Balanza de laboratorio

La balanza de laboratorio es un instrumento muy importante que nos permite medir masas, utilizando la acción de la gravedad sobre el cuerpo que medimos. La masa, normalmente en química analítica,  la expresamos en gramos, es una unidad que perfectamente se convierte en unidades menores mg (10^-3 g) o µg (10^-6 g).

Requisitos

Toda balanza que sea utilizada con fines analíticos debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Precisión: debe ofrecer los mismos resultados cuando repetimos varias veces la misma pesada.
• Rapidez: propiedad que consiste en un mecanismo con un periodo de oscilación muy corto, por el cual obtenemos un resultado en un espacio de tiempo muy reducido. Esto está ligado con la estabilidad.
• Estabilidad: es la recuperación rápida del equilibrio del dispositivo mecánico o eléctrico cuando se pesa una muestra.
• Sensibilidad: propiedad que de acuerdo a las características de la balanza, debe permitir la observación de diferencias muy pequeñas con el peso en el dispositivo de lectura, cuando se coloca en el platillo una leve sobrecarga, o cuando se incrementa con una pequeña adicción de la masa des mensurado.
• Exactitud: la pesada debe ser concordante entre la pesada realizada y el verdadero valor del mensurado.

Mecanismo de la balanza electrónica

Utiliza una acción electromagnética para volver la cruz a su disposición original. La corriente eléctrica necesaria para generar dicha acción es proporcional a la masa del objeto que se pesa. En el esquema se puede observar el sistema electromagnético.

Cuando se coloca una masa sobre el platillo, el detector del equilibrio o sensor de posición capta el desplazamiento con un dispositivo fotoeléctrico y envía una señal de error a un circuito amplificador que produce la corriente de corrección. Esta es proporcional a la desviación del equilibrio y por lo tanto a la masa situada sobre el platillo. Al circular la corriente se crea un campo magnético en la bobina o solenoide fijo a la base del platillo de la balanza.

El campo magnético del solenoide es atraído o repelido por el imán que se encuentra situado debajo del platillo. A medida que la desviación disminuye, la señal de error del detector decrece. El instrumento tiene que estar calibrado o graduado para permitir la toma de lecturas de masas.

Tipos de modelos según su sensibilidad

• Precisión (0,1/0,01 g): aquellas que permiten efectuar medidas que no impliquen directa o indirectamente la obtención de datos o resultados en un proceso analítico, y que por lo tanto tendrán como misión pesar cantidades de sustancia que no afectan a la exactitud de las operaciones posteriores. La utilización de estas balanzas presentan la ventaja de la rapidez y la de no necesitar infraestructura compleja para su instalación.

• Analítica (1/0,1 mg): aquellas que ofrecen información con una exactitud, reproductibilidad y precisión tal que validan resultados analíticos. Hay de tres tipos:
  • Semi-microanalíticas (0,01 mg),
  • Microanalíticas (1 µg) 
  • Ultra-microanalíticas (0,1 µg).

Como se puede apreciar, las sensibilidades hablan por si mismas de sus prestaciones. Son hábiles para la pesada de analitos gravimétricos, patrones para medidas en técnicas instrumentales de elevada sensibilidad y límites de detección reducidos. La utilización de las mismas en los laboratorios depende de los requerimientos analíticos.

Acondicionamiento de la balanza

No es necesario, pero si tener un mínimo de conocimiento de cómo y dónde colocar la balanza en un laboratorio para tener cierta fiabilidad en los resultados que obtenemos al trabajar con una balanza.  El lugar donde la instalaremos no debe reunir estas condiciones:

• Puertas ni ventanas abiertas.
• No puede estar cerca de ninguna boca de aire acondicionado.
• En mesas o sitios inestables o con exceso de desnivel.
• Sitios donde el tráfico de personas sea importante.
• Cerca de maquinas que hagan mucho ruido.

Métodos de pesada

Normalmente, se utiliza la pesada directa que consiste en colocar una masa y leer el resultado. Sin embargo, este método no es el más corriente para las técnicas analíticas ya que las sustancias que pesamos requieren de un pesafiltros o pesasustancias que las contengan. Por lo cual empleamos la pesada por adicción en la que debemos tomar nota de la masa del pesasustancias para después adicionar la cantidad del reactivo deseado hasta alcanzar en el indicador o pantalla de lectura el valor de la suma de ambas masas (pesasustancias + reactivo/muestra).

Por suerte, la tecnología actual nos permite efectuar la pesada con tara de manera cómoda. Consiste en que la masa del pesasustancias quede “tarada” automáticamente o sea considerada como un valor negativo y por lo tanto el indicador o la pantalla de lectura señalará cero.

En ocasiones, estos métodos pueden no ser adecuados; por lo que existen situaciones en las que es necesario tener en cuenta las características físico-quimicas de la muestra o sustancia a pesar: volatilidad, higroscopicidad, etc. Suelen ser factores que pueden provocar errores muy graves en la pesada y que exigen un procedimiento alternativo que minimice los errores. En dichos casos, es conveniente la utilización de la pesada por diferencia: primero se pasa a un frasco pequeño o presasustancias cerrado que contenga el reactivo, a continuación se transfiere una parte de éste a un recipiente que debe ser inmediatamente cerrado. Pesamos de nuevo el frasco de reactivo, la diferencia de masa entre la primera pesada y la segunda es la masa transferida.

Limpieza y mantenimiento

El mantenimiento de cualquier balanza debe efectuarse de forma taxativa siguiendo las instrucciones que el manual de la balanza recomiende. De cualquier modo podemos añadir o reiterar la importancia de mantener limpia la cámara de pesada para lo cual debe evitarse la utilización de líquidos limpiadores agresivos siempre que sea posible. Siendo preferible la utilización de pinceles de cerda suave o unos paños suaves y secos. También existen en el mercado pinceles con peras que actúan como aspiradores para la eliminación de pequeñas partículas de lugares poco accesibles. En caso de vertido de líquidos en la cámara se recogerán con papel absorbente.

Para la limpieza del platillo es conveniente desmontarlo, con la balanza previamente desconectada y proceder a su limpieza procurando no emplear líquidos abrasivos, siguiendo las mismas pautas que para la limpieza de la cámara de pesada.

Consideraciones al uso

A continuación se comentan algunos procedimientos que se deben tomar en cuenta cuando se trabaja con una balanza. Estas precauciones deben ser relativizadas cuando se opera con balanzas de precisión y enfatizadas cuando se trabaje con balanzas muy sensibles.

1. La temperatura del laboratorio puede tener un valor diferente al del interior de la balanza ya sea en el platillo o en el mecanismo, una pesada efectuada en estas condiciones se convierte en una modificación en la indicación de la balanza. Esta modificación es mayor cuanto más sensible sea la balanza, debiendo mantenerse constante en un intervalo de ±1 ºC en el caso de tratarse de balanzas semi a ultramicro.
2. Se debe comprobar que la balanza indica cero en su pantalla de lectura, pues de lo contrario se producirán errores por exceso o defecto. También debemos comprobar que su nivelación es correcta.
3. Para pesar se debe emplear siempre un objeto que sustente al reactivo el cual debe ser inerte respecto del mismo, por ello habitualmente se emplean pesasustancias, pesafiltros, cubetas para pesada, vidrios de reloj, vasos, etc. Pero ocasionalmente puede emplearse papel satino o papel de aluminio que presentan ciertas ventajas de manipulación en muchas ocasiones evitando transferencias de un recipiente a otro. Emplear cubetas para pesada de poliestireno es una opción muy interesante ya que su forma de diamante y plasticidad permite transferir los sólidos con comodidad.
4. No debe tocarse con los dedos el pesasustancias pues el contacto puede implicar variaciones de masa y temperatura.
5. Debe tenerse especial cuidado con los materiales magneticos o susceptibles de adquirir cargas estáticas, especialmente en el caso de utilizar balanzas electrónicas. Los objetos cuando son friccionados adquieren una carga electrostática, por ejemplo los matraces de cristal o pesasustancias que se secan frotando con un paño o papel. Esta carga solo se disipa lentamente y a veces no desaparece. Las cargas eléctricas estaticas producen inestabilidad durante la pesada retardándola, por otra parte el campo eléctrico generado se une al campo creado por la balanza dando lecturas falsas. Para reducir este efecto es recomendable:
   • Evitar frotar los recipientes de pesada.
   • Se deben utilizar a ser posible materiales antiestáticos; como pesasustancoas metálicos mejor que los de cristal y se favorece la descarga del objeto.
   • Utilizar aparatos eliminadores de electricidad estática en caso  de pesar con balanzas muy sensibles.
   • Trabajar con una humedad relativa del aire mayor que un 45%, con ello se incrementa la conductividad del mismo y es favorece la descarga del objeto.
6. Se debe efectuar las pesadas con mucho cuidado pero con rapidez, especialmente si se trata de masas elevadas pues en este caso influencias externas podrían falsear el resultado (humedad ambiental, temperatura, vibraciones, etc.).
7. No debemos abrir la cámara de pesada continuamente especialmente no introducir las manos en ella, pues genera turbulencias y cambios de temperatura y humedad.
8. No usar recipientes húmedos para pesar, le evaporación produce una continua pérdida de masa que conduce a una respuesta lenta de la balanza y un resultado poco exacto.
9. Cuando pesamos sustancias higroscópicas o volátiles utilizar pesasustancias o pesafiltros con tapa.
10. Usar preferiblemente recipientes contenedores de pequeño volumen para minimizar los empujes del aire.
11. No pesar nunca materiales calientes.
12. Efectuar las verificaciones periódicas que sean precisas, según las indicaciones del manual de la balanza y según la utilización que se haga de la misma.
13. No es recomendable apoyarse en la mesa de la balanza antes ni durante la operación de pesada.
14. Cuando se efectúa una pesada es recomendable anotar las variables que pudieran diferir de las condiciones de calibración de la balanza.
15. Por seguridad personal y para evitar que los reactivos se introduzcan en el mecanismo de la balanza,  nunca se debe soplar para limpiar el platillo de la balanza.

Verificación

La rutina de un laboratorio obligada a efectuar  una calibración interna o verificación  de las balanzas al menos un par de veces al día, según las circunstancias ambientales, de uso y sensibilidad de las mismas, y siempre después de veinte minutos de haberlas encendido.

La calibración interna o verificación rutinaria se efectúa con las pesas adecuadas, las cuales deben conservarse siempre al abrigo del laboratorio, enceradas en un local, caja, etc. en un ambiente limpio y seco. Siendo muy conveniente que las condiciones de temperatura y humedad del lugar donde están guardadas sea el mismo que el del local donde se ubique la balanza. Deben cogerse con guantes, con un paño seco o con pinzas, cualquier huella deberá secarse con éter, alcohol o disolvente.

La no utilización, manipulación u limpieza adecuada de la balanza suele ser un motivo directo de despido en cualquier laboratorio u empresa.

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Gracias a mi amigo y compañero Raúl Pérez Prieto por haber compartido y colaborado en este artículo.

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