Laboratorio de Gases de Referencia

Materiales de referencia certificados

Un material de Referencia Certificado (MRC), es un material de referencia donde una o más de sus propiedades están certificadas por un procedimiento que establece su trazabilidad a una realización de la unidad en la que se expresan los valores de la propiedad. Cada valor certificado viene acompañado de su incertidumbre a un nivel declarado de confianza.

Los MRC generalmente se preparan en lotes. Los valores de la propiedad se determinan dentro de las incertidumbres declaradas por medio de medidas, sobre muestras representativas del lote completo.

Los MRC pueden ser:

• Soluciones patrón y mezclas de gas, a menudo preparadas gravimétricamente a partir de sustancias puras.
• Sustancias puras caracterizadas por la pureza química y/o trazas de impurezas.
• Materiales de referencia matriciales, caracterizados por la composición. Cada material puede prepararse con matrices de materiales naturales que contengan los componentes de interés o por mezclas sintéticas.
• Materiales de referencia físico-químicos, caracterizados por sus propiedades, como la viscosidad o la densidad óptica.
• Objetos o artefactos de referencia, caracterizados por las propiedades funcionales como el gusto, el olor, la dureza, el índice de octano. Este tipo incluye especimenes microscópicos.

Las características fundamentales de los materiales de referencia son:

• Homogeneidad: debe asegurarse que los valores que se determinan en una muestra de un lote se puedan aplicar a cualquier otra muestra, dentro de los límites de incertidumbre indicados.
• Estabilidad: debe asegurarse la estabilidad en todo el periodo de validez del MRC. Las condiciones de conservación y de utilización, deben estar bien definidas con el fin de asegurar la estabilidad.

En cuanto a los procedimientos de análisis, pueden clasificarse en tres tipos diferentes:

• Tipo I: aplicación directa de las leyes de la física o parámetros químicos. En este caso, para obtener un resultado se aplica un cálculo, basado en leyes físicas o en los parámetros químicos involucrados, sobre mediciones realizadas durante el proceso. Por ejemplo, la masa de una muestra o el volumen utilizado en una valoración.
• Tipo II: cuantificación por interpolación en una curva de calibración. Cuando se asume que no hay influencia de la matriz, se compara el contenido de la muestra a analizar con muestras de calibración de contenido conocido, utilizando un sistema de detección que tenga una respuesta preferiblemente lineal. El valor del contenido de la muestra se determina por interpolación. Esto supone que cualquier otra diferencia en composición forma, etc. entre la muestra a analizar y las de calibración no tiene ningún efecto en la respuesta o es despreciable comparado con la incertidumbre del resultado.
• Tipo III: cuantificación por interpolación en una curva de calibración, cuando existe influencia matricial. En este caso, se compara el contenido de la muestra a analizar con muestras de calibración de contenido conocido. La señal del sistema de detección utilizado varía no sólo con el contenido del elemento o molécula a analizar, sino con otras diferencias en la matriz. Si esta influencia de la matriz se ignorase, la respuesta vendría afectada por un error.

Desde 1998 el Centro Español de Metrología (CEM) viene desarrollando actividades relacionadas con la metrología química, siguiendo las recomendaciones del Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) a los Institutos Nacionales de Metrología para que dispusiesen de infraestructuras para un desarrollo sostenido de las actividades relacionadas con la metrología química. Por otro lado también surgió la obligatoriedad del cumplimiento de las Directivas Comunitarias relativas a los controles de emisiones contaminantes. Por todo ello, el CEM pretende dar cobertura, mediante la elaboración de mezclas de gas con la consideración de MRC primario, a estas necesidades.

Trazabilidad

El procedimiento utilizado por el CEM para la preparación de mezclas de gas es el método gravimétrico, por lo que la trazabilidad a unidades del Sistema Internacional, es directa a la unidad de masa.

Las mezclas de gases deben compararse con otras de otros Institutos Nacionales de Metrología con el fin de asegurar la calidad de la composición de las mismas y dar cumplimiento al Acuerdo de Reconocimiento Mutuo firmado por nuestro país en 1999. Los países signatarios de este acuerdo aceptan el establecimiento de la equivalencia de los patrones nacionales de medida y la aceptación de los certificados de calibración emitidos por sus Institutos Nacionales. El CEM viene participando con regularidad en las Comparaciones Internacionales que quedan dentro de sus capacidades declaradas (en http://kcdb.bipm.org pueden consultarse los resultados de las últimas comparaciones).

Principales actividades y objetivos

Actualmente, Los Laboratorios de Gases de Referencia, teniendo en cuenta las comparaciones en las que han participado y los resultados obtenidos, tiene capacidad reconocida internacionalmente para certificar las siguiente MRC primarios:

CO, CO₂, O₂, NO, C₃H₈, CH₄ y gas natural (7 componentes)

La preparación de estos MRC primarios se realiza mediante el método gravimétrico, según lo indicado en la norma UNE 77 246. La cantidad de gas que se añade a la botella receptora se determina por diferencia de pesada de la misma, antes y después de cada adición de gas, la diferencia entre estas dos pesadas proporciona la masa del gas añadido.

La preparación de mezclas de gas por el método gravimétrico se realiza por comparación de la masa entre una botella de referencia (siempre la misma) y una botella receptora. Para ello se utiliza un comparador de masas y pesas de clase E2. Este método permite gran exactitud en la posibilidad de embotellamiento de las mezclas preparadas.

Una vez realizad la mezcla, se verifica su composición final, comprobando que esta coincide con la obtenida en el proceso gravimétrico. Esta verificación se realiza de acuerdo con la norma UNE 77 247 que permite determinar la composición de la mezcla de gas por comparación con mezclas de gas de referencia adecuadas. Para ello, el CEM dispone de diversos analizadores específicos y de cromatógrafos de gases.

En el campo de la metrología legal se responsabilizan de actividades relacionadas con el control metrológico de los instrumentos destinados a medir las emisiones de los gases de escape de los vehículos equipados con motores de encendido por chispa (gasolina) y los instrumentos destinados a medir la opacidad u determinar el coeficiente de absorción luminosa de los gases de escapa de los vehículos equipados cos motores de encendido por compresión (diesel).

En la actualidad el laboratorio está participando en proyectos internacionales de investigación en el campo de los gases energéticos en temas relacionados con el biogás y pilas de combustible y también en proyectos relacionados con las emisiones de gases contaminantes.

Desde el año 2016, se ha participado en los proyectos EMPIR 15NRM03-HYDROGEN (http://projects.lne.eu/jrp-hydrogen/)y 16ENG01-MetroHyVe (https://www.metrohyve.eu) donde se ha trabajado en el desarrollo de mezclas de gas de referencia y métodos de análisis para determinar la calidad del hidrógeno dispensado como combustible (ISO 14687-2: 2012).

Servicios

• Preparación, entre otras, de mezclas de gases (matriz N₂):
  • Dióxido de carbono: 200 µmol/mol – 10 000 µmol/mol.
  • Dióxido de carbono: 10 mmol/mol - 200 mmol/mol.
  • Monóxido de carbono: 500 µmol/mol – 2 000 µmol/mol.
  • Propano: 600 µmol/mol – 4 000 µmol/mol.
  • Metano: 1 µmol/mol - 5,3 µmol/mol.
  • Oxígeno: 2 mmol/mol – 210 mmol/mol.
  • Monóxido de carbono (5 – 100) mmol/mol, dióxido de carbono (10 – 200) mmol/mol y propano (600 – 4 000) µmol/mol.
• Análisis, entre otros, de mezclas de gases (matriz N₂):
  • Dióxido de carbono: 200 µmol/mol – 10 000 µmol/mol.
  • Dióxido de carbono: 10 mmol/mol - 200 mmol/mol.
  • Monóxido de carbono: 500 µmol/mol – 2 000 µmol/mol.
  • Propano: 600 µmol/mol – 4 000 µmol/mol.
  • Metano: 1 µmol/mol - 50 µmol/mol.
  • Monóxido de nitrógeno: 25 µmol/mol – 500 µmol/mol.
  • Oxígeno: 2 mmol/mol – 210 mmol/mol.
  • Monóxido de carbono (5 – 100) mmol/mol, dióxido de carbono (10 – 200) mmol/mol y propano (600 – 4 000) µmol/mol.
  • Gas natural de 7 componentes (metano, etano, propano, i-butano, n-butano, dióxido de carbono y nitrógeno).
• Determinación de impurezas en hidrógeno utilizado en pilas de combustible:
  • Nitrógeno, argón, oxígeno, helio: para niveles de concentración acorde con los requerimientos de ISO 14687-2.
  • Cloruro de hidrógeno (HCl): hasta 1000 µmol/mol
• Asesorias a instituciones y empresas sobre implantación de sistemas de calidad en laboratorios de calibración o elaboración de procedimientos.
• Cursos generales y cursos a medida basados en las necesidades particulares del solicitante.