Balanza analítica

Una balanza analítica es una báscula que mide masa con un alto grado de precisión. Típicamente tienen un rango de pesaje entre los 100 y los 300 g, y una lectura de 0,1 mg (4 decimales), de 0,01 mg (5 decimales, también denominada balanza semi-micro) o de 0,001 mg (6 decimales, también denominada micro balanza). Estas balanzas de alta sensibilidad requieren ser protegidas por una cabina o incluso una sala específica de pesaje.

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Aplicaciones o usos de una balanza analítica

Las balanzas analíticas, también denominadas balanzas de laboratorio, permiten el análisis cuantitativo de una muestra. Algunas aplicaciones de una balanza analítica electrónica son:

  1. Preparación de muestras
  2. Preparación de estándares
  3. Formulación
  4. Peso diferencial
  5. Determinación de densidad
  6. Pesaje por intervalos
  7. Testeo de rutina de pipetas

Metodología básica de pesaje

En una operación de pesaje, lo primero es abrir la compuerta y disponer un contenedor en el platillo utilizando guantes o tenazas. Luego de cerrar la puerta y esperar que la balanza se estabilice en un peso, resetear la pantalla a 0,0000 g. Agregar la muestra en el contenedor hasta alcanzar la masa objetivo, posteriormente cerrar nuevamente la puerta y esperar que estabilice, para registrar el peso neto. Cada vez que el instrumento es desenchufado (para limpieza por ejemplo), requiere un tiempo de ajuste antes de volver a ser utilizado.

Incertidumbre en balanzas

En cualquier medición siempre existe una componente de incertidumbre, para la cual es clave tener una buena estimación. Es más, una medición de pesaje sin una estimación de incertidumbre pierde de sentido y una calibración no está completa sin una medición de la incertidumbre. En el caso de las balanzas analíticas, la estimación de incertidumbre es parte integral de la calibración en una balanza y se determina en función del desempeño de la balanza, de las propiedades del objeto pesado y del entorno del pesaje.

Tipos de tolerancia en calibración de balanzas

Las tolerancias determinan si la balanza analítica cumple o no un conjunto particular de criterios, los cuales pueden obedecer a uno o más de los siguientes: criterio legal, que en general define tolerancias que cumple fácilmente una balanza de laboratorio, pero no consideran las especificaciones del fabricante, criterio del fabricante o criterios de proceso. Estos últimos son los únicos que consideran los requerimientos específicos del usuario y su optimización puede solventar importantes mejoras en la rentabilidad del proceso mediante ahorro de material, gestión de residuos o gestión de reprocesos.

Peso mínimo de una balanza

El peso mínimo de cada balanza puede ser diferente, dependiendo del desempeño de su celda de carga, su ubicación y de su entorno. El peso mínimo es el límite de precisión del instrumento; bajo este número la incertidumbre propia del instrumento relativa al peso de la carga es mayor que la precisión requerida, por lo que el pesaje deja de ser confiable.

Para poder calcular el peso mínimo de una balanza, se necesita conocer antes la incertidumbre de la balanza para ese entorno específico. Otra forma de determinar el peso mínimo es realizando pesajes bajo el 5% de la capacidad de la balanza y conociendo su repetibilidad, ya que ésta genera la fuente predominante de error en el rango inferior de pesaje de la balanza.

Exactitud y precision de una balanza analítica

Precisión es cuán cerca pueden efectuarse dos o más pesajes diferente. Exactitud es cuán cerca está un pesaje contra un valor conocido, y depende de la lectura, de la repetibilidad, la no-linealidad y la excentricidad del equipo. La Exactitud es siempre relativa al entorno y puede ser testeada mediante una masa patrón externa o mediante ajuste automático mediante una masa de referencia integrada en la balanza.

Una buena práctica para controlar la exactitud de una balanza consiste en realizar constantemente testeos de rutina entre las calibraciones.

Efectos de la electricidad estática en balanzas analíticas

Las cargas electrostáticas pueden causar pesajes inestables o no-repetibles, ya que generan una fuerza en el platillo de pesaje, que afecta directamente el resultado del pesaje. Algunas medidas para controlar este efecto:

  1. Humedad ambiental inferior al 50%
  2. Utilizar contendedores de pesaje anti-estática, idealmente metálicos
  3. Evitar el uso de contenedores de goma

Para eliminarla estática en forma definitiva, existen ionizadores que permiten eliminar la carga de la muestra y de su contenedor.

Masas patrón

Las masas patrón son el equipamiento más importante para testear balanzas. Se recomienda:

  1. Almacenar las masas patrón en su embalaje original
  2. Almacenarlos cerca de la balanza
  3. Manipularlos con cuidado
  4. Limpiarlos de acuerdo a norma OIML/ASTM
  5. En caso de masas más grandes, manipularlas con manijas especiales
  6. Inspeccionar siempre si tienen daño previo a su uso

Calibración de una balanza analítica

La calibración de una balanza analítica es fundamental, ya que asegura que el equipo de pesaje es certero y cumple con los estándares como ISO, GLP/GMP, IFS o BRC.

Beneficios de calibrar una balanza:

  1. Ahorro en costos: Equipos calibrados llevan a decisiones correctas, evitando desperdicios.
  2. Mediciones confiables: Si las mediciones en distintas etapas son certeras y confiables, también lo es el producto final
  3. Cumplimiento con auditorías
  4. Detección de envejecimiento del equipo: el término de vida útil de una balanza puede anticiparse mediante calibraciones periódicas
  5. Aumento de ingresos: equipos calibrados permiten optimizar tolerancias, que a su vez finalmente se pueden traducir en procesos más rentables

Los procedimientos de calibración indican la calidad de la medición, y deben ser ejecutados en forma periódica durante el tiempo de vida útil de la balanza, debido a que el uso normal de una balanza, así como las fluctuaciones eléctricas, mecánicas o ambientales, hacen que pierdan confiabilidad en el tiempo, de manera puntual o gradual. Además debe efectuarse luego de la instalación y de cada ajuste o reparación.

Es recomendable que, entre calibraciones, el usuario haga testeos de rutina para detectar posibles problemas.

Un procedimiento de calibración consiste en una comparación cuantitativa. Debe ser siempre realizado por un servicio técnico autorizado y utilizando el software de calibración. En general, consta de los siguientes pasos:

  1. Evaluar el desempeño del instrumento al comparar el pesaje de masas patrón
  2. Verificar si el instrumento cumple los estándares de pesaje mediante un test
  3. En el caso de que los estándares mínimos no se cumplan, ajustar el instrumento para que las desviaciones queden dentro del límite de tolerancia
  4. Calibrar el instrumento con el procedimiento adecuado para el límite de tolerancia

Para determinar con qué frecuencia se debe calibrar una balanza analítica, se recomienda una metodología basada en riesgos, enfocada en la probabilidad de un mal pesaje y su impacto. A mayor probabilidad y mayor impacto, más frecuente debe ser la calibración. Suponer por ejemplo que las balanzas analíticas se calibran una vez al año, puede ser una política equivocada.

Limpieza de una balanza analítica

La limpieza de una balanza es muy importante, no sólo para cumplir con los protocolos, sino que para asegurar la seguridad del operador, eliminar posibles contaminaciones cruzadas y extender la vida útil del equipo.

Se recomienda redactar un procedimiento simple que defina al menos qué limpiar, con qué sustancias o métodos limpiar, cuán seguido limpiar y quién es el responsable. Es importante además mantener un registro de la limpieza de la balanza.

Pasos básicos:

  1. Apagar la balanza. Se recomienda además desconectarla de la fuente de poder
  2. Remover la cabina y limpiarlos suavemente con detergente o en el lavavajillas
  3. Remover el platillo o bandeja y también limpiarlos suavemente con detergente o en el lavavajillas.
  4. Sacudir cualquier partícula hacia afuera de la perforación de la balanza, protegiendo sus piezas interiores
  5. Re-armar la balanza cuidadosamente ubicando sus piezas en el lugar correcto y volver a encenderla.

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