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Guía del usuario del crioscopio Advanced
Modelo 4250
®
Termodinámica del punto de congelación
La manera más rápida y precisa de medir el punto de congelación de una
solución es sobreenfriándola varios grados por debajo de su punto de
congelación e induciendo mecánicamente la congelación de la muestra.
El calor de fusión liberado repentinamente eleva la temperatura de la muestra
a un valor de meseta en el cual su termodinámica intrínseca mantiene un
equilibrio adiabático temporal entre las fases líquida y sólida. El período
durante el cual se desarrolla y mantiene el equilibrio es una función de las
características térmicas de la muestra, la diferencia de temperatura entre la
muestra y su entorno y la capacidad de conducción térmica de los materiales
que intervienen. La temperatura a la cual se produce ese equilibrio es, por
definición, el punto de congelación de la solución.
Para producir resultados óptimos usando este método se requiere un
instrumento cuidadosamente diseñado. En el Modelo 4250, el entorno de
la muestra se controla por medio de la temperatura a fin de maximizar la
eficiencia del instrumento sin distorsionar la meseta de congelación. Una
sonda sensible supervisa la temperatura de la muestra, controla el nivel de
sobreenfriamiento, induce la congelación y mide el punto de congelación de la
muestra. La punta de la sonda de muestras se coloca en forma precisa en cada
muestra. La agitación automática durante el enfriamiento y la cristalización de
la muestra minimiza los gradientes de temperatura de la muestra y genera una
mezcla uniforme aislante que ayuda a estabilizar la meseta de equilibrio.
La muestra se debe manipular cuidadosamente y mantener mediante
procedimientos simples (p. ej.: reposición del fluido de termotransferencia y
limpieza de la sonda y el alambre de agitación y congelación) a fin de asegurar
su alto rendimiento continuo.
La figura 1 ilustra la temperatura de una muestra durante el ciclo de
congelación y la intervención del instrumento en cada etapa. A pesar de que
la meseta del punto de congelación en un crioscopio correctamente diseñado
se observa horizontal durante un período considerable, prolongándose
idealmente durante muchos minutos, un trazo ampliado de la temperatura de
meseta mostraría una curva muy gradual que se acerca a su nivel máximo a
medida que decae la condición adiabática. El "punto de congelación" de una
muestra se define como la temperatura más cálida que alcanza durante el
equilibrio. Desafortunadamente, la temperatura más cálida que alcanza durante
el equilibrio sólo se puede determinar en forma definitiva una vez que esto
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Figura 1: Curva estándar de congelación
ha ocurrido, obligando a supervisar la temperatura de la muestra durante un
tiempo prolongado, durante la "meseta" y posteriormente. Además, la medición
es más repetible durante la primera parte de la meseta, en la que los procesos
de congelación y fusión se encuentran más adiabáticamente balanceados.
Después de observar que las muestras similares poseen curvas cuyos puntos de
congelación tienen pendientes similares, los usuarios de crioscopios comerciales
han solucionado tradicionalmente este dilema tomando mediciones de las
mesetas a intervalos estudiados y realizando la calibración en base a esto;
resultando antieconómico esperar para obtener lecturas de mesetas menos
repetibles. A fin de mantener una concordancia entre diferentes instrumentos,
los fabricantes de crioscopios para leche generalmente incluyen cronómetros de
mesetas programados para mantener una relación razonable entre la precisión y
la eficiencia. A pesar de que la duración de la meseta varía con los componentes
y el tamaño de la muestra, hemos descubierto que las mediciones del punto de
congelación realizadas aproximadamente 30 segundos después de iniciarse la
cristalización son las más repetibles cuando se usan muestras de 2 ml.
Ciertas agencias de control lácteo todavía exigen o recomiendan usar otros
intervalos de tiempo o mediciones en la cresta de la meseta. El Modelo 4250
se programa en fábrica para realizar mediciones de meseta cada 30 segundos,
pero se pueden programar fácilmente para buscar mesetas a 60 ó 90 segundos,
si se desea, en la forma descrita en el capítulo 2, "Uso del instrumento" en la
presente guía del usuario.
Introducción
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