XXX CONGRESO DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE ELECTROQUÍMICA 8TH MEETING OF THE MEXICAN SECTION ECS
SOBRE LA METROLOGÍA Y TRAZABILIDAD METROLÓGICA EN LOS RESULTADOS DE MEDIDAS ELECTROQUÍMICAS A. Rodríguez1*, F. Mercader1, M. G. López1, R. Herrera2, A. Reyes3, R. Antaño4, A. Álvarez5. 1
Universidad Politécnica de Santa Rosa Jáuregui. Carretera Federal 57 Qro-SLP km 31-150. Parque Industrial Querétaro, Santa Rosa Jáuregui, Querétaro, Querétaro. C. P. 76220, México. 2 Universidad Aeronáutica en Querétaro, Qro. Carretera Estatal 200 Querétaro - Tequisquiapan No. 22154 C.P. 76270. Colón, Querétaro. México. 3 Trustworthy Metrology in Chemistry. Sendero de la Fortuna N. 61, Milenio III, Querétaro, C. P. 76060, México 4 Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica, S.C. Parque Tecnológico Querétaro s/n, Sanfandila, Pedro Escobedo, Querétaro. 5 Universidad Tecnológica de Corregidora. Carretera Santa Bárbara-Coroneo, Km. 11.2 Corregidora, Querétaro, C. P. México. * E-mail:
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RESUMEN La metrología está presente en todos los ámbitos de las ciencias, y la trazabilidad metrológica garantiza que los resultados obtenidos en un laboratorio o empresa puedan ser comparables en cualquier parte del mundo. En electroquímica, es poco lo que se ha incluido la metrología. Se presentan ideas para introducir la metrología en los laboratorios de electoquímica del país.
Palabras Clave: Metrología, Electroquímica, Trazabilidad Metrológica.
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1.
INTRODUCCIÓN
A través de la historia, el hombre ha buscado formas de medir las cosas que están a su alrededor, y ha pasado desde las primeras mediciones antropométricas hasta los equipos actuales más complejos.
Paralelamente, la metrología es la Ciencia de las mediciones y sus aplicaciones [1], y como tal, abarca mediciones de todo tipo: dimensional, flujo, fuerza, presión, eléctricas y químicas, entre otras.
Uno de los componentes fundamentales en metrología es la trazabilidad metrológica, entendiéndose como la propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida [1]. Es decir, cuando un resultado es trazable metrológicamente hablando, este puede ser comparable al obtenido en cualquier otra parte del mundo, dado que fue comparado empleando patrones que lo relacionan con la unidad fundamental del Sistema Internacional de Unidades (SI), internacionalmente adoptado y utilizado.
Respecto a las medidas electroquímicas, son varios los laboratorios que aplican técnicas electroquímicas y conocen de la metrología, sin embargo, son pocos quienes realmente están ocupados en establecer esa trazabilidad en sus resultados.
Este trabajo muestra algunos ejemplos sobre la forma de establecer trazabilidad metrológica en los resultados de medidas electroquímicas.
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2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 2.1.- Definiciones clave [1]:
Metrología.- Ciencia de las mediciones y sus aplicaciones.
Trazabilidad Metrológica.- Propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida.
Incertidumbre de medida.- Parámetro no negativo que caracteriza la dispersión de los valores atribuidos a un mensurando , a partir de la información que se utiliza.
Calibración.- Operación que bajo condiciones especificadas establece, en una primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medida asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida, y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de medida a partir de una indicación.
Verificación.- Aportación de evidencia objetiva de que un elemento satisface los requisitos especificados.
2.2.- Relación en Electroquímica.
Para evidenciar la relación de la metrología con la electroquímica, se han seleccionado tres técnicas que a entender de los autores, son de las más utilizadas: Voltamperometría, Cronoamperometría y Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS).
2.2.1.- Voltamperometría. Esta técnica comprende la medida de las variables Corriente en función de la Tensión Eléctrica impuesta por una fuente externa. En este caso, la medición de tensión eléctrica puede calibrarse fácilmente, y la corriente se obtiene mediante la aplicación de la Ley de Ohm, al utilizar una 3 7 DE JUNIO – 12 DE JUNIO, 2015 BOCA DEL RÍO, VERACRUZ
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resistencia. Para obtener resultados de corriente trazables al SI, la resistencia debe estar calibrada también. La calibración debe realizase de preferencia en un laboratorio acreditado para ello.
2.2.2.- Cronoamperometría. Esta técnica realiza medidas de Corriente y Tiempo. La variable Corriente ya fue comentada en el párrafo anterior. La variable Tiempo es hoy en día la de mayor exactitud a nivel internacional, y la calibración del contador universal o de un cronómetro es de fácil acceso. De esta manera, las medidas cronoamperométricas pueden ser trazables al SI.
2.2.3.- EIS. En la técnica de EIS, la calibración instrumental en resistencia ha sido ampliamente utilizada, sin embargo, desde un punto de vista electroquímico, resulta necesario hacer una calibración en capacitancia también, pues en la mayoría de las aplicaciones la capacitancia de la doble capa es un parámetro de interés.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1.- Trazabilidad metrológica. De tener calibrados todos los instrumentos en las variables descritas anteriormente, la trazabilidad metrológica se logra al utilizar adecuadamente el certificado de calibración, a saber, Corrección e Incertidumbre de medida.
Si por alguna razón no es posible realizar la calibración instrumental, a continuación se sugieren algunas actividades para la verificación instrumental:
3.1.1.- Voltamperometría. Para obtener evidencia objetiva del funcionamiento instrumental con el que se realizan las pruebas voltamperométricas, se sugiere realizar los experimentos empleando resistencia de distintos valores, y la comprobación se realizará comparando el inverso de la pendiente de la curva obtenida con el valor de la resistencia, y su extrapolación al origen debería ser despreciable.
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3.1.2.- Cronoamperometría. Para esta técnica se sugiere utilizar equipos de una exactitud comparable, por ejemplo un multimetro de banco y un contador independiente, los cuales sean conectados para medir una resistencia como elemento de prueba y disparados a la par electrónicamente. En este caso se depende del funcionamiento de los otros instrumentos, sin embargo, es una comparación que puede indicar cualquier desviación en el funcionamiento.
3.1.3.- EIS. Para la verificación instrumental de esta técnica, se sugiere el uso de elementos pasivos colocados en diversos circuitos eléctricos, los cuales se diseñan y se utilizan exclusivamente para ese propósito. Bajo condiciones adecuadas de almacenamiento, estos circuitos proveen evidencia del desempeño del sistema completo.
3.2.- Incertidumbre de medida La calibración de los instrumentos de medida es realmente necesaria, sin embargo, de nada sirve si los resultados de dicha evaluación no se utilizan en el análisis de los resultados. Existen varios componentes a la incertidumbre de medida, por ejemplo la repetibilidad, reproducibilidad, sesgo, entre otros, y necesariamente la calibración del instrumento utilizado. Sin importar su contribución, la corrección e incertidumbre instrumental deben considerarse en el cálculo final, ya que es esta valor el que asegra la comparabilidad internacional al hacerlo trazable al SI [2,3].
4.
CONCLUSIONES
Se mostró la relación, importancia y potencialidades de la metrología en las medidas electroquímicas, particularmente en las técnicas Voltamperometría, cronoamperometría y EIS.
Se sugieren los elementos a calibrar para lograr trazabilidad en los resultados, así como algunas actividades para verificar el funcionamiento de manera periódica.
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5. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo de las instituciones participantes para realizar el desarrollo de este trabajo.
6. REFERENCIAS [1] Vocabulario Internacional de Metrología - Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados (VIM) (VIM 3rd edition). JCGM 200:2008. [2] Evaluation of measurement data – Guide to the expression of uncertainty in measurement. JCGM 100:2008 (GUM 1995 with minor corrections). [3] Farrance I and Frenkel R. Uncertainty of Measurement: A Review of the Rules for Calculating Uncertainty Components through Functional Relationships. Clin Biochem Rev. 2012. 33(2): 49–75.
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