CAPÍTULO 3
Analizador de pH Código (s) ECRI
Den om inación (e s) ECRI ECRI
15-164
Medidores de pH
ANALIZADOR DE pH El a na lizad or de pH se se utili utiliza pa ra d ete rmina rmina r la la concentración de iones del gas hidrógeno [H + ] en una disolución. Este equipo permite realizar med icion cion es de la a cidez cidez de un a solución olución a cuosa cuosa , siempre que el mismo sea utilizado de forma cuidadosa y se ajuste a procedimientos plenamente comprobados. A los analizadores de pH etros, mo nit ores se les deno mina, a demá s, pHm etros, . de pH o pot enciómetros enciómetros
PROPÓSITO DEL EQUIPO El analizador de pH es un instrumento de uso común en cualqu ier campo de la cienci cienciaa rela rela ciociona do con soluci solucion on es acuosas. Se ut iliza iliza en á reas como la agricultura, el tratamiento y purificación de agua, en procesos industriales como los petroquímicos, fabricación de papel, alimentos, meta lmecánica, mecánica, fa rmacia rmacia e investiga nvestiga ción ción y de sa rroll rrollo, ent re ot ros. En el la la bo rat orio de salud, las aplicaciones del instrumento están relacionadas con el control de medios de cultivo, controla r y/o med ir la la a lcalinida calinida d o a cide cide z de caldo s y . En En eq uipos especi especiaa liza liza do s de dia g nó stico tico buffer de laboratorio, se usan los mismos principios utilizando microelectrodos para medir la acidez o alcalinidad de los componentes líquidos de la sa ng re, en dond e la sus susta ta ncia ncia má s importa nte es el agua que contiene gran cantidad de sales y sustancias orgánicas disueltas. El pH del plasma sanguíneo es una de las características que permite mite eva luar y det ermina ermina r el esta esta do de salud de un paciente; su valor varía normalmente –en el plasma– entre 7,35 y 7,45. Dicho valor está relacionado con el metabolismo del paciente, proceso en el cual ocurre multitud de reacciones que resultan inherentes al proceso vital, en las cuales se producen y eliminan ácidos y bases que, en condiciones normales, se mantienen en eq uilibri uilibrio. o. Los Los ácidos liberan liberan constan tem ent e io+ nes [H ] que el organismo neutraliza o equilibra mediant e la liberaci liberación ón d e iones de b ica rbona to
[HCO 3–]. El organismo mantiene el equilibrio acido-básico a través de los riñones, órganos en los cua cua les se elimina elimina cualq uier exceso exceso q ue se present e. –Es –Es una de las ca ca racterístic racterísticaa s que varía d ependiendo d e fa ctores como la eda d o el esta esta do de sa lud del paciente–. paciente–. Se Se presenta presenta n a cont inua ción ción los va va lores típicos típicos de pH d e a lg uno s fluidos fluidos corporales.
Tabla 1: Valores de pH de algunos fluidos orgánicos
FLU I D O
VA LO R D E p H
Bi l i s
7 ,8 – 8 , 6
Sa l i v a
6 ,4 – 6 , 8
Orina
5 ,5 – 7 , 0
Ju g o g á st r i co
1 ,5 – 1 , 8
Sa n g r e
7 ,3 5 – 7 ,4 5
FOTOGRA FOTOGRA FÍAS FÍA S Y ELEM ELEM ENTOS D EL ANALIZADOR DE pH Fotografía
Elemento Analizador de pH con brazo port aelectrodo aelectrodo y electrodo electrodo 1. Brazo Brazo portaelectrodo y electrodo electrodo 2. Transformador 3. Control ajuste ajuste temperatura 4. Controles de calibraci calibración ón Cal 1 y Cal 2 5. Control selec selector tor de funciones Stand by, mV, pH
Fotografía
Elemento Electrodo de pH y brazo po rtaelectrodo http://www.umd.umich.edu/casl/natsci/slc/slconline/PHM/select.html
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN El ana liza do r de pH mide la concentra ción de iones [H + ], utilizando un electrodo sensible a los iones. En condiciones ideales dicho electrod o de bería responder a nte la presencia d e un único tipo de ión, pero en la realidad siempre se presentan interacciones o interferencia s con iones de ot ras cla ses present es en la solución. Un electrodo de pH es generalment e un electrod o combina do , en el cua l se encuentran integrados un electrodo de referencia y un electro do de vidrio, en u na misma sonda. La parte inferior de la sonda termina en un bulbo redondo de vidrio delgado. El tub o interior cont iene cloruro d e po ta sio saturado (KCl), invariable y una solución 0,1 M de á cido clo rhídrico (HCl). Ta mb ién, d ent ro
del tubo interior, está el extremo del cát od o del electrod o de referencia . El extremo an ódico se e nvuelve a sí mismo en e l exterior d el tub o interno y t ermina con el mismo t ipo d e electrodo de referencia como el del tubo interno. Ambos tubos, el interior y el exterior, contienen una solución de referencia, pero únicamente el tubo exterior tiene contacto con la solución d el la do externo d el electrod o d e p H , a t r a v é s d e u n t a p ó n p o r o so q u e a c t ú a como un puent e salino. Dicho dispositivo se comporta como una celda g alvánica . El electrodo de referencia es el t u b o in t e r n o d e l a so n d a a n a liz a d o r a d e p H, el cua l no p ued e perd er ion es por int era cción con el amb iente q ue lo rod ea , pues como referencia debe permanecer estático –invariable– durante la realización de la medida. El tubo exterior de la sonda contiene el medio a l q ue se le permite me zcla rse con el am biente externo. Como resulta do de lo an terior, este tub o d ebe ser llena do pe riód ica ment e con una solución de cloruro de pot a sio (KCl) para reponer la capa cida d d el electrodo q ue se inhibe por pérdida de iones y por evapo ración. El bulbo de vidrio en la parte inferior del electrodo de pH que actúa como elemento de me dición está recubierto, ta nto en el exterior como en el interior, con una ca pa de ge l hidrat a do . Los cat iones met á licos [Na + ] se difunden en el gel hidratado fuera del vidrio y dent ro de la solución, m ientra s que los iones [H+ ] de la solución se d ifund en d entro del ge l hidratado. El gel hidratado es el que hace que el electrodo de pH sea un electrodo selectivo de iones. El ión [H + ] no cruza a través de la membrana de vidrio del electrodo de pH, es el ión sod io [Na + ] el qu e cruza y permite un cambio de la energía libre. Cuando un ión se difunde de una región de actividad a otra, se presenta un cambio en la energía libre y esto es lo q ue mide el a na liza do r de pH. Una breve explicación de la teoría sobre la cua l se b a sa el funciona miento de los electrodo s se incluye en el a nexo ub ica do a l fina l de l capítulo.
ESQUEM A DE UN AN ALIZAD OR DE pH
I l u s t r a c i ón 4 : Esquem a de un analizado r de p H
COMPONENTES Un analizador de pH dispone generalmente de los siguientes componentes:
instrumento que contiene los circuitos, los controles, los conectores y las
1. Un
pan ta lla s o esca las de medición. Den tro d e los componentes más importantes del mismo , se encuen tra n los sig uientes: a ) Un interrup to r de encendido /apagado. No t od os los ana liza do res de pH disponen de un interruptor de encendido y apagado. Algunos simplemente disponen de un cable con un enchufe que permite conect a r lo a u n a t o m a e lé ct r ica a d e cu a d a . b ) Cont rol de temp eratura. Este control permite realizar los ajustes relacionados con la temperatura de la disolución a la cual se rea liza la me dición d el pH. c) Con t roles de calibración. Dependiendo del diseño, los ana liza do res de pH pueden disponer de un o o d os boto nes o d iales de calibración. Normalmente se identifican
con la s let ras Cal 1 y Cal 2 . Si el ana liza do r de pH se calibra con una sola solución, se utiliza el dial Cal 1 previendo que el dial Cal 2 se encuentre graduado al 100 %. Si e l a n a liz a d o r d e p H p e r m it e e l u so d e c a l ib r a c io n e s d e d o s p u n t o s , se d e b e r á d i sp o n e r d e d o s so l u c io n e s d e p H co n o c id o que abarquen el rango de pH que será medido. En este caso se utilizan los dos controles (Cal 1 y Cal 2). En casos especiales deberán efectuarse calibraciones d e t r e s p u n t o s (u t i li z a n d o t r e s so l u c io n e s d e p H co n o c id o ). d ) Selecto r de fu ncion es. Las funciones incluidas en el control en mención, generalmente, son: I. Modo Stand by (0). En esta posición los electrodos se encuentran protegidos de corrientes eléctricas. Es la posición utilizada para ma ntener almacenado el eq uipo. II. Mod o pH. En esta po sición el eq uipo está en capa cida d d e realiza r la s mediciones de pH, previas a los procedimientos de calibración requeridos. III. Mo d o milivoltios mV. En esta po sición el
eq uipo está e n capa cida d d e realiza r lecturas de milivoltios. IV. Mo do ATC. Mod o de a juste a uto má tico de la temperatura cuando se mide el pH en soluciones cuyas temperaturas varían. Esta función requiere el uso d e una sond a especial. No todos los analizadores de pH disponen de este cont rol.
2. Un electrodo de combinación. Este dispositivo debe ser almacenado en agua destilada y permanecer conectado al instrument o de medición o metro. El electrodo de comb ina ción d ispone d e un electrodo de referencia –cono cido ta mbién como – y un electro do calomel o calomelanos electrod o a ctivo, integ rado s sob re un mismo cuerpo. El diseño del mismo varía dep e n d ie n d o d e l f a b r ica n t e .
I l u s t r a c i ón 5 : Clases de electr od os
CIRCUITO TÍPICO
de un analizador de pH. Cada fabricante dispon e d e sus propios diseño s y variant es.
A continuación, se incluye un circuito típico de los que conforman el sistema de control
I l u s t r a c i ón 6 : Circuit o de cont rol analizador de pH
Tabla 2: Descripción elementos circuito de control
SISTEM A Alimentación y rectificación eléctrica
ELEM ENTO
DESCRIPCIÓN
Transformador 110 V/12 V AC
Dispositivo para convertir el voltaje de red 110 V a 1 2 V AC
Di od os rect if ica do res 1 N4 00 2
Dio do pa ra co nt ro la r la f orm a d e la o nd a y g arantizar que la m isma es positiva
Condensadores electrolíticos 3 300 mi- Condensadores para amortiguar el voltaje DC crofaradios (µfd) (2) obtenido por los diodos Reguladores de tres terminales (7812, Dispositivo para regular el voltaje resultante de la 7912) interacción entre diod os y condensadores Condensadores electrolíticos de 0,1 mi- Dispositivos usados para log rar estabilidad en alcrofaradios (µfd) (2) ta frecuencia Lám para de señ al 12 V DC M edición de pH y m ilivolt ios
Lám para que indica si el equipo está prendido
A mplificador dual de modo no invert ido TL081 Resistencia (R1) 9,09 K Ω (ohm )
Circuito m ilivoltios
Resistencia (R2) 1 K Ω (ohm )
Circuito m ilivoltios
Resistencia (R3) 560 K Ω (ohm )
Circuito pH
Resistencia variabl e (R4) 10 K Ω (o hm ) Ci rcu it o p H Resistencia (R5) 30 K Ω (ohm )
Resistencia a tierra La ganancia del circuito está gobernada mediante la siguiente ecuación: Ganancia = 1+ (R3+ PxR4)/R5+ (1–P)xR4.
Sección de salida
Voltím etro DC de bajo costo
Perm ite la lectura en m ilivoltios. El voltaje leído es 10 veces el voltaje de la celda, permitiendo un a resolución de 0,1 m ilivoltios. La lectura se realiza mediante la utilización de electrodos de carbono/Quinhidrona.
SERVICIOS REQUERIDOS El ana liza do r de pH funciona mediant e corriente eléctrica de las siguientes características: En e rg í a t ip o : m o n o f á sica Vo lta je: 110 V o 220 V Frecue ncia : 60 Hz Ta mb ién existen a na lizad ores de p H de t ipo portátil que funcionan con baterías.
PROCEDIM IENTO GENERAL DE CALIBRACIÓN Los analizadores de pH normalmente deben ser ca libra do s a nt es de ser utilizad os, a fin de
ga rant iza r la calida d y exactitud de las lecturas. Los procedimientos que se realizan son los siguientes: 1. Calibración de un pun to . Se rea liza en condiciones de funciona miento y uso norma l. Utiliza una solución de referencia de pH conocido. 2. Calibración de d os pu nt os. Se realiza si se requiere efectuar mediciones muy precisa s. Utiliza d os solucion es de ref erencia de pH conocido. Igualmente, si el instrumento se utiliza de forma esporádica y si el ma nten imiento q ue recibe es eventual.
Descripción del proceso Frecuen cia : D iaria 1 . Ca l i b r a r e l a n a l i z ad o r d e p H u t i l i za n d o u n a so l u ci ó n d e p H c o n o c i d o ( ca l i b r a - ci ó n d e u n p u n t o ) .
1. 1. Co n e c t a r e l e q u i po a u n a t o m a e lé ct r ica ad ecuada a l volta je del mismo.
movimiento mediante el uso de un agit a d o r m a g n é t ico , cu id a r q u e la b a r r a d e agitación no golpee el electrodo, pues podría romperlo. Una solución b u f f e r se usa como solución de ca libración , deb ido a q ue su pH es cono cido y a sí se ma nten drá aun en el caso de que se presente una pequeña contaminación. Por lo general, se utiliza para este propósito una solución de p H = 72.
1.2. Ajusta r el selecto r de t emperat ura a la temperatura ambiente. 1.3. Ajusta r el metro. 1.4. Retirar los electrodo s del recipiente d e almacenamiento. Los electrodos deberán estar siempre almacenados en una solución adecuada. Algunos se mantienen en agua destilada, pero otros en una solución diferente que recomienda el fabricante del electrodo 1. Si por alguna circunstancia el electrodo se seca, es necesa rio d eja rlo e n remo jo a l menos 24 hora s ant es de volverlo a utiliza r. 1.5. Enjua ga r el electrod o con a g ua de stilada , sob re un vaso de precipita do vacío. 1.6. Secar el electrodo con un elemento q ue absorba la humedad residual superficial, pero que no impregne el electrodo. No frot a r el electrod o. Este procedimiento d eberá realiza rse siempre q ue los electrodo s se u tilicen en varia s solucion es, pa ra disminuir la posibilida d d e conta minación .
3 . G i r a r e l se l e ct o r d e f u n c i o n e s d e l a p o - si c i ó n St a n d b y a l a p o si c i ón p H .
3.1. Esta acción conecta, en el analizador de pH, el electrodo a la escala de medida de pH para q ue la lectura pued a ser realizad a. 3.2. Ajusta r el met ro pa ra leer el pH de la solución de calibra ción , utilizan do el bo tó n marcado Cal 1, de forma que se pueda leer el pH de la solución de calibra ción . Por ejemplo: pH = 7. La a g uja p od ría oscila r lige ramen te en unida des de 0,1 pH; en promedio la lectura debería ser de 7. Mirar el metro –la escala de lectura– de fo rma perpendicular, para evitar o eliminar errores de paralelaje –errores de lectura producidos por la sombra de la aguja del metro, visible en el espejo de la escala de lectura –. El a na liza do r de pH se encuent ra entonces listo –calibrado–, para efectuar lectura s correcta s del pH. 3.3. Colocar el selecto r de f uncion es en la po sición St and b y .
2 . Co l o ca r l o s e l e ct r o d o s en l a s o l u c i ón de calibración. 4 . M e d i r e l p H d e u n a so l u c i ón
2.1. Sumergir el electrodo en la solución de estandarización, de forma que la parte inferior del mismo no to q ue el fo ndo del vaso de precipitados. Esto disminuirá el riesgo de q ue el electrodo se rompa contra el fondo del recipiente. Si el ensayo requiere que la solución se mant eng a en
1 2
4. 1. Re t i r a r e l e le c t r o d o d e la s o l u ci ó n d e calibración. 4.2. Enjuag ar el electrodo con a gua destila da y secarlo con un elemento secante .
Verificar el tipo de solución b u f f e r que recomienda el fabricant e del electrodo . Verificar el tipo de de solución de calibración que recomienda el fabricante del electrodo.
4.3. Colocar el electrod o e n la solución de p H desconocido. 4.4. Girar el selector d e f uncion es de la posición Stand by a la posición pH. 4.5. Lee r el pH de la solución b a jo a ná lisis, en la escala d el metro o la pa nta lla d el a na lizador de pH. Registrar la lectura obtenida en la ho ja d e cont rol. 4.6. G ira r de n uevo e l selecto r de f uncion es a la posición St and b y . Si se req uiere medir el pH de má s de una solución, repetir los procedimientos anteriormente descritos. Cuando son numerosas las soluciones a las cuales se les mide el pH, se debe ca libra r el an aliza do r de pH de forma frecuente, siguiendo los lineamientos presentados.
5 . A p a g a r e l a n a l i za d o r d e p H .
5.1. Remover el electrodo de la última solució n a n a liz a d a . 5.2. Enjua ga r el electrod o con a gua destilad a y secarlo con un elemento secante que no lo impregn e. 5.3. Colocar el electrodo en el recipiente de almacenamiento. 5.4. Verificar que el selector de funciones esté en la p osición St and b y . 5.5. Acciona r el interrupto r de ap ag a do o desconectar el cable de alimentación, si carece de este control.
Procedimientos generales de manteni- m i e n t o a l cu e r p o d e l a n a l i za d o r d e p H Frecuencia: Cada seis meses
1. Exam ina r el exterior del eq uipo y eva luar su condición física general. Verificar la limpieza de las cubiertas y el ajuste de las mismas. 2. Proba r el ca ble de conexión y su sistema de a coples. Comprob a r que se encuentra n en buenas condiciones y que están limpios. 3. Examinar los controles del equipo. Verificar que se encuentran en buen estado y q ue se puede n a cciona r sin d ificulta d. 4. Verifica r que el metro se encuentra en buen estado. Para esta verificación el instrument o deb e esta r desconecta do d e la línea de alimentación eléctrica. Ajustar la aguja indicadora a cero (0), utilizando el t o r n illo d e g r a d u a c ió n q u e g e n e r a lm e n t e se encuentra b a jo el pivote d e la a guja indica do ra. Si el equipo d ispone de pan ta lla indica do ra, comproba r su funciona miento normal. 5. Co n f i rm a r q u e e l in d i ca d o r d e e n c e n d id o –bo mbillo o diodo – opere no rmalmente. 6. Ve r if i ca r e l e st a d o d e b r a z o p o r t a e l e ct r o do. Examinar el mecanismo de montaje y fija ción del electrodo, a fin de prever q ue el electrodo no se suelte. Comprobar que el ajuste de alturas opere correcta ment e. 7. Revisa r la s ba te ría s –si aplica–; ca mb iar si es necesario. 8. Ef e c t u a r u n a p r u e b a d e f u n c io n a m ie n t o midiendo el pH de una solución conocida.
5.6. Limpia r el á rea d e tra ba jo. 9. Inspecciona r la s corrientes de f uga y la conexión a tierra.
M ANTENIM IENTO GENERAL DEL ANALIZADOR DE pH Los an aliza do res de pH disponen de do s procedimiento s generales de ma nten imiento : los dirig idos al cuerpo de l ana liza do r y los dirig ido s a la sond a det ectora d e pH (electrod os).
M ANTENIM IENTO BÁSICO DEL ELECTRODO Frecuencia: Cada cuatro meses El electrodo detector requiere mantenimiento periódico de la solución conductora, para que pueda obtener lecturas precisas.
Los procesos recomendados para reponer la solución electrolítica son los siguientes: 1. Ret ira r el electro do de te ctor de la solución b u f f e r d e a lm a c e n a m i e n t o . 2. Enjuagar el electrodo detector con abund a n t e a g u a d e st ila d a . 3. Retirar la cubierta superior del electrodo detector. 4. Llenar el electrodo detector con una solución saturada de cloruro de potasio (KCl). Utiliza r la jering a o a plica do r que a compa ña la solución d e KCl. El llenad o se e fectú a a t r a v é s d e l co n d u c t o q u e p r o t e g e l a t a p a superior del electrodo. Verificar que la punta de la jering a no to q ue el interior del electrodo. 5. Envolver una peq ueña pa rte de la t ap a superior d el electrodo pa ra cubrir la ap ertura superior de l mismo . 6. Usa r la punt a d e la a gu ja d e la jering a pa r a p e r f o r a r e l á r e a d e l a t a p a q u e cu b r e la abertura, a fin de permitir que exista un equilibrio de presiones entre el interior y el exterior del electrodo.
9. Lim pieza general. Remo ja r el electro do de pH en un a solución 0,1 M de á cido clorhídrico (HCl) o 0,1 M de HNO 3, durante 20 minuto s. Enjua ga r con a gua corriente an tes de usar. 10. Rem oción d e dep ósit os y bacter ias. Remojar el electrodo de pH en una disolución 1:10 de blanquedor doméstico, durante 10 minutos. Enjuagar con agua abundante a ntes de usar. 11. Limp ieza de aceit e y grasa. Enjuagar el electrodo d e pH con un de terg ente med io o con metil alcohol. Enjuagar con agua an tes de usa r. 12. Limp ieza d e d epósit os de p ro t eínas . Remojar el electrodo de pH en pepsina a l 1 % en ácido clorhídrico 0,1 M, durante 5 minuto s. Enjuag ar con ag ua a ntes de usa r. Después de realizar cualquier operación de limpieza, es conveniente enjuagar con agua desionizada y rellenar el electrodo de referencia antes de usar.
O t r o s cu i d a d o s
8. Mantener el electrodo dentro de la solución b u f f e r de almacenamiento, siempre q u e n o e st é e n u so .
13. No g olpear el electrodo. Da do q ue su estructura gen eralmente e s de vidrio y este ma terial es muy frá gil –se rompe an tes de que se deforme–, es necesario manipularlo d e f o r m a cu id a d o s a , e v it a n d o q u e su f r a go lpes, choq ues o caída s.
Li m p i e za d e l e l e ct r o d o
14. Recordar q ue el electrod o es un elemento d e consumo y q ue tiene una vida útil limita da .
7. Enjua ga r el electrod o con ag ua d estila da .
La cla se d e limpieza req uerida por el electro d o d e p e n d e d e l t ip o d e c o n t a m in a n t e q u e lo haya podido afectar. Se resumen a continuación los procedimiento s más com unes.
15. Mient ras no esté en uso, mant ener el electrod o d ent ro de la solución b u f f e r d e almacenamiento.
Ta b l a d e so l u ci ó n d e p r o b l e m a s
PROBLEM A
CAUSA PROBABLE
El analizador de pH presenta lecturas Burbujas de aire en el electrodo. inestables.
REM EDIO Remojar el electrodo para eliminar las burbujas.
Electrodo sucio.
Lim piar el electrodo y recalibrar.
Elect rodo muy superficial.
Verificar que la m uest ra cubre perfect am ent e la punt a del electrodo.
Electrodo roto.
Reem plazar el electrodo.
La resp uest a d el elect ro do es len ta.
Elect ro do su cio o g raso so.
Lim piar el elect ro do y recalib rar.
La pantalla presenta mensaje de error.
Operación incorrecta o selección erró- Verificar mod o de op eración seleccionado. Senea del modo de operación. leccionar un a operación válida.
La pantalla presenta mensaje de cali- Error de calibración. Recalibrar analizador de pH. bración o error. Valor de buffer erróneo en la calibración. Verificar los valores del buffer utilizado. Electrodo sucio.
Lim piar elect rodo y calibrar.
Analizador de pH encendido, pero no Baterías m al instaladas. hay señal en la pantalla (* ). Baterías agotadas.
Reem plazar baterías.
Indicador de baterías centellea (* ).
Reem plazar baterías.
Baterías agotadas.
Verificar polaridad de las baterías.
(* ) Causa probable en equipos que funcionan con baterías.
DEFINICIONES BÁSICAS . Solución q ue ma ntiene un va lor consta nBuffer te y conocido d e pH a una temperatura da da . pH. Medida de la concentración del ión hid r ó g e n o (H + ) dada en moles (M) por litro en una disolución. El concepto de pH fue propuesto por Sørensen y Lindstrøm-Lang en 1909, con el fin de facilitar el manejo de la expresión de concentraciones de iones que resulta n muy ba ja s. Se d efine med ia nte la siguiente ecuación:
Una sustancia ácida tiene una mayor cantida d d e iones [H + ] q u e la q u e p r e se n t a e l a g u a pura; una sustancia básica presenta mayor cantida d d e iones [OH–] q ue los que presenta el ag ua pura. La concentra ción de las susta ncia s se e xpresa e n m oles (M). En el ag ua pura se sab e q ue la concentra ción de iones [H + ] y [OH –] es de 1,0 x 10 –7 M, po r lo q ue la m isma se considera una susta ncia neutra. En realidad es un electrolito débil que se disocia según la ecuación: H 2O
[H+ ] [OH–]
pH = –Log [H+ ] ó [H + ] = 10–pH Es una medida de la acidez de la disolución. Ejemplo: en e l ag ua la concentra ción de [H + ] es 1,0 x 10 –7 M, siendo en con secuencia el pH = 7. Esto permitió expresar el rango de concentraciones de 1 a 10 –14 M, simplemente como de cero (0) a 14. Existen diversos siste ma s pa ra m edir la a cidez de una solución. Un a sustancia es ácida cuando, disuelta en agua, la misma es capaz de producir iones H + ; una susta ncia es bá sica cua ndo , disuelta en a gu a , es ca pa z d e pro du cir ion es [OH –] (hidróxidos).
En t od a disolución a cuosa existe un e q uilibrio q ue pued e expresarse como : [H+ ] [OH –] H2O
= K
Si la disolución es diluida, la concentración del agua no disociada puede considerarse consta nte y por ello, [H+ ] [OH–] = [H2O]K = Ka
La nueva constant e Ka se deno mina consta nte de d isocia ción o pro ducto iónico d el ag ua y su valor es 1,0x10 –14, a 25 ° C.
po ta sio (KCl) de con centra ción 0,1 M. Se representa así: Cl 2[Hg 2Cl 2, KCl]Hg .
Electrolito. Soluto s q ue prod ucen solucion es [H ] [OH ] = 1,0 x 10 X x X = 1,0 x 10-14 X2 = 1,0 x 10-14 X = 1,0 x 10-7 +
–
conductoras tales como el NaCl –cloruro de sodio– y el NH 4OH .
-14
Gel. Tipo d e me zcla en la cua l un líq uido se
En el agua pura las concentraciones de H y OH son de 1,0 x 10 –7 M, concentración que es muy peq ueña , si se tiene en cuenta q ue la concentración mo lar d el ag ua es de 55,4 mo l/litro . +
–
encuentra disperso a través de un sólido. Ejemplos: jaleas, gelatinas.
Ión. Cu a n d o u n á t o m o n e u t ro g a n a o p ie rd e
senta un romp imiento de la s molécula s como resultado de la disolución de una sustancia en otra y que produce partículas cargadas eléctricamente (iones).
un electrón, forma una partícula a la que se conoce con el nombre de ión . Si el átomo pierde un electrón, se convierte en un ión de carga positiva y se le denomina catión . Si el átomo gana o captura un electrón, se convierte en un ión d e carga neg a tiva y se le den o m i n a anión .
Disolución. Mezcla homogénea –de propie-
Mol. Cantidad de cualquier sustancia cuya
da de s unifo rmes– de d os o má s susta ncia s. Se cara cteriza por n o e xistir int era cción q uímica entre los componentes de la mezcla. El componente que existe en mayor proporción y que generalmente se encuentra en estado líq u id o se d e n o m in a disolvente y el que se encu e n t r a e n m e n o r c a n t id a d , soluto .
masa, expresada en gramos, es numéricamente igua l a la ma sa at ómica de d icha susta ncia.
Disociación. Fenómeno por el cual se pre-
Molaridad. Como el número de moles (M)
Electrodo sensitivo a los iones. Dispositivo
de una sustan cia en u n litro de solución . (Número d e mo les de soluto en un litro (l) de solución). El paréntesis cuadrado alrededor del símbolo del ión indica que se trata de una concentración molar.
q ue produce una d iferencia d e pot encial que e s proporciona l a la concentración de un a na lito .
Solución. Mezcla físicamente homogénea
Electrodo calomel. E l e c t r o d o d e r e f e r e n c ia q u e s e u t i liz a , ju n t o c o n e l e l e ct r o d o a ct i vo , e n l a d e t e r m in a c ió n d e l p H d e u n a so lu c ió n . D ic h o e l e c t r o d o e s t á c o n st r u i d o c o n base en mercurio (Hg), una capa de dimercurio (Hg 2 Cl 2 ) y una disolución de cloruro de
de d os o má s susta ncia s, cuya s pa rtes son muy pequeñas para diferenciarlas a simple vista o a un con el microscopio. La compo sición y d emás propiedades de la solución son iguales en t od as sus partes.
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A n ex o : Teo r ía d el p H
Los electrodos de pH idea lment e se compo rta n como una celda electroq uímica y rea cciona n a la concentra ción de iones [H + ]. Esto genera una fuerza electromotriz (FEM) que, de acuerdo con la ley de Nernst, se plantea según la siguiente ecuación: RT ln a HL nF
E = E˚ +
Si se tiene en cuenta q ue: pH = -log a H L d o n d e a es la concentra ción efe ctiva d e ione s (Activida d) Si n = 1, la ecuación en to nces se reescribe a sí:
E = E˚ -
R’T pH F
es una consta nte d epend iente de la t emperat ura. Si se sustituye E° por E’T , la calibración reE° sulta má s sencilla. Los electro do s rea les no siempre siguen la pe nd iente d e la ecuación d e Nernst. Si se introduce el concepto de sensibilidad (s), la ecuación puede reescribirse así:
E = E’T - s
R’T pH F
Los valores de E’ y s se encuentran midiendo la FEM en dos soluciones con pH conocido. S es la p e n d ie n t e d e E versus pH, mientra s que E’ se en cuentra de la intersección con el eje y. Cuand o E’ y s son cono cida s, la ecuación p ued e ree scribirse y el pH pued e ca lcula rse a sí:
pH =
E’T- E s
R’T F
