¿Qué es la Valoración?

La valoración es una técnica analítica que permite la determinación cuantitativa de una sustancia específica disuelta en una muestra mediante la adición de un reactivo de concentración conocida. Se basa en una reacción química completa entre la sustancia (analito) y un reactivo (valorante).

El valorante se añade hasta que se completa la reacción. Para que sea adecuada para la determinación, el final de la reacción de valoración debe ser fácilmente observable cuando se supervise (indique) mediante técnicas adecuadas, por ejemplo, potenciometría (medición del potencial con un sensor) o a través de un cambio de color.

La medición del volumen de valorante dispensado permite calcular el contenido de analito basándose en la estequiometría de la reacción química. Para ser precisa, una reacción de valoración debe ser rápida, completa, inequívoca y observable.

Mientras que la valoración clásica se realizaba añadiendo manualmente el valorante mediante un grifo con un cilindro de vidrio graduado conocido como bureta, la valoración automatizada moderna permite una adición precisa y repetible del valorante y un trazado más robusto del potencial frente al volumen de valorante. Sin embargo, la titulación manual sigue siendo un pilar en muchos laboratorios de todo el mundo (véase más abajo titulación manual frente a automatizada). La teoría básica que subyace a la valoración manual y a la automatizada es la misma.

Encontrará más información sobre qué es la valoración en la guía Fundamentos de la valoración.

• ¿Por qué es importante la valoración y cómo se utiliza en la industria?
• ¿Cuáles son los tipos de valoración?
• ¿Cuáles son las ventajas de la valoración?
• ¿Qué diferencias hay entre la valoración manual y la automatizada?
• ¿Qué es una curva de valoración?
• ¿Qué diferencia hay entre la valoración en el punto final y en el punto de equivalencia?
• ¿Cómo Calcular la Molaridad / Ecuación de Molaridad / Concentración Molar?
• ¿Cómo obtener resultados precisos en la valoración?
• Terminología básica en la valoración

La valoración es una técnica analítica rápida, precisa y consolidada que se aplica ampliamente en la investigación, el desarrollo de productos y el control de calidad. En comparación con otros métodos analíticos, es rentable, muy precisa y acepta un alto grado de automatización. Estos factores pueden facilitar la mejora de la productividad del flujo de trabajo, ya que la valoración puede ser realizada por operarios sin conocimientos específicos de química. Entre las industrias que utilizan la química de valoración se encuentran la agricultura, la biotecnología, la química, la cosmética, la electrónica, la alimentación y las bebidas, las pinturas y pigmentos, el papel y la pasta de papel, la petroquímica y la farmacéutica.

• La valoración es una técnica analítica bien establecida: La valoración es uno de los métodos analíticos cuantitativos más antiguos y más utilizados. Las valoraciones manuales, semiautomatizadas y totalmente automatizadas se han desarrollado ampliamente y se emplean en una amplia gama de industrias.

• Se trata de un procedimiento rápido: En el caso de las valoraciones manuales, los únicos elementos necesarios son una bureta, un valorante y un indicador de punto final adecuado. El valorante se añade a la muestra en la bureta hasta que la reacción sea completa y fácilmente observable. La medición del volumen de valorante dispensado permite calcular el contenido de analito basándose en la estequiometría de la reacción química.
  Las valoraciones automáticas son aún más rápidas y suponen un importante ahorro de tiempo. La automatización permite un alto rendimiento con un esfuerzo mínimo del operador, y ayuda al usuario en términos de calidad y seguridad de los datos al mejorar la reproducibilidad y evitar errores de transcripción. La automatización aumenta la productividad e incrementa la eficacia.
  

• Técnica muy exacta y precisa: Al principio, sólo se realizaban las valoraciones que mostraban un cambio de color significativo al alcanzar el punto final. Posteriormente, las valoraciones se colorearon artificialmente con un colorante indicador. La precisión alcanzada dependía principalmente de las habilidades del químico y, en particular, de su capacidad para la percepción de los diferentes colores. En la actualidad, la valoración ha experimentado un fuerte desarrollo: las buretas de pistón manuales y, más tarde, motorizadas, permiten una adición de valorante precisa y repetible. Los sensores electroquímicos sustituyen a los indicadores de color, con lo que se consigue una mayor precisión y exactitud de los resultados. El trazado gráfico del potencial frente al volumen de valorante y la evaluación matemática de la curva de valoración resultante proporcionan una declaración más exacta sobre la reacción que el cambio de color en el punto final. Con microprocesadores, la valoración puede controlarse y evaluarse automáticamente, lo que representa un paso importante hacia la automatización.
  

• El mayor grado de automatización posible: Un valorador es un instrumento que permite automatizar todas las operaciones que intervienen en la valoración: adición de valorante, seguimiento de la reacción (adquisición de señales), reconocimiento del punto final, almacenamiento de datos, cálculo y almacenamiento de resultados. Lo único que tiene que hacer el operador es colocar las muestras en la gradilla del valorador e iniciar el método.
  

Obtenga más información sobre las oportunidades y ventajas de la automatización con nuestra Guía de automatizaciónde la titulación

• Las valoraciones automatizadas pueden ser utilizadas por operarios poco cualificados y formados: En el caso de las valoraciones manuales, un técnico de laboratorio sigue un procedimiento (o método) detallado y estandarizado y aplica sus habilidades y conocimientos a la tarea. A continuación, se calculan y documentan los resultados.
  Las valoraciones automatizadas son fáciles de realizar y no se requieren conocimientos químicos muy especializados. Los métodos de valoración se programan una vez y pueden ser reutilizados por cualquier usuario simplemente pulsando un botón. A continuación, los resultados se generan automáticamente.
  

• Buena relación calidad-precio en comparación con técnicas más sofisticadas.

La valoración es una técnica analítica cuantitativa que se utiliza para determinar la concentración desconocida de un analito de interés (la sustancia a analizar). Se realiza añadiendo gradualmente una cantidad exactamente conocida de una sustancia (el tritrante), que reacciona con nuestro analito en una proporción definida, a la muestra que queremos analizar. La medición del volumen de titrant dispensado permite calcular el contenido de analito basándose en la estequiometría de la reacción química.

El valorante se añade hasta que se completa la reacción química y el final de la reacción de valoración se detecta fácilmente mediante técnicas apropiadas (por ejemplo, potenciometría o cambio de color de un indicador adecuado). La reacción implicada en una valoración debe ser, por tanto, rápida, completa, inequívoca y observable.

Para más información y comparaciones, consulte aquí:

Las curvas de valoración ilustran el progreso cualitativo de una valoración. Permiten una evaluación rápida del método de valoración. Se distingue entre curvas de valoración logarítmicas y lineales.

La curva de valoración tiene básicamente dos variables:

• El volumen del valorante como variable independiente. La señal de la solución, por ejemplo el pH para valoraciones ácido/base como variable dependiente, que depende de la composición de las dos soluciones.
• Las curvas de valoración pueden adoptar 4 formas diferentes, y deben analizarse con los algoritmos de valoración adecuados. Estas cuatro formas son: la curva simétrica, la curva asimétrica, la curva mínimo/máximo y la curva segmentada.

Modo de valoración en punto final (EP):

El modo de punto final representa el procedimiento clásico de valoración: se añade el valorante hasta que se observa el final de la reacción, por ejemplo, mediante el cambio de color de un indicador. Con un valorador automático, la muestra se valora hasta que se alcanza un valor predefinido, por ejemplo, pH = 8,2.

Modo de valoración del punto de equivalencia (PCE):

El punto de equivalencia es el punto en el que el analito y el reactivo están presentes exactamente en las mismas cantidades. En la mayoría de los casos es prácticamente idéntico al punto de inflexión de la curva de valoración, por ejemplo, las curvas de valoración obtenidas a partir de valoraciones ácido/base. El punto de inflexión de la curva se define por el valor correspondiente de pH o potencial (mV) y el consumo de valorante (mL). El punto de equivalencia se calcula a partir del consumo de valorante de concentración conocida. El producto de la concentración de valorante y el consumo de valorante da la cantidad de sustancia que ha reaccionado con la muestra. En un autotitulador, los puntos medidos se evalúan según procedimientos matemáticos específicos que conducen a una curva de valoración evaluada. El punto de equivalencia se calcula entonces a partir de esta curva evaluada.

La concentración de cantidad de sustancia de una solución de una entidad X (símbolo c(X)) es la cantidad de sustancia n dividida por el volumen V de la solución.

N es el número de moléculas presentes en el volumen V (en litros), la relación N/V es la concentración en número C, y N_A es la constante de Avogadro, aproximadamente 6,022×10²³ mol⁻¹.

Las unidades habituales empleadas en el análisis son mol/L y mmol/L.

La obtención de resultados de valoración precisos y exactos requiere comprender cómo minimizar los factores que pueden influir negativamente en la exactitud, así como elegir el método de valoración adecuado.

La reducción de los factores que influyen negativamente en la precisión de los resultados requiere una comprensión de los tipos de errores que pueden estar presentes en todas las actividades de medición: errores sistemáticos, errores aleatorios y errores de flujo de trabajo.

Errores sistemáticos

Un error sistemático es un error constante o a la deriva debido a un error consistente cometido durante el análisis. Los errores sistemáticos típicos en la valoración incluyen

• Método analítico o fórmula de valoración incorrectos
• Errores de muestreo o tamaños de muestra incorrectos debidos a un error de pesaje constante y no reconocido
• Valores en blanco falsos o ausentes, ajuste incorrecto del sensor
• Velocidad demasiado alta para la reacción o la respuesta del electrodo

Una vez identificada la fuente de un error sistemático en un proceso de valoración, suele ser fácil de corregir.

Errores aleatorios

Un error aleatorio es un componente del error global que varía de forma impredecible y suele ser más difícil de identificar. Las fuentes típicas de errores aleatorios en la valoración incluyen:

• Mala manipulación de la muestra
• Equipo inadecuado (baja resolución de la balanza, grado incorrecto de la cristalería, etc.)
• Parámetros incorrectos del método (incrementos demasiado grandes, tiempo de espera insuficiente)
• Burbujas en los tubos de la bureta o enjuague ineficaz entre muestras
• Falta de formación del operario o condiciones ambientales incoherentes

Si no puede identificarse la fuente de un error aleatorio, deberá aumentarse el número de réplicas para obtener un valor medio más fiable. Por lo general, esto conlleva un desperdicio de muestras, reactivos y tiempo.

Errores de flujo de trabajo

Este tipo de errores suelen requerir mucho tiempo y, en ocasiones, son muy costosos de rastrear, especialmente cuando existen presiones de tiempo o de costes. Los errores típicos del flujo de trabajo incluyen:

• Errores de anotación/transcripción (por ejemplo, copiar datos, etiquetar mal las muestras)
• Errores de cálculo
• Mezcla de muestras y/o reactivos
• Tamaño incorrecto de las muestras
• Errores en la configuración del sistema, el funcionamiento del instrumento o la limpieza (no eliminar las burbujas de las líneas, por ejemplo)

Una combinación de formación de los usuarios, cumplimiento de los PNT y medidas avanzadas para la trazabilidad e integridad de los datos reducirá drásticamente los errores en el flujo de trabajo.

Manipulación de muestras

Los errores de manipulación de las muestras son quizá la mayor fuente de errores en un flujo de trabajo de valoración. La homogeneidad de la muestra, los problemas de almacenamiento, el tamaño incorrecto de la muestra y los errores de pesaje son algunos ejemplos.

En cuanto al tamaño, la muestra debe ser lo suficientemente grande para ser representativa, pero no tanto como para que sea necesario llenar repetidamente la bureta durante la valoración. La valoración ideal debería dar un consumo de valorante de entre el 30 y el 80% de un solo volumen de bureta. Si la falta de homogeneidad requiere que la muestra sea mayor, deberá utilizarse un valorante más concentrado.

La muestra también debe ser lo suficientemente grande para que los errores de medición de la muestra se reduzcan al mínimo. Esto suele requerir una balanza adecuada y asegurarse de que el tamaño de la muestra supera los requisitos de peso neto mínimo de la muestra de la balanza. El peso mínimo suele ser un factor de la tolerancia de pesaje deseada o dada por el proceso. Por ejemplo, la USP41 especifica un error máximo permitido del 0,1% en los resultados del pesaje. Para garantizar un pesaje preciso, las tolerancias de su proceso individual deben ser de 2 a 4 veces menores para asegurar un margen de seguridad adecuado. Para las industrias no reguladas por la USP, el 1% es una tolerancia de proceso típica.

Por ejemplo, cuando se estandariza un valorante KF con tartrato disódico deshidratado, normalmente se requiere una muestra de 50 mg debido a problemas de solubilidad del metanol. Para garantizar una incertidumbre de pesaje inferior al 0,1%, se necesita una balanza con una legibilidad de al menos 0,01 mg. Sin embargo, si se utiliza agua pura para normalizar un reactivo KF y garantizar un consumo adecuado de valorante, deberán emplearse entre 7,5 y 20 mg de agua. En este caso, una balanza con una legibilidad de 0,01 mg puede no cumplir las directrices de la USP para el pesaje preciso de muestras con un peso superior a 14 mg. En el caso de muestras líquidas, también debe utilizarse el grado apropiado de cristalería o aparato volumétrico, y hay que tener cuidado para evitar errores de manipulación. Para ayudar a minimizar las fuentes de error evitables durante los métodos de valoración, descargue nuestro póster gratuito para aprender a identificar y evitar errores de valoración.

Las siguientes definiciones de valoración pueden facilitarle el aprendizaje de todo lo que necesita saber sobre la valoración.

Analito: Especie química específica en una muestra cuyo contenido o cantidad se determina mediante valoración.

Fin de la valoración: Punto final deseado o punto de equivalencia en el que se termina la valoración y se evalúa el consumo de valorante. Puede darse más de un punto de equivalencia durante la misma valoración.

Punto final: El punto en el que se observa el final de la reacción de valoración (normalmente por cambio de color u otro indicador de valoración). Definir la valoración junto con su punto final representa la técnica clásica.

Punto de equivalencia: El punto en el que el número de entidades (equivalentes) del valorante añadido es el mismo que el número de entidades del analito de la muestra.

Indicación: El procedimiento para seguir la reacción y detectar el final de la valoración. Generalmente, la indicación se realiza mediante potenciometría (electrodos) o indicadores de color.

Paralaje: Diferencia en la posición aparente de un objeto en función de la línea de visión del observador. En la valoración, este fenómeno debe tenerse en cuenta al observar visualmente meniscos líquidos en una bureta.

Estándar primario: Sustancia certificada de gran pureza que se utiliza para determinar con precisión la concentración del valorante.

Adquisición de señales: La adquisición de señales es el seguimiento de fenómenos físicos para obtener valores digitales o numéricos en determinados puntos (como el punto final de un experimento de valoración o el punto de equivalencia).

Normalización: El uso de una sustancia química de referencia de gran pureza (estándar) para determinar la concentración de valorante.

Estequiometría: Las relaciones mol/masa entre reactivos y productos en la valoración. Los reactivos de la valoración reaccionan según relaciones fijas, por lo que si se conoce la cantidad de los reactantes por separado, puede calcularse la cantidad del producto. Si se conoce la cantidad de un reactivo y se puede determinar la cantidad de productos, también se puede calcular la cantidad de otros reactivos.

Titulante: Solución de un determinado reactivo químico que está estandarizada en términos de concentración para que pueda utilizarse en una valoración precisa.

Valoración: Análisis químico cuantitativo en el que una cantidad definida de valorante reacciona cuantitativamente con el compuesto de la muestra que se está analizando. A partir del volumen de valorante consumido, se calcula la cantidad de compuesto de la muestra basándose en la estequiometría de la reacción del ensayo. También se conoce como volumetría o titrimetría.

Curva de valoración: Las curvas de valoración ilustran el progreso cualitativo de una valoración. La curva utiliza generalmente el volumen del valorante como variable independiente y la solución como variable dependiente. Una curva permite evaluar rápidamente el método de valoración. Las curvas adoptan cuatro formas: simétrica, asimétrica, mínimo/máximo y segmentada.

Ciclo de valoración: El ciclo que se realiza y se repite hasta que se alcanza el punto final o el punto de equivalencia de la reacción de valoración. El ciclo de valoración consta principalmente de cuatro pasos: adición del valorante, reacción de valoración, adquisición de la señal y evaluación.

Ecuación de valoración: Serie de fórmulas de valoración que permiten calcular la molaridad másica de muestras sólidas, la concentración de soluciones ácidas y bases, la concentración de soluciones diluidas y el consumo de valorante tras una valoración directa. Para calcular fácilmente los resultados de la valoración, visite nuestra Calculadora de valoración.

Teoría de la valoración: La teoría de la valoración explora la determinación de un producto en relación con su concentración mediante la observación de una reacción de valoración utilizando métodos físicos o electroquímicos. Conocer la concentración exacta de una especie, producto o función química ayuda a garantizar la eficacia del proceso y/o la calidad del producto.