Pesar no es un proceso incierto, ¿o sí?
Este artículo proporciona buenas prácticas para evitar errores en el pesaje por diferencia causados por la flotabilidad y la deriva.
PRUEBAS ANALÍTICAS
Chris Burgess
Este artículo proporciona buenas prácticas para evitar errores en el pesaje por diferencia causados por la flotabilidad y la deriva.
El pesaje de muestras y patrones es una operación analítica fundamental. Es una operación de laboratorio tan familiar, generalmente mostrada y capturada digitalmente, que uno tiende a creer intuitivamente que los números de las balanzas están libres de errores, o al menos tienen una incertidumbre tan pequeña que cualquier error será insignificante. En muchas ocasiones, esto bien puede ser cierto, pero no siempre. Las balanzas electrónicas modernas se basan en una celda de carga. A medida que se aplica fuerza a la celda de carga o al transductor mediante masas calibradas, se mide la respuesta. Las respuestas de la celda de carga se transforman en una función de calibración de masa respaldada por un programa de promediación, suavizado y redondeo digital, que conduce a la masa mostrada en la balanza. El propósito de este artículo es analizar las incertidumbres en términos de su origen y brindar una mejor práctica para evitar errores en el pesaje por diferencia causados por flotabilidad y deriva.
Las siguientes fuentes de vínculos inciertos en la metrología del pesaje provenientes de la propia balanza son bien conocidas y forman la base para las actividades de calificación y calibración durante el mantenimiento preventivo de rutina:
• Legibilidad de la pantalla, uPan
• Repetibilidad de la medición, uRep
• Desviación de linealidad en el rango operativo de la balanza, uLin
• Excentricidad, uExc.
Los valores máximos para estas cuatro incertidumbres generalmente los especifica el fabricante de la balanza. Se expresan como desviaciones estándar.
Por lo tanto, se puede estimar el error de medición de desempeño intrínseco general de la balanza combinándolos en un balance de error de acuerdo con la norma Eu rachem/CITAC (QUAM) (1) como ya se ha descrito (2).
Si se asumen algunos valores comunes del fabricante (3); uPan 0.0001g, uRep 0.0001g, uLin 0.0002g y uExc 0.0003g, usando la Ecuación 1, obtenemos un valor para ubalance de 0.000387g (Ecuación 2).
ubalance representa la capacidad de desempeño que se espera de la propia balanza. Sin embargo, no tiene en cuenta otros factores. Considere otros dos aspectos en el proceso de pesaje dinámico, a saber, las correcciones flotabilidad y deriva. La primera es difícil de evaluar de manera rutinaria y requiere cálculos considerables y complejos. Ver referencias (4) y (5-8) para más detalles técnicos. Sin embargo, existen ecuaciones aproximadas que serán suficientes para la mayoría de los propósitos prácticos. También hay un método simple para compensar la deriva (9). Una nota técnica 1900 de NIST (3) hace uso de este método y proporciona datos para un ejemplo de cálculo, el cual se analizará más adelante.
Efectos de flotabilidad
Las correcciones de flotabilidad pueden volverse importantes cuando la densidad del objeto que se pesa es marcadamente diferente de la densidad de las masas empleadas para la función de calibración. Esto es particularmente cierto cuando se necesitan masas precisas de agua para la calibración de material de vidrio volumétrico.
Cuando se pesa una muestra en una balanza, el peso observado es menor que el peso real (in vacuo) debido a los efectos de flotabilidad. En su forma más simple, hay tres factores involucrados (la densidad del aire ρAir, la densidad de las masas de calibración, ρMas, y la densidad de la muestra, ρMtra, que se está pesando). De estos, la densidad del aire ρAir es la más difícil de determinar. Sin embargo, tiene un valor generalmente aceptado en condiciones normales de laboratorio de 0.0012 g mL. La Ecuación 3 da la relación requerida.
Para calibrar un matraz volumétrico de 100 mL, pesar el matraz vacío y luego llenarlo hasta la marca con agua a 20 °C, la cual tiene una densidad conocida de 0,99705 g mL, y volver a pesar y encontrar un valor de wair de 99.814 g. Al dividir wair entre 0.99705 se obtiene un volumen de 100.109 mL. Si bien esto se ve bien, ¿es este valor correcto? Bueno, la balanza se calibró utilizando masas trazables de acero inoxidable austenítico, que tienen una densidad de 8.00 g cm3.