Informe de laborarorio- Medición de masa usando una balanza analítica AND GR-200 PDF

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Informe de la balanza analítica...

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Medición de masa usando una balanza analítica AND GR-200 Esteban Mora Monestel Laboratorio de Química Analítica, Grupo 02, Prof. José Ángel Rodríguez Corrales Bachillerato en Ingeniería de Bioprocesos Industriales, Escuela de Química, Universidad Nacional, Costa Rica. Fecha de realización: 18/02/19 Fecha de entrega: 25/02/19 Fundamento teórico La balanza analítica posee un sistema servomotor que genera un empuje magnético cuya intensidad varía dependiendo de la masa sobrepuesta en el platillo, y de esta forma, se da a conocer la masa de un objeto. Se midió con la balanza analítica AND modelo GR 200 la masa de un marcador siete veces y se efectuó la medida de la masa de sílica por diferencia con el mismo instrumento. Se determinó, para ambos casos, la masa promedio del objeto con su desviación estándar y porcentaje de desviación estándar relativa. De igual manera, se calculó la incertidumbre del promedio y combinada para cada cuadro. Sección experimental Reactivos – Sílica Equipo – Balanza analítica AND modelo GR 200

Datos experimentales Cuadro 1. Medida de la masa de un objeto usando la balanza

analítica AND modelo GR 200.

Medición

Masa del objeto (±0,00018 g.)

1

20,39940

2

20,39950

3

20,39950

4

20,39960

5

20,39960

6

20,39950

7

20,39950

Cuadro 2. Medida de la masa de silica por diferencia usando la balanza analítica AND modelo GR 200.

Medida

1

2

3

Masa del papel + sílica (±0,00018)g

1,06890

1,05560

1,08380

Masa del papel + residuo (±0,00018) g

0,22840

0,22860

0,22700

Masa de la sílica (±0,00025) g

0,84050

0,82700

0,85680

Resultados La masa promedio fue de (20,39951 ± 0,00003¿ g, con una mediana de (20,39950 ± 0,00018¿ g y una desviación estándar de 0,00007 con su desviación relativa de 0,000003%. Por otra parte, la medida promedio obtenida de la medición por 1

diferencia de la masa de sílica fue de (0,84140 ± 0,011) g con una desviación estándar relativa de 1,77335%. Discusión y conclusiones La realización de esta práctica conllevó a la obtención de resultados que serán discutidos en esta sección. La balanza analítica AND modelo GR 200 propició que los datos obtenidos, fueran de vasta confiabilidad. Según se observa en el Cuadro 1, los valores presentan una valorable cercanía entre ellos, lo cual significó una alta precisión (desviación estándar: 0,00007). Este término se entiende como la proximidad entre las indicaciones o los valores medidos obtenidos en mediciones repetidas de un mismo objeto, o de objetos similares bajo condiciones especificadas.1 La precisión de los datos demuestra un manejo satisfactorio de la balanza analítica con respecto al experimentador. Interpretando el Cuadro 1, se observó la posible manifestación de errores en la medición de masa de un objeto. El error aleatorio ocurre cuando las mediciones repetidas, ya sean en un mismo sujeto o en diferentes miembros de la población en estudio, varían de manera no predecible.2 De esto se esperaría el efecto del empuje del aire en el análisis de medición de masa. La medición efectuada usando la balanza analítica AND modelo GR 200 se realizó en condiciones controladas, mas no significó una disminución o eliminación de errores aleatorios. Haciendo un estudio, igualmente, del Cuadro 1; se notó la incidencia de la incertidumbre en las mediciones. Esta limitación de medida del instrumento pudo haber desviado los valores medidos del dato real por unos cuantos decimales. Un resultado sin incertidumbre puede ser considerado como resultado incompleto.3 Es por esta razón, que reconocer la incertidumbre de la medida como parte de ella es de suma relevancia. Los datos presentes en el Cuadro 1 muestran la medida de la masa de un objeto, cuyas últimas cifras varían entre 0,0001 g y 0,0002 g aproximadamente. En estos valores es notorio el grado de diferencia entre ellos por incertidumbre o por error aleatorio anteriormente mencionado. Analizando el Cuadro 2, el proceso del cálculo de la

masa sílica por diferencia generó una menor precisión. La precisión y exactitud son ejemplos de términos que representan conceptos cualitativos, y por lo tanto, no deben expresarse numéricamente.4 Es por esto que se realiza un estudio del valor de la desviación estándar obtenida para gestar una exposición cuantitativa de la precisión. La desviación estándar conseguida propone una alza, en comparación al Cuadro 1, en la disminución de precisión (desviación estándar: 0.14921). En el mismo procedimiento de medición de sílica por diferencia, se contempló una evidente inexactitud. La distancia presentada entre los datos medidos al valor real de 1,00 g. es considerable para confirmar la existencia de poca exactitud. Principalmente, la aparición de errores en la realización de la práctica propiciaron una mayor inexactitud y poca precisión en el Cuadro 2. En el caso contrario, el Cuadro 1 presentó una alta precisión según los valores obtenidos. Se propone realizar medidas en donde el objeto a macerar esté seco y limpio, de esta manera se evitan las corrientes de convección y el aumento o disminución de masa correspondiente a factores externos del objeto. Si estos errores fuesen eliminados o disminuidos los resultados tomarían valores más exactos.

Referencias 1. Bureau International de (BIPM). Vocabulario Metrología. Conceptos generales, y términos JCGM. 2012; pp 31-32. 2. Sackett, D. L. Bias in

Poids et Mesures Internacional de fundamentales y asociados (VIM). analytic research,

2

Pergamon Press Ltd: Gran Bretaña, 1979; pp 51-63. 3. De Bièvre, P. Measurement results without statements of reliability (uncertainty) should not be taken seriously. Accreditation and Quality Assurance: 1997; 2, pp 269. 4. Taylor, B. N.; Kuyatt, C. E. Guideline for Evaluating the Uncertainty of NIST Measurements Results. NIST

Technical Notes: Washington, 1994.

Apéndice Parte I. Medición de la masa de un objeto usando la balanza analítica AND GR 200. Contribuciones a la incertidumbre

3

0,0003 √❑ =0.00017

μ (Linealidad) =

½∙ 0,0001 √❑ =0,000029

μ (Resolución) =

μ (Repetibilidad) = 0,000090 √❑ =0,000052

μ(m)= √❑ = 0,00018

Cálculo del promedio de las siete mediciones de un objeto. X =

(20,3994+ 20,3995+ 20,3995+20,3996 + 20,3996 + 20,3995 + 20,3995) 7

X = 20,39950 g.

Cálculo de la incertidumbre del promedio. 0,00007 √❑ μ ( x ¿ = ± 0,000030 μ ( x¿ =

Cálculo de la desviación estándar de la medición de un objeto. S= √ ❑ S=0,00007 Cálculo de la desviación estándar relativa de la medición de un objeto. (0,00007) (20,3995) =0,000003%

%RSD=

Parte II. Medición de la masa de sílica por diferencia usando una balanza analítica AND GR 200.

4

Medida de la incertidumbre de la masa en balanza analítica. (Calculados anteriormente). μ (Linealidad)= 0,00017 μ (Resolución)= 0,000029 μ (Repetibilidad)= 0,000052

Cálculo de incertidumbre combinada. μ Combinada= √ ❑ = 0,00036

Medición de la masa de sal por diferencia usando la balanza analítica AND GR 200. (Masa del papel+sílica) - (masa del papel+residuo) = masa de sílica Medida 1: (1,0689 g. - 0,2284 g.) = 0,84050 g. Medida 2: (1,0556 g. - 0,2286 g.) = 0,82700 g. Medida 3: (1,0838 g. - 0,2270 g.) = 0,85680 g.

El procedimiento se repite dos veces adicionales, los datos se muestran a continuación con su incertidumbre correspondiente: Medición 1: (0,84050 ± 0,00036) g. Medición 2: (0,82700 ± 0,00036) g. Medición 3: (0,85680 ± 0,00036) g.

Cálculo del promedio de la masa de sílica por diferencia. X =

(0,8405+0,8270+0,8568) 3

X = 0,84140 g.

Cálculo de la incertidumbre del promedio de la masa de sílica. Donde t es t-student a dos colas a un 68% de confianza para n-1 grados de libertad, s es la desviación estándar de los resultados y n el número de repeticiones. μ ( X ¿ = √❑

5

= 0,011

Cálculo de la desviación estándar de la masa sílica. S= √ ❑ S= 0,14921

Cálculo de la desviación estándar relativa de la masa de sílica. %RSD=

(0,14921) (0,84140)

∙2

= 1,77335%

Cálculo de la incertidumbre expandida con k=2. La incertidumbre expandida se obtiene al multiplicar la incertidumbre combinada por un factor de cobertura (k), que en este caso es 2. μ Expandida= 0,00036 • 2 = 0,00072

6...