cm 3, 5 cm 3, 10 cm 3, 20 cm 3 y 25 cm 3. 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 dm 3, 10 dm 3, 20 dm 3, 50 dm 3, 100 dm 3, 200 dm 3, 500 dm 3, 1 000 dm 3, 2 000 dm 3, 3 000 dm 3, 5 000 dm 3. 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 cm 3, 0,002 cm 3, 0,005 cm 3, 0,01 cm 3, 2 cm 3, 5 cm 3, 10 cm 3, 20 cm 3 y 25 cm 3. 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: Por pistón: 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 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 5,0 a 7,5 Conductividad eléctrica máxima, S/cm a 25 C 5 Materia Oxidable máxima, contenido de oxigeno (O), mg/l 0,4 Residuos máximos después de evaporación por calentar a 110 C, mg/kg 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 8. Certificado de calibración volumétrica Material β (1/ºC) Vidrio boro-silicato (Tipo I, Clase A) 1 1,0 10-5 Vidrio boro-silicato (Tipo I, Clase B) 1 1,5 10-5 Vidrio soda lime 1 2,5 10-5 Plástico (polipropileno) 1 2,4 10-4 Plástico poli carbonato 1 4,5 x 10-4 Plástico poli estireno 1 2,1 x 10-4 Acero inoxidable 2 4,77 X 10-5 Acero al Carbón 2 3,3 X 10-5 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. 2 Tomado de: Guía técnica sobre trazabilidad e incertidumbre en los servicios de calibración de recipientes volumétricos por el método gravimétrico. México. 2009. pp.26.
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