Introducción a los medidores de pH y los electrodos
de pH Dado que la medición precisa de los valores de pH de soluciones o sustancias específicas es una variable esencial en muchas situaciones, los medidores de pH son instrumentos de uso común en muchas aplicaciones industriales. Un medidor de pH es un dispositivo eléctrico que mide la actividad de los iones de hidrógeno (acidez o alcalinidad) en una solución, lo que, en última instancia, se expresa como un valor de pH, y consiste en un voltímetro conectado a un electrodo de medición de pH y
un electrodo de referencia.
¿Qué es un electrodo de pH? Los electrodos de pH, que son sensores analíticos, se utilizan para medir el potencial del hidrógeno (pH), o el logaritmo negativo de la actividad de los ionen hidrógeno, en una solución. La tecnología que hay detrás de los electrodos de pH no ha cambiado mucho en los últimos cincuenta años, pero su fabricación sigue siendo un arte. Los electrodos de pH están fabricados con un vidrio de composición especial que puede detectar la concentración de ionenes de hidrógeno. El cuerpo de vidrio especial de un electrodo se sopla hasta darle su configuración mediante sopladores de vidrio, lo cual no es un proceso muy avanzado ni particularmente «de alta tecnología», pero sí un paso muy crítico e
importante en la fabricación
de electrodos de pH. En un electrodo de pH combinado, que es el tipo de electrodo más utilizado, el electrodo de medición del pH y la referencia se alojan en un solo cuerpo. El potencial generado en el punto de unión de la parte de medición se debe a los iones de hidrógeno libres presentes en una solución concreta. El potencial de la parte de referencia es producido por el elemento interno en contacto con la solución de llenado de referencia, y este potencial es siempre constante. Con un electrodo de pH combinado, el electrodo de medición suministra un voltaje variable y el electrodo de referencia suministra un voltaje constante al medidor. La señal de voltaje producida por el electrodo de pH es una señal muy pequeña y de alta impedancia. La impedancia de entrada requiere que se conecte únicamente con equipos con circuitos de alta impedancia. La impedancia de entrada requerida es superior a 1013 ohmios, por lo que los electrodos de pH no se conectan directamente con todos los equipos. Electrodos de pH
combinados recargables con cuerpo de vidrio Los electrodos de
pH combinados están disponibles en una variedad de estilos tanto para aplicaciones de laboratorio como industriales. Todos están compuestos de vidrio y, por lo tanto, son susceptibles de romperse. Los electrodos están diseñados para medir principalmente medios acuosos. No están diseñados para utilizarse en disolventes, como el CC14, que no contienen ionenes de hidrógeno
libres. Debido a la naturaleza de su construcción, es esencial que un electrodo de pH se mantenga siempre húmedo. Para que funcione correctamente, el cuerpo de vidrio de un electrodo de pH debe estar hidratado, lo cual es requerido para que se produzca el proceso de intercambio iónico. Si un electrodo se seca, lo mejor es colocarlo en agua del grifo durante media hora para acondicionar
el vidrio. Los electrodos de pH combinados son como las baterías: se agotan con el tiempo y el uso. A medida que un electrodo envejece, su cuerpo de vidrio cambia de resistencia. Este cambio de resistencia altera el potencial del electrodo y, por esta razón, los electrodos deben calibrarse periódicamente. La calibración en una solución tampón de pH corrige este cambio. La calibración de cualquier equipo de pH debe comenzar siempre con un tampón 7,0, ya que este es el «punto cero». La escala de pH tiene una escala mV equivalente. La escala mV va de +420 a -420 mV. A un pH de 7,0, el valor mV es 0. Cada cambio de pH corresponde a un cambio de +/- 60 mV. A medida que los valores de pH se vuelven más ácidos, los valores mV aumentan. Por ejemplo, un pH de 4,0 corresponde a un valor de 180 mV. A medida que los valores de pH se vuelven más básicos, los valores de mV se vuelven más negativos; pH = 9 corresponde a -120 mV. La calibración dual con tampones 4,0 o 10,0
proporciona una mayor precisión del sistema. ¿Cómo monitoriza
el pH un electrodo de pH combinado? Los electrodos de pH combinados están diseñados para permitir que los iones de hidrógeno de la solución pasen a través de una barrera selectiva, generando un diferencial de voltaje medible entre el electrodo de medición de pH y el electrodo de referencia que es proporcional al nivel de pH de la solución. Por ejemplo, a un nivel de pH de siete, que es neutro, los electrodos producirán cero voltios entre ellos. A un nivel de pH más bajo, ácido, se desarrollará un voltaje de una polaridad. A un nivel de pH alto, cáustico/alcalino, se desarrollará un voltaje de
polaridad
opuesta. Para controlar los niveles de pH en una aplicación industrial, el electrodo de pH combinado se conecta a un medidor de pH, que es, esencialmente, un amplificador de alta impedancia que mide con precisión los voltajes del electrodo y muestra los resultados directamente en unidades de pH en una pantalla
digital. Medidor portátil de pH/mV y temperatura Mantenimiento de electrodos
de pH combinados El punto de unión de un electrodo de pH puede obstruirse con partículas presentes en la solución y también puede facilitar la contaminación por iones metálicos presentes en la solución. Si se sospecha que la unión está obstruida, lo mejor es sumergir el electrodo en agua tibia del grifo para disolver el material y limpiar la unión. Los electrodos de pH deben almacenarse siempre en condiciones de humedad. Cuando no se utiliza, es mejor almacenarlos en una solución ácida, como un tampón 4,0. Nunca se deben almacenar en agua destilada o desionizada, ya que esto provocará la migración de la solución de relleno del electrodo. Los electrodos de pH tienen una vida útil limitada debido a sus propiedades inherentes. La duración de un electrodo de pH dependerá de cómo se cuide y de las soluciones que se utilicen para medir. Por lo general, un electrodo de pH combinado relleno de gel durará entre seis meses y un año, dependiendo del cuidado y la aplicación. Incluso si un electrodo no se utiliza, sigue envejeciendo. En el estante, el electrodo debería durar aproximadamente un año si se mantiene en condiciones de humedad. La muerte del electrodo suele caracterizarse por una respuesta lenta, lecturas erráticas o una lectura que no cambia. Cuando esto ocurre, el electrodo ya no puede calibrarse. Los electrodos de pH son frágiles y tienen una vida útil limitada. La duración de un electrodo viene determinada por el mantenimiento de la sonda y por la aplicación: cuanto más agresivo sea el sistema, más corta será su vida útil. Por este motivo, siempre es buena idea tener a mano un electrodo de repuesto para evitar cualquier tiempo de inactividad del sistema. La Calibración también es una parte importante del mantenimiento de los electrodos. Esto garantiza no solo que el electrodo funcione correctamente, sino también que el sistema funcione correctamente.
