INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VOLUMEN

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VOLUMEN

Para la preparación de soluciones y la manipulación con líquidos se utilizan diversos recipientes y dispositivos de laboratorio.  Se diferencian en el uso previsto y en la precisión.

Los volúmenes precisos deben medirse siempre a temperatura constante porque, debido a la expansión térmica, los cambios de temperatura van seguidos de cambios de volumen.  Por ejemplo, el agua a 10 °C tiene un volumen mucho menor que a 80 °C.

Los recipientes volumétricos suelen estar calibrados para 20 °C (25 °C en los EE.UU.).  La temperatura de calibración se escribe en cada vaso volumétrico.  Puede producirse un error sustancial, por ejemplo, por el cambio de temperatura durante la dilución de un ácido.

Se libera mucho calor durante la dilución y la temperatura aumenta.  Cuando se mide el volumen del ácido inmediatamente, el volumen real después del enfriamiento será menor.  Por lo tanto, debe observarse el requisito de una temperatura constante.

 

MEJORES INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE VOLUMEN

 

¿Cuáles son los principales instrumentos de medida para medir volumenes?

Repasaremos los instrumentos de medida de volumen principales:

 

Vasos de precipitados

Los vasos de precipitados se utilizan para la determinación aproximada del volumen de los líquidos y, por lo tanto, no se clasifican necesariamente como instrumentos de medida.

Se utilizan especialmente para disolver compuestos, diluir líquidos, calentar y otras operaciones.  Los vasos de precipitados son únicos por su «pico» que se utiliza para verter líquidos.  Debido a su baja precisión, no suelen clasificarse como aparatos de medida volumétricos.

 

Cilindro volumetrico y matraz volumetrico

Los cilindros volumétricos y los matraces volumétricos, son aparatos de medida, que se utilizan para medir el volumen de los líquidos contenidos en ellos.  Están calibrados para el volumen incluido en ellos.

El líquido tiene un volumen exacto cuando alcanza la marca correspondiente en la escala.  El volumen se indica normalmente en mL.  Durante la medición del volumen, el recipiente debe colocarse sobre un soporte uniforme y horizontal.

El volumen requerido se mide cuando el borde inferior del menisco del líquido apenas toca la marca del recipiente.  Los cilindros son menos precisos, los matraces volumétricos se utilizan para la preparación de soluciones de concentración exacta.  Los cilindros se utilizan únicamente para medir el volumen, no se emplean para disolver, diluir o mezclar.

 

Buretas, pipetas, dispensadores y jeringas

Las buretas, pipetas, dispensadores y jeringas miden el volumen de un líquido entregado a otro recipiente.

Las pipetas y las buretas suelen estar calibradas para la efusión.  Se indica con las letras «EX» (de excluyente).  El volumen exacto se mide cuando el líquido se mantiene para que salga de una determinada marca de la escala.

Puede que quede algo de líquido en una pipeta después de la efusión; nunca jamás debe ser expulsado, su volumen se ha tenido en cuenta durante la calibración.

 

Buretas

Las buretas se utilizan para las valoraciones o cuando se mide repetidamente el mismo líquido.  La bureta es un tubo de vidrio o plástico con escala calibrada cerrado con una llave de paso.  La bureta se sujeta a un soporte en posición vertical.  Con un respiradero cerrado, se llena con el líquido medido.

Luego se vierte algo de líquido para que el menisco toque la marca de la escala.  Ahora, la bureta está lista para la titulación.  El líquido se vierte con la llave de paso y el volumen se lee en la escala.

El momento más importante es la lectura del volumen; con la bureta, el volumen siempre se lee dos veces: la primera para leer la posición inicial del menisco y la segunda para leer la posición final.

Como la diferencia de volumen se calcula, no es importante cómo se lee exactamente el volumen, sin embargo debe ser leído de la misma manera cada vez.

Las buretas automáticas se emplean en los laboratorios de rutina.

 

Pipetas de vidrio

Hoy en día, las pipetas de vidrio se utilizan raramente en los laboratorios de rutina contemporáneos.

Las pipetas de vidrio fueron sustituidas por dispensadores semiautomáticos.  El volumen de las pipetas de vidrio puede variar de 1 a 100 mL.

Las pipetas de vidrio pueden ser no escaladas para medir un cierto volumen o escaladas con grados de 1 mL y décimo de mililitro.  La numeración de la escala puede ir de la punta hacia arriba o en la dirección opuesta.

Por razones de seguridad, nunca se debe aspirar un líquido por la boca.  En su lugar se utilizan varios adaptadores y pistones.

 

Adaptadores para la pipeta de vidrio

Al aspirar la solución, la pipeta nunca debe tocar el fondo del recipiente.  Antes de medir una muestra, la pipeta debe llenarse primero con la solución y luego se tira el líquido.  A continuación se mide el volumen exacto y se entrega para su posterior procesamiento.  La solución medida nunca debe entrar en el adaptador.

 

Pipetas automáticas

Pues ser pipetas automáticas, micro pipetas, micro dispensadores.

Otra posibilidad de medir pequeños volúmenes es el uso de micro pipetas.  Siempre están calibrados para la efusión.

 

Micro jeringas

Las micro jeringas sirven para dispensar pequeños volúmenes (0.1-1000 μL) de líquidos.  Consisten en una aguja unida a un cilindro de vidrio con escala con un pistón.  Los diferentes tipos varían en el diámetro de las agujas y los pistones.

 

Dispensador de pistón

Los dispensadores de pistón consisten en un pistón con una escala adherida a un frasco.  Están destinados a dispensar repetidamente el mismo volumen desde el contenedor de reserva.

Los dispensadores destinados a la medición de líquidos agresivos (por ejemplo, ácidos fuertes) están hechos de vidrio de boro silicato; las piezas de plástico que están en contacto con el líquido medido están hechas de PTFE, las otras partes de PE o PP.

Los módulos de control electrónico pueden automatizar la dispensación en los dispensadores contemporáneos.

 

Micro pipetas sin punta desechable

Según el modo de funcionamiento, se pueden distinguir los pipetadores manuales y electrónicos.

En los pipetadores manuales, el pistón se mueve con el pulgar mediante un mando de funcionamiento.  La exactitud y la precisión del pipeteado dependen de la pericia del operador.

En el caso de los pipetadores electrónicos, el pistón es movido por un pequeño motor eléctrico.  Se pueden seleccionar diferentes velocidades de aspiración y expresión del líquido según las propiedades de la solución pipeteada.

Según el principio de funcionamiento, los pipetadores pueden dividirse en dos grandes grupos:

 

Pipetadores de «desplazamiento de aire».

El principio del llamado colchón de aire se emplea en este tipo de pipetas.  Un cierto volumen de aire se encuentra entre el pistón y el líquido medido.  El volumen de la solución y del aire aspirado o expresado con el pistón puede diferir.  Depende de la densidad y la viscosidad del líquido, de la humectabilidad de la superficie de la punta con el líquido pipeteado, de la temperatura, de la presión atmosférica y de otras influencias.  Por lo tanto, cada pipetador debe ser calibrado sobre una base regular.

Los pipetadores de desplazamiento de aire pueden diseñarse como un canal único (para pipetear un solo volumen a la vez) o como un multicanal (más frecuentemente con ocho o doce canales).  Los pipetadores multicanal están pensados para pipetear simultáneamente el mismo volumen de líquido a varios pozos de una placa de microtitración.  Cada canal tiene su propio pistón, por lo que no es necesario utilizar todos los 8 o 12 canales (es decir, se pueden colocar menos puntas en la pipeta).

Los micropipeteadores se construyen para un volumen fijo o es posible fijar el volumen.  Los volúmenes pueden ajustarse discretamente (cambiando los módulos enchufables) o continuamente en un cierto rango (por ejemplo, 10-100 μL) usando un tornillo o perilla ajustable.  En el extremo inferior de una micro pipeta hay una punta extraíble. Al otro lado, ese encuentra el pomo que acciona el pistón metido en el cilindro de la pipeta.

 

«Pipeteadores de «desplazamiento positivo

El líquido es aspirado en la punta sin ningún cojín de aire – el pistón está en contacto con el líquido medido.  El líquido es entonces entregado a la vez o en varios pasos (en el caso de los llamados «steppers»).  Este tipo de pipetas es adecuado para líquidos muy viscosos o volátiles y para el pipeteo repetitivo.

 

Funcionamiento de un pipetador

Pipeteo frontal Esta es la técnica más utilizada.  En el pipeteo hacia adelante, se aspira un volumen exactamente establecido de líquido a la punta y luego se entrega a un nuevo recipiente.  Esta técnica se recomienda para el pipeteo de soluciones acuosas diluidas, buffers, ácidos y bases diluidas.

 

Pipeteo hacia adelante

Procedimiento:

Atacar una punta al pipetador.  Presione el botón hasta el primer tope (es necesario superar una ligera resistencia).

Sumerja la punta aproximadamente 2-3 mm por debajo del nivel de la solución.  Suelte el botón lentamente; la solución es aspirada a la punta.

La aspiración lenta evita las turbulencias que darían lugar a la formación de aerosoles y burbujas de gas disuelto en la solución.  La velocidad óptima depende de las propiedades del líquido (densidad, tensión de los vapores y viscosidad).

 

Aspiración de la muestra con un pipeteador

Preste atención a no aspirar burbujas de aire (por ejemplo, cuando el pistón se libera demasiado rápido o si la punta no está bien sujeta).

Se puede alcanzar una mayor precisión si el pulgar se retira completamente del botón después de haber alcanzado la posición de liberación.

Retire la punta del líquido lentamente.  La extracción rápida puede provocar la pérdida de una parte del contenido.  Antes de retirar la punta, espere varios segundos, especialmente cuando trabaje con volúmenes más grandes (500-5000 μL).

Cuando sea necesario, limpie las gotas de la superficie externa de la punta con un pañuelo de papel.  Nunca toque el orificio de la punta, el paño absorbería una porción del volumen transferido.

Durante la entrega del líquido, la punta debe tocar una pared del vaso en un ángulo (10-45º).  Debe estar justo por encima del nivel de cualquier líquido que ya esté en el recipiente.  Presione el botón hasta la primera parada.  Espere aproximadamente 1 segundo y presione el botón rápidamente hasta la segunda parada (se puede sentir una mayor resistencia).  No deben quedar gotas en la punta y no debe salpicar líquido en las paredes.

Mantenga el botón en la segunda posición y retire la punta, aun tocando la pared del recipiente.  Ahora puedes soltar el botón.

El pipeteo hacia adelante trae un pequeño error en el volumen entregado ya que una fina película de solución pipeteada permanece en las paredes internas de la punta.  En otras palabras, de acuerdo con el procedimiento descrito se entrega un volumen ligeramente menor que el requerido.  Este error depende de las propiedades del líquido medido y de la punta.  El error puede evitarse si la pared interna de la punta se enjuaga previamente con el líquido medido.  Prácticamente, el líquido se aspira primero a la punta.  Luego no se entrega a un nuevo recipiente sino que se devuelve al recipiente de reserva.  Ahora, una película muy fina de líquido pipeteado cubre la pared interior de la punta (normalmente es invisible).  A continuación se pipetea según las instrucciones dadas anteriormente (sin cambiar la punta).  Como el volumen de líquido que queda en la punta es prácticamente constante, se mide exactamente el volumen fijado.

Técnica inversa En la técnica inversa, se aspira un mayor volumen de solución a la punta.  A continuación, se suministra un volumen exhausto (y algo de líquido permanece en la punta).  Esta técnica es adecuada para líquidos muy viscosos o volátiles, fluidos biológicos, soluciones espumosas y para medir volúmenes muy pequeños.

 

Pipeteo invertido

Procedimiento:

Presione el botón hasta la segunda parada.

Sumerja la punta 2-5 mm por debajo del nivel de la solución.  Aspire lentamente la solución hasta la punta.

Retire la punta lentamente de la solución.  Si es necesario, limpie las gotas de la superficie externa de la punta.

Lleve el líquido a un nuevo recipiente, presionando el botón sólo hasta el primer tope.  La punta debe tocar la pared del recipiente de forma similar a la técnica de avance.

Mantenga el botón en la primera posición y retire la punta del recipiente.

El líquido que queda en la punta puede ser devuelto al recipiente de reserva o desechado.

 

Pipeteo repetitivo

Esta técnica se utiliza cuando se debe medir el mismo volumen del mismo líquido en varios tubos de ensayo o en muchos pocillos en una placa de micro titulación. Es similar al pipeteo inverso en el que los pasos 2 a 4 se repiten varias veces.

Pipeteo de muestras heterogéneas Esta técnica es adecuada para muestras heterogéneas como la sangre entera.  El prelavado de la punta antes del pipeteo no es fácil en este caso.

 

Pipeteo de muestras heterogéneas

Procedimiento:

Presione el botón hasta el primer tope y sumerja la punta aprox. 2-5 mm en el nivel de la solución.

Suelte lentamente el botón.  La muestra es aspirada a la punta.

Retire lentamente la punta de la solución y limpie las gotas en la pared exterior de la punta.

Sumerja la punta en la solución objetivo.

Presione el botón hasta el primer tope y luego regrese lentamente.  La solución será aspirada.  No retire la punta de la solución y repita este paso hasta que la pared interna de la punta esté limpia.

Tocando la pared del recipiente, coloque la punta sobre el nivel de la solución y presione el botón hasta el segundo tope.

Mantenga el botón en el segundo tope y retire la punta del recipiente.

 

Dispositivos de medida de volumen y ejemplos de formas de medir volumen

Ejemplos de formas de medir el volumen

El volumen es el nivel en el que se oye algo o la cantidad de espacio que ocupa un sólido, un líquido o un gas.

En el caso del sonido, su volumen es la intensidad del sonido.

Con un recipiente, su volumen sería su capacidad, o cuánto puede contener.

El volumen se expresa a menudo en unidades cúbicas determinadas por el Sistema Internacional de Unidades.

 

Medición del volumen del sonido

La intensidad de un sonido puede ser subjetiva, como silenciosa o fuerte.  Una medida más objetiva del sonido incluye  en varios otros factores, entre ellos:

Nivel de presión sonora (NPS) – El oído humano promedia el NPS en un período de 600-1000 milisegundos.  Después de aproximadamente 1 segundo, el oído creó un promedio y el nivel de sonoridad parecerá estabilizarse.

Decibelios (dB) – Esta es la relación entre la potencia y la intensidad del sonido.  Las sensibilidades humanas máximas están entre 2 y 4 kHz.

 

Medir el volumen de los solidos

El volumen de los sólidos se expresa en medidas cúbicas, como el centímetro cúbico o el metro cúbico.

Algunos ejemplos de formas de medir los sólidos, son:

Prisma rectangular – Multiplica la medida de la longitud por el ancho, luego por la altura

Cubo – Ya que todos los lados son de la misma medida, sería la medida de cualquier lado, o borde, al cubo, o a³

Prisma – Encuentra el área de la base, luego multiplica el área por la altura del prisma.  El área sería la longitud por el ancho (B), o B x h

Prisma triangular – Encuentra el área de la base (b), luego multiplica el área por la longitud (l) entre las bases triangulares.  El área de la base sería ½ multiplicada por la base por la altura (h) del triángulo, o ½bhl

Cilindro – Encuentra el área de la cara circular usando pi veces el radio al cuadrado, luego multiplica esa área por la altura del cilindro, así que πr²h

Pirámide – Encuentra el área de la base y multiplica esa área por la altura de la pirámide y multiplica por 1/3, o 1/3Bh

Pirámide cuadrada – Encuentra el área de la base y multiplica esa área por la altura de la pirámide y multiplica por 1/3, o 1/3s²h

Pirámide rectangular – Encuentra el área de la base y multiplica esa área por la altura de la pirámide y multiplica por 1/3, o 1/3 lwh

Esfera – Para una esfera, multiplica 4/3 veces pi, luego cronometra el radio al cubo, o 4/3 πr³

Cono – Para un cono, es el área de la cara circular, o πr², luego se multiplica por 1/3 y la altura del cono, o 1/3 πr²h

 

Medición del volumen de los líquidos

Los líquidos son bastante simples de medir, recordando que 1000 centímetros cúbicos equivalen a 1 litro y 1000 litros equivalen a 1 metro cúbico.

Tenemos varios ejemplos de formas de medir los líquidos:

Barriles – Los barriles pueden ser barriles secos o barriles fluidos, como los de petróleo y agua.  La cantidad específica de volumen que contiene un barril ha variado a lo largo del tiempo y en función del tipo.

En Europa, el término «barril» como unidad de medida ha oscilado entre unos 100 litros y unos 1.000 litros.

En los EE.UU., un barril de cerveza tiene alrededor de 31 galones mientras que un barril de petróleo tiene alrededor de 42 galones.

Galones – Un galón equivale a 128 onzas; cuatro cuartos; ocho pintas y alrededor de 3.781 litros.

Tazas de medir – Las tazas de medir vienen en varios tamaños y pueden ser usadas para medir productos líquidos o secos.  Un juego de tazas de medir para productos secos suele incluir una ¼ de una taza, una ⅓ de una taza, una ½ de una taza y una medida de 1 taza.

Cucharas de medir – Las cucharas de medir también vienen en varios tamaños y pueden medir productos secos o líquidos.  Un juego estándar de cucharas de medición generalmente contiene una medida de una cucharadita ¼; una medida de una cucharadita ½; una medida de una cucharadita; y una medida de una cucharada.

Pinta – Una pinta es igual a 1 mililitro, .125 galones y .5 cuartos.

Cuartos – Un cuarto es igual a 946.353 mililitros, .25 galones y cuatro cuartos.

 

Midiendo el volumen de los gases

Aquí hay ejemplos de formas de medir el volumen de los gases:

Desplazar el fluido – Este método puede ser usado para calcular el volumen de gas.  El volumen de fluido desplazado sería igual al volumen del gas.

Usar una jeringa de gas – Este es un instrumento de laboratorio que puede usarse para extraer un cierto volumen de gas de un sistema cerrado o para medir el volumen de gas de una reacción química.

Usar un espirómetro – Mide el volumen de aire que entra y sale de los pulmones, llamado volumen corriente.

Atrapar el gas – Utilice un globo para atrapar el gas que proviene de una reacción.  Luego calcula el volumen de la esfera.

Para el volumen de gas comprimido en un cilindro, aplica esta ecuación, la Ley del Gas Ideal: PV = nRT, donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles, R es la constante del gas y T es la temperatura absoluta

Después de leer todo esto, ya hemos aprendido algunas formas diferentes de medir el volumen.

 

¿Qué unidad se usa para medir el volumen?

El término unidad de volumen se refiere al volumen de una cosa: un cuarto, un mililitro o una pulgada cúbica, por ejemplo.  Cada sistema de medida que existe define una unidad de volumen para ese sistema.  Entonces, cuando se habla del volumen de un objeto en ese sistema, lo que quiere decir es cuántas veces ese volumen unitario está contenido en el objeto.  Si se dice que el volumen de un vaso de agua es de 35,6 pulgadas cúbicas, por ejemplo, lo que se quiere decir es que volúmenes unitarios de 35,6 pulgadas cúbicas podrían ser colocados en ese vaso.

Matemáticamente, el volumen parecería ser una simple extensión del concepto de área, pero en realidad es más complicado.  El volumen de las figuras simples con páginas integradas se determina determinando el número de unidades cúbicas que caben en la figura.

Sin embargo, cuando esta idea se amplía para incluir todos los posibles números reales positivos, se producen paradojas de volumen.  Teóricamente es posible desmontar una figura sólida en unos pocos pedazos y volver a montarla para que tenga un volumen diferente.

Las unidades en que se mide el volumen dependen de diversos factores, como el sistema de medición que se utiliza y el tipo de material que se mide. En el sistema británico,  el volumen se puede medir en barriles, bushels, drams, agallas, picotazos, cucharillas u otras unidades.

Cada una de estas unidades puede tener más de un significado, dependiendo del material que se mide.  Por ejemplo, el tamaño preciso de un «barril» oscila entre 31 y 42 galones, dependiendo de los estatutos federales y estatales.  De todas formas la pulgada cúbica y el galón, son las unidades más usadas en el sistema británico.

También existe variabilidad en las unidades básicas.  Por ejemplo, el «cuarto de galón» difiere en tamaño dependiendo de si se utiliza para medir un volumen líquido o seco y de si es una medición realizada en el sistema británico o en el habitual de los Estados Unidos.  Por ejemplo, 1 cuarto de galón líquido habitual equivale a 57,75 pulgadas cúbicas, mientras que 1 cuarto de galón seco habitual equivale a 67,201 pulgadas cúbicas.  En cambio, 1 cuarto de galón británico equivale a 69.354 pulgadas cúbicas.

La unidad básica de volumen en el sistema internacional (a menudo llamado sistema métrico) es el litro (abreviado como l), aunque el centímetro cúbico (cc o cm3) y el mililitro (ml) también se utilizan ampliamente como unidades de medida del volumen.  La relación fundamental entre las unidades en los dos sistemas viene dada por el hecho de que 1 cuarto de galón líquido estadounidense equivale a 0,946 L o, a la inversa, 1 litro equivale a 1,057 cuartos de galón líquido habituales.