Instrumentos de medición de pH

Objetivos:

Al finalizar la sesión el participante estará en condiciones de identificar y comprender el funcionamiento, calibración y configuración de los instrumentos de medición de pH Industriales

 Generalidades En 1909, el químico danés Sorensen  definió el potencial hidrógeno (pH) como el logaritmo negativo de la concentración molar de los iones hidrógeno. Esto es:                        Desde entonces, el término pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando así el manejo de cifras largas y complejas. Por ejemplo, una concentración de [H+] = 1x10-8 M (0.00000001) es simplemente un pH de 8 ya que : pH= - log[10-8] = 8 La relación entre pH y concentración de iones H se puede ver en las siguiente tablas, en las que se incluyen valores típicos de algunas sustancias conocidas:

 pH = - log [H + ]

Valores del pH de algunos materiales

Productos conocidos

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Jugo de limón

Jugode naranja

Cerveza

Queso

Leche

Agua pura

Huevo

Leche Magnesia

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

H2SO4

4.9% (1N)

HCl 0.37%(0.1N)

Ácido acético0.6% (0.1N)

HCN 0.27%(0.1N)

Bicarbonato de sodio 0.84% (0.1N)

Acetato de Potasio 0.98% (0.1N)

NH4OH 0.017% (0.01N)

NH4OH 1.7% 1.0NCaOH (sat)

NaOH 4%

Valores del pH de algunos materiales

Productos Químicos

El pH es un indicador de la acidez de una sustancia.Está determinado por el número de iones libres de hidrógeno (H+) en una sustancia.El resultado de una medición de pH viene determinado por una consideración entre el número de protones (iones H+) y el número de iones hidroxilo (OH-).Cuando el número de protones iguala al número de iones hidroxilo, el agua es neutra. Tendrá entonces un pH alrededor de 7.

La palabra pH es la abreviatura de "pondus Hydrogenium".Esto significa literalmente el peso del hidrógeno.El pH no tiene unidades; se expresa simplemente por un número.

Cuando los ácidos entran en contacto con el agua, los iones se separan. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno se disociará en iones hidrógeno y cloro (HCL-- H+ + CL-).Las bases también se disocian en sus iones cuando entran en contacto con el agua. Cuando el hidróxido de sodio entra en el agua se separará en iones de sodio e hidroxilo (NaOH-- Na+ + OH-).

¿Por qué medimos el pH?Para obtener productos con propiedades

definidasPara obtener productos con menor costo Para evitar daños a las personas, materiales

y medio ambiente Para cumplir reglamentos y legislaciones Para adquirir nuevos conocimientos El valor del pH en el agua, es utilizado también

cuando nos interesa conocer su tendencia corrosiva o incrustante, y  en las plantas de tratamiento de agua.

Un pH muy ácido o muy alcalino, puede ser indicio de una contaminación industrial.

La determinación del pH en el agua es una medida de la tendencia de su acidez o de su alcalinidad.Un pH menor de 7.0 indica una tendencia hacia la acidez, mientras que un valor mayor de 7.0 muestra una tendencia hacia lo alcalino.El pH es un factor logarítmico; cuando una solución se vuelve diez veces más ácida, el pH disminuirá en una unidad.Si una solución se vuelve cien veces más básica, el pH aumentará en dos unidades.

Métodos de determinación del pH

Existen varios métodos para medir el pH. Los más usados son el método del colorímetro y el método del electrodo.

Método del Colorímetro.• Usa un trozo de papel indicador del pH. Cuando se

introduce el papel en una solución, éste cambia de color. Cada color diferente indica un valor de pH diferente.

• Este método no es muy preciso y no es apropiado para determinar valores de pH exactos.

• Existen tiras de test disponibles, capaces de determinar valores más pequeños de pH, tales como 3.5 o 8.5.

El método del Electrodo•Este método determina  el  pH, midiendo el potencial generado (milivolts )  por un electrodo de vidrio que es sensible a la actividad del  ión H+,

•Este potencial es comparado con un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medición.

•El potencial de las cargas determina el número de iones H+ y OH- y cuando esto haya sido determinado el pH aparecerá digitalmente en el pH-metro.

• El potencial depende de la temperatura de la solución. Es por eso que el pHmetro también muestra la temperatura.

U = Emedición - E

referencia

Cadena de medición

Electrodos separados

Conector

Hilo de Medición

Cuerpo de Vidrio

Buffer InternoMembrana

Entrada de electrolito

Elemento de referencia

Electrolito

Diafragma

El e

ctro

do d

e re

fere

ncia

El e

ctr

od

o d

e m

ed

i ci ó

n

Electrodos combinados

Conector

Electrolito

Elemento de ReferenciaHilo de Medición

DiafragmaBuffer interno

Membrana

Entrada de electrolito

Membrana de medición

H+ H+

++

++

+

+

---

---

membranade vidrio

membrana de vidrio (0.2 - 0.5mm)

película de gel esp. 100 m

cargapositiva

carganegativa

Buffer interno

Membrana

Electrodo de Referencia

El potencial del electrodo de medición no puede ser medido individualmente. Es necesario un electrodo de referencia.

El potencial de este electrodo debe ser independiente del potencial de la muestra.

Hilo de Plata

Cloruro de PlataElectrolito de referencia(solución de KCl)

DiafragmaCl- es alto y constante

para que E sea constante

E = Eo + 2.3RT logaCl- F

Sistema de referencia Ag/AgCl

El pHmetro El pHmetro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. La determinación de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones.

•Consiste en un par de electrodos, uno de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos en la disolución en la que queremos encontrar el pH. La barita de soporte del electrodo es de vidrio común y no es conductor, mientras que el bulbo sensible, que es el extremo sensible del electrodo, esta formado por un vidrio polarizable (vidrio sensible de pH).•Se llena el bulbo con la solución de acido clorhídrico 0.1N saturado con cloruro de plata. El voltaje al interior del bulbo es constante, porque se mantiene su pH constante (pH 7) de manera que la diferencia de potencial solo depende del pH del medio externo.•El alambre que se sumerge al interior (normalmente Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador.

Mantenimiento de los electrodosEl electrodo de vidrio es relativamente inmune a las interferencias del color, turbidez, material coloidal, cloro libre, oxidante y reductor. La medida se afecta cuando la superficie de la membrana de vidrio está sucia con grasa o material orgánico insoluble en agua, que le impide hacer contacto con la muestra, por lo tanto, se recomienda la limpieza escrupulosa de los electrodos.Los electrodos tienen que ser enjuagados con agua destilada entre muestras. No se tienen que secar con un trapo, porque se podrían cargar electrostáticamente. Luego se deben colocar suavemente sobre un papel, sin pelusa, para quitar el exceso de agua.

Calibración

•Como los electrodos de vidrio de pH miden la concentración de H+ relativa a sus referencias, tienen que ser calibrados periódicamente para asegurar la precisión.•Por eso se utilizan buffers de calibración (disoluciones reguladoras de pH conocido).

¿ Cómo es calibrado un electrodo de pH?

1 Punto Cero: pH7 buffer

2 Slope: pH4, pH9.2, pH10 u otro buffer

3 Use siempre buffers nuevos y fiables

4 Lave y seque el electrodo entre los buffers

NUNCA RASPE EL ELECTRODO

Calibración del Punto Cero

-mV

+mV

pH 4 7 9

Antes de lacalibraciónCalibrado

Ajuste del Slope

-mV

+mV

pH 4 7 9

Calibrado

175 175 mV = slope teórico a 20oC

Antes de lacalibración

¿ Con qué frecuencia debemos calibrar ?

• La naturaleza de la solución a ser medida

• La precisión deseada

• La calidad del electrodo

La frecuencia depende de :

Precauciones• El electrodo debe mantenerse humedecido

siempre. Se recomienda que se guarde en una solución de 4M KCl; o en un buffer de solución de pH 4 o 7.

• No se debe guardar el electrodo en agua destilada, porque eso causaría que los iones resbalaran por el bulbo de vidrio y el electrodo se volvería inútil.

Errores que afectan a las mediciones de pH con electrodo de vidrio

• -Error Alcalino: Los electrodos de vidrio ordinarios se vuelven sensibles a los materiales alcalinos con valor de pH mayores a 9.

• -Error Ácido: En un pH menor a cero, los valores obtenidos tienden a ser más altos.

• -Deshidratación: Resultados falsos.• -Temperatura: La medición de pH varia con la

temperatura, esta variación puede compensarse.

Error Alcalino

• Un error considerable ocurre cuando hacemos mediciones de pH con membranas convencionales, en valores arriba de 12• La membrana pasa a ser sensible también a iones Na+

[Na+] = 0.1 mol/L (25oC)

LoT

A41

HA

pH1413121110987

pH0.6

0.4

0.2

Error Alcalino

¿ De qué depende una medición de pH precisa ?

CalibraciónProcedimiento correctoBuffers nuevos y

preciso (Certificados)Frecuencia adecuadaEsperar la estabilidad

¿ De qué depende una medición de pH precisa ?

Diferencias entre calibración y medición

Calibración Temperatura

Calibración Temperatura Electrodo

Diafragma limpioTipo correctoInstalación correctaMuestra homogeneizada (Agitación)

¿ De qué depende una medición de pH precisa ?

Calibración Temperatura Electrodo Precisión real:

Laboratorio: + 0.02 pH Proceso: + 0.1 pH

¿ De qué depende una medición de pH precisa ?

Almacenamiento de electrodos de pH

• Nunca guarde electrodos sin electrolito

• Guarde siempre en el electrolitos adecuado

• ¡¡¡ Nunca guarde en agua destilada !!!

Línea de productos

Electrodos de pH

Electrodos Gel

Linea DPA

InPro 3200

Electrodos Xerolyt

Linea DXK

InPro 4200

Electrodos Xerolyt

InPro 4010

InPro 4500 VP

                    

  

                                                                   

Electrodos con electrolitos líquidos

Linea 465

InPro 2000

Línea de productos

Transmisores de pH

                          

 

Value line pH 2050

4 HilosFunción Control P2 relés de contacto1 relé de lavado o alarmaInstalación en panel

                    

  

Value line pH 2100

4 o 2 HilosEx / Hart / Profibus2 relés de contacto1 relé de lavado1 relé de alarmaProteción IP65Sensocheck

                    

  

Value line pH 2500

4 HilosRS485Proteción IP65SensocheckFunción InCleanLog Book

                    

  

Línea de productos

Soportes

Soportes fijos

InFit 764

InFit 761

Soportes retractiles

InTrac

                              

Soportes de inmersión

InDip

Línea de productos

Accesorios

Soluciones

Buffers de calibraciónSoluciones de mantenimientoElectrólitos

                              

Línea de laboratorio

Equipos PortátilesEquipos de LabAccesórios

                              

Sonda ATC. Thermosensor colocado en la muestra junto con electrodo de pH. pH-metro, permite ajustarse a los cambios en la

temperatura de la muestra.

Figura 4. Temperatura y pH. Medidores que pueden compensar el efecto de la temperatura sobre la respuesta de los electrodos de medición, como un gráfico en esta cifra. Sin embargo, los medidores no compensan los cambios en el pH de la muestra que son

dependientes de la temperatura.

Salida para conectar una grabadora

Volver medidor de pH.

ATC sonda se conecta aquí

Cable de alimentación

Electrodo se conecta aquí