UNIDAD 1: Magnitudes y unidades. La balanza PDF

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OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia UNIDAD 1: Magnitudes y unidades. La balanza y sus características Laura Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia Curso:2024-2025 1  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia 1. Magnitud y medida El concepto de magnitud física surge para comprobar si una hipótesis es acorde con la realidad, hay que saber qué propiedades intervienen en el fenómeno a estudiar y cómo influyen sobre él. Magnitud se define como cualquier característica susceptible de ser medida. Si alguien nos dice que va a tardar tres minutos en llegar, podemos cronometrar este tiempo, y da igual quién lo haga siempre que el cronómetro se utilice adecuadamente. El tiempo, por ejemplo, es una magnitud, pues se puede medir de forma objetiva. En cambio, cuando se habla por ejemplo de justicia, amor o simpatía, ya no estamos en el ámbito de las magnitudes físicas, ¿cómo se mediría la belleza de un paisaje? En el ejemplo descrito anteriormente, al decir tres minutos, es igual que decir 180 segundos, ya que cada minuto tiene 60 segundos, por lo que, cada magnitud física se puede expresar en distintas unidades. La unidad de una magnitud física es una cantidad de ella que se utiliza para medir esa magnitud. Una vez decidida la unidad, se puede proceder a medir la magnitud. Medir consiste en comparar la magnitud que se mide con la unidad. Cuando decimos que un árbol mide dos metros, significa que la unidad elegida, en este caso el metro. Cada unidad es representada por un símbolo, formado por una o más letras. Los símbolos se escriben con minúscula, salvo que deriven de un nombre propio, en cuyo caso la primera letra se escribe con mayúscula. A los símbolos nunca se les añade la letra "s" de plural, por ejemplo, 5 g, y no 5 gs. 2  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Una unidad, para serlo, debe cumplir una serie de condiciones: Ser universal: que se utilice la misma unidad en todos los países. Ser sencilla, práctica y fácil de reproducir en todo momento. Ser constante e inalterable, que no cambie con el paso del tiempo ni en función de quién realice la medida. 2. Magnitudes fundamentales y derivadas. Sistema Internacional de Unidades (SI) Existen muchas magnitudes físicas, pero todas se pueden expresar en función de las denominadas magnitudes fundamentales o básicas. Las demás, las que se obtienen a partir de ellas, son magnitudes derivadas. Como existen unidades para una misma magnitud, por ejemplo, mm, cm, m, km, es necesario llegar a acuerdos sobre las que utilizar. En 1960 se celebró la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, de la que nació un conjunto de unidades parautilizar a nivel internacional. Dicho sistema se denominaría Sistema Internacional de Unidades (SI). Magnitudes fundamentales y sus unidades SI Magnitud Unidad Símbolo Masa (m) Kilogramo kg Longitud (l) Metro m Tiempo (t) Segundo s Temperatura (T) Kelvin K Intensidad de corriente(I) Amperio A Intensidad luminosa (IV) Candela cd Cantidad de sustancia (n) Mol mol 3  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Algunas magnitudes derivadas y sus unidades Magnitud Unidad Símbolo Superficie (S) Metro cuadrado m2 Volumen (V) Metro cúbico m3 Densidad Kilogramo por metro kg/m3 cúbico Tabla 1. Magnitudes fundamentales y derivadas en el SI. Es habitual utilizar múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI, añadiéndole prefijos a las unidades, y así poder expresar matemáticamente cantidades o muy grandes o muy pequeñas. Múltiplos y submúltiplos Prefijo Símbolo Factor de equivalencia Giga G 109 Mega M 106 Kilo k 103 Hecto h 102 Deca da 10 Unidad - 1 Deci d 10-1 Centi c 10-2 Mili m 10-3 Micro µ 10-6 Nano n 10-9 Pico p 10-12 Tabla 2. Múltiplos y submúltiplos. 4  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Equivalencias importantes: - 1 l = 1 dm3 - 1 l = 1000 ml - 1 dm3 = 1000 cm3 - 1 ml = 1 cm3 - 1 m3 = 1000 l 3. La expresión de la medida. Exactitud y precisión Las medidas pueden ser valores o muy grandes o muy pequeños, y es por eso, que se trabaja con números en notación científica, esta expresión consta de: Una parte entera de una sola cifra (unidades), que no sea el cero. Una parte decimal. Una potencia de base 10 con exponente entero. El exponente será positivo si el valor es mayor y negativo cuando el valor sea pequeño. Ejemplo: 2,3 ∙ 10 -6 Una medida está formada por cifras significativas. Estas son las cifras exactas o dígitos conocidos con precisión más un último dígito incierto que debe estimarse. Reglas para determinar el número de cifras significativas: 1. Todos los dígitos distintos de cero son cifras significativas. 2. Los ceros que aparecen entre dígitos distintos de cero son siempre significativos. 3. Los ceros que aparecen al comienzo de un número nunca son significativos. Sólo sirven para fijar la posición de la coma decimal en un número menor que uno. 4. Los ceros que van al final son significativos si van detrás de la coma decimal. 5. Los ceros al final de un número sin coma decimal pueden ser o no significativos. La medida 3000m puede, en principio, tener una, dos, tres, cuatro cifras decimales, la ambigüedad se evita utilizando la notación científica. 6. El punto final de un número indica que todos los dígitos son significativos. La medida 3000, tiene 4 cifras significativas. 7. A un número exacto se le pueden añadir, después de la coma decimal, todos los ceros que se desee. Considerando de esta manera que tiene infinitas cifras significativas. Al realizar cálculos con medidas experimentales, los resultados obtenidos deben 5  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia redondearse para que sean coherentes con los datos de partida. Este es un procedimiento utilizado para prescindir de las cifras no significativas. REGLAS DEL REDONDEO: Para redondear un número, primero hay que decidir el número de cifras significativas que debe tener y después aplicar las reglas de redondeo para eliminar las cifras de la derecha. Estas reglas son las siguientes: Si la cifra siguiente a la que hay que mantener es mayor que 5, se suprime esa cifra y todas las siguientes y se aumenta en una unidad (+1) la cifra mantenida. Ejemplo: 5,556 se redondeará a 5,56 Si la cifra siguiente a la que hay que mantener es menor que 5, se suprime esa cifra y las siguientes, no variando la cifra mantenida. Si el último número es =5: Si antes del 5 encontramos un valor numérico par, novaría la cifra, el número se queda como está. Ejemplo: 5,56500 y 5,565 se redondearía a 5,56. Si antes del 5 encontramos un valor impar, se lleva a cabo un redondeo al alza en una unidad. Por ejemplo: 2,21500 o 2,215 se transforma tras el redondeo en 2,22. o CARACTERÍSTICAS DE LA MEDICIÓN: Una medición es más exacta cuanto más pequeño es el error de la medición. Se define como exactitud al grado de concordancia entre el valor medido (Vi) y el valor real (Vr), cuanto más se aproxime el valor medido al valor real, más exacta será la medición. Si siempre se obtienen medidas con valores próximos o iguales a esa cantidad, entonces, el método aplicado y aparato utilizado son muy precisos, pero esto no garantiza que el resultado sea el exacto. Por lo tanto, se define precisión como la capacidad de reproducir o repetir el valor de una medida obteniendo siempre el mismo valor. 6  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Fig 1. Grado de exactitud y precisión. 4. Errores de las medidas Cuando se hace una medición de los valores obtenidos, dichos valores son sólo aproximados a los reales. Hay dos tipos de valores: o Valor real o verdadero (Vr): es el valor real de una magnitud. o Valor medido (Vi): es el que se obtiene con un aparato de medida, el valor que se mide. Al hacer una medición se pueden producir dos tipos de errores: Errores sistemáticos: se repiten constantemente en cada medición. Suelen producirse debido a las imperfecciones de los aparatos de medida y del método empleado. Hay que diferenciar entre: (1) Error absoluto (Ea) es la diferencia entre el valor medido y el verdadero en valor absoluto. Ea= ⏐Vi –Vr ⏐ (2) Error relativo (Er) es el cociente entre el error absoluto y el valor verdaderoy se expresa en tanto por ciento. Er= (Ea / Vr)∙100 Errores accidentales o aleatorios: son los que hacen que, al realizar varias veces la misma medición, se obtengan resultados diferentes. Son debidos al azar, a causas imprevistas o la lectura incorrecta de datos. En este apartado distinguiremos: 1) Errores de paralaje: se producen al no situarnos correctamente al hacer una lectura, por ejemplo, en una pipeta (a la altura del ojo). 2) Errores de apreciación: se producen cuando hay que interpretar un 7  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia resultado que se sitúa entre dos valores. 3) Errores de ajuste del aparato: se producen al hacer la medición sin comprobar que el aparato está ajustado. Para determinar el margen de error absoluto que afecta a una medida se evalúa el valor exacto de la medida y la sensibilidad del aparato (mínima unidad de medida que puede apreciar un aparato y que es capaz de producir en él una variación de la medición).Si no se conociera el valor real, se calcula hallando el valor medio, haciendo la media aritmética de todas las medidas. La expresión correcta de una medida siempre debe ir acompañada del margen de error o error absoluto: media aritmética ± error absoluto. 5. La balanza. El instrumento que cuantifica la masa (m) de una sustancia es la balanza. Lo primero que hay que saber es que el concepto de masa y peso son distintos. La masa es una característica de cada sustancia y es invariable, nuestra masa corporal va aser la misma en la Tierra como en la Luna, y cuando esa masa se somete a la fuerza de la gravedad (g) de la Tierra, se llama peso. 𝑝 = 𝑚·𝑔 La diferencia es que: La masa mide la cantidad de materia que tiene un cuerpo. El peso mide la fuerza con que es atraído hacia el centro de la Tierra. Las balanzas pueden ser mecánicas o electrónicas: Mecánicas: actualmente están siendo sustituidas por las electrónicas, el método de pesada consiste en colocar el producto que se quiere pesar en un recipiente (vidrio de reloj, papel, vaso...) previamente tarado con pesas, en el platillo izquierdo, e ir añadiendo pesas en el platillo derecho hasta alcanzar elequilibrio, la suma de los pesos individuales será la masa del producto. Las pesas son mecánicas, cuyo peso viene expresado en gramos. Su valor siempre serán múltiplos y submúltiplos del gramo. Para un uso correcto de las pesas, nunca se deben coger con las manos, sino con pinzas, y colocar las pesas en el centro del platillo, de mayor a menor masa, sin saltarse ninguna. 8  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Las pesas son piezas metálicas cuyo peso viene expresado en gramos y cuyo peso es conocido. Las pesas de un gramo o de peso superior tienen un cuerpo cilíndrico que acaba en un pequeño reborde para falicitar su manejo. Mientras que, las pesas de masa inferior a un gramo tienen forma de lámina poligonal (triángulo, cuadrado y hexágono) con un extremo doblado hacia arriba para facilitar su manipulación. Electrónicas monoplato: son las más utilizadas en el laboratorio de las oficinas de farmacia y hospitalarias, ya que son rápidas y ofrecen gran exactitud, precisión y sensibilidad. El mecanismo de medición es electromagnético: al colocar un producto sobre el platillo de pesada, cambia de posición con una fuerza proporcional al peso que se ha puesto sobre él, la balanza detecta este cambio de posición del platillo y genera una fuerza que lo pone en su posición inicial. Los tipos de balanza electrónica monoplato más frecuentes son: - Balanza electrónica de precisión: la precisión de indicación oscila entre los0,1 y 0,001 g. 9  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia - Balanza electrónica analítica: la precisión de indicación es de 0,0001 g o mayor y su carga máxima varía entre 100 y 200 g. El platillo está protegido por una urna de cristal preservado de la humedad por un agente desecador. 6. Características, técnica de pesada de las balanzas y control de calidad Principales características de las balanzas: EXACTITUD: concordancia entre el valor medido (Vi) y el valor real (Vr). PRECISIÓN: capacidad de proporcionar resultados de mediciones consecutivas, iguales o muy próximas, realizadas en las mismas condiciones, procedimiento y observador, igual lugar de pesada, condiciones ambientalesy repetición de las medidas en un periodo de tiempo corto. PRECISIÓN DE INDICACIÓN (d): representa la mínima diferencia que se puede leer entre dos medidas. ESTABILIDAD: capacidad de la balanza para volver a su posición inicial al quitar el producto que se ha medido. CARGA MÁXIMA: peso máximo que puede soportar el sistema sin sufrir daños. CARGA MÍNIMA: peso mínimo que la balanza puede registrar con exactitud. SENSIBILIDAD: cantidad mínima capaz de ser detectada por una balanza. Tipos de balanza según su sensibilidad: BALANZA DE PRECISIÓN: 0,1 - 0,001 g BALANZA ANALÍTICA: 0,0001 SEMIMICROBALANZA: 0,00001 10  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia MICROBALANZA: 0,000001 g ULTRAMICROBALANZA: 0,0000001 g ❖ TÉCNICA DE PESADA: La técnica de pesada se procederá de la siguiente manera: Antes de iniciar la pesada: Comprobar que la balanza está limpia y, en caso contrario, proceder a su limpieza. Verificar que la balanza está nivelada. Las balanzas ofrecen la posibilidad de ser niveladas mediante las patas reguladoras y según la burbuja de nivel, que debe estar centrada (en el caso de que sea mecánica): Comprobar que la balanza está enchufada (en el caso de que sea electrónica). Colocar el interruptor en ON y esperar a que se estabilicen los ceros. Esperar 20-30 minutos antes de operar. Efectuar la calibración automática interna, si se dispone de esta función. Procedimiento de pesada: Tener en cuenta el límite máximo (carga máxima) de peso para cada balanza. Colocar centrado sobre el platillo, sin sobrepasar sus bordes, el soporte en el que se va a depositar la masa problema (ejemplo vidrio de reloj). Presionar sobre el botón de tara y esperar a que aparezcan los ceros estabilizados. Colocar, con una espátula (sólidos) o una pipeta (líquidos), una cantidad aproximada del producto a pesar. Leer el resultado de la medición (superior a la carga mínima). Adicionar o restar producto hasta conseguir el peso deseado, esperando la estabilización entre cada operación. Cerrar el envase del producto (no debe haber más de un envase abierto) y situarlo al otro lado de la balanza para diferenciar los productos pesados de los que quedan por pesar. 11  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia Finalización de la pesada: Retirar el producto pesado e identificado. Si la balanza se ha ensuciado, apagarla y pasar un pincel o papel de celulosa que no suelte fibras. En caso de vertidos accidentales, pasar un paño suave humedecido en etanol, pero en ningún caso con sustancias limpiadoras agresivas o disolventes. Para asegurarse de que los valores de las medidas de la masa son exactos, hay que realizar un chequeo a las balanzas, existen varios controles: a) Control diario: hay que comprobar que se estabilizan los ceros después de encender la balanza, antes de realizar la medida hay que esperar entre 20-30 min y si la balanza tiene calibración automática efectuarla. La balanza tiene que estar limpia y nivelada. b) Control mensual: utilizando una pesa de referencia hay que comprobar la exactitud de la balanza, si no coincide el valor obtenido con el peso de referencia hay que recalibrar la balanza. c) Control periódicos: De sensibilidad sin carga: con unas pinzas se coloca una pesa de referencia en el centro del platillo, sin ejercer presión, cuyo valor sea menor o igual a la mitad de la división mínima de la balanza. Después, se añaden pesas de referencia de pequeño valor nominal hasta que se rompa el equilibrio del instrumento y se muestre variación en la escala. Sumando las masas empleadas se conocerá la sensibilidad de la balanza sin carga. De sensibilidad con carga: en el centro del platillo de la balanza se coloca una pesa de referencia cuyo valor nominal sea igual o mayor que la mitad de la carga máxima que es capaz de soportar el sistema de medida. Después, se añade, en el centro del platillo, la pesa de referencia que corresponde a la senibilidad determinada en la prueba anterior (por ejemplo; 0,01g). Si se aprecia variación, hay que verificar el valor de sensibilidad. De excentricidad: se coloca una pesa de referencia cuya masa nominal sea 1/3 de la carga máxima de la balanza en distintas posiciones del platillo receptor dela pesa, con el fin de conocer las variaciones de medida en función de la posiciónde la carga colocada. La finalidad del control es ver si la sensibilidad de la balanza es suficientemente insensible a cambios de desplazamiento de la carga sobre su 12  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia platillo receptor. De carga máxima: se van colocando de menor a mayor las pesas de referencia hasta el punto en que la balanza no registre ningún valor, siendo el valor registrado anteriormente la carga máxima que puede soportar el sistema depesada. 7. Normas de uso correcto de la balanza electrónica Lugar de ubicación de la balanza: No debe ser un lugar de paso, los rincones son los mejores lugares para instalarlas porque son más firmes y tienen menos vibraciones. Colocar alejada de ventanas, ventiladores, equipos de aire acondicionado y radiadores. Los cambios de temperatura de la habitación provocan cambios en la temperatura del interior de la balanza e influyen en su funcionamiento. Se recomienda trabajar entre los 10 y los 40 ºC. Las zonas con sistema de iluminación artificial son los lugares idóneos. Los aparatos de iluminación no deben estar cerca de la mesa de pesada. Se recomiendan los tubos fluorescentes. Cuanto mayor sea la sensibilidad de las balanzas, más repercusión sobre ella tendrán las variaciones de humedad atmosférica. Se recomienda una humedad entre el 40 y el 65%. Mesa de pesar: Durante la pesada no hay que apoyarse, mover o golpear la zona de trabajo. Que no esté fijada a la pared y al suelo simultáneamente, ya que las vibraciones deuno se transmiten al otro. No debe estar sometida a oscilaciones y vibraciones, ni debe ceder cuando se trabaja en ella. Debe ser de material antimagnético y estar protegida contra la carga estática. Durante el manejo de la balanza: Comprobar que la balanza señale correctamente el cero. Cuánto más tiempo se pierda al hacer la medida, mayor probabilidad por factores externos falseen el resultado de la medida. Los resultados pueden variar por la electricidad estática de algunos recipientes de vidrio o plástico, y por los productos magnéticos, que se deben separar de 13  OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia y Parafarmacia los platillos de pesada mediante bases no magnéticas. Para evitar variaciones de humedad y temperatura, no tocar con los dedos los recipientes de pesada ni los productos que se van a pesar. En aquellas balanzas que lleven vitrina, utilizar pinzas largas para introducir los recipientes dentro de la vitrina, esta se abrirá el tiempo justo para introducir el recipiente, se espera a que se estabilice y se vuelve a abrir para comenzar a medirla masa del producto. Hecho esto, se vuelve a cerrar para estabilizar y así sucesivamente hasta obtener la masa que se quiera medir, para retirar el recipiente, se usa las pinzas largas y sin demorar en el tiempo. 14