Instrumento de medicin de pH

Instrumentos de medicin de pHGeneralidades En 1909, el qumico dans Sorensen defini el potencial hidrgeno ( pH ) como el logaritmo negativo de la concentracin molar ( mas exactamente de la actividad molar ) de los iones hidrgeno. Esto es: Desde entonces, el trmino pH ha sido universalmente utilizado por la facilidad de su uso, evitando as el manejo de cifras largas y complejas. Por ejemplo, una concentracin de [H+] = 1x10-8 M (0.00000001) es simplemente un pH de 8 ya que : pH= - log[10-8] = 8 La relacin entre pH y concentracin de iones H se puede ver en la siguiente tabla, en la que se incluyen valores tpicos de algunas sustancias conocidas: pH = - log [H + ] pH producto 14 Hidrxido de sodio 13 leja 12.4 lyme 11 amoniaco 10.5 manganeso 8.3 levadura en polvo 7.4 sangre humana 7.0 agua pura 6.6 leche 4.5 tomates 4.0 vino 3.0 manzanas 2.0 zumo de limn 0 cido clorhdrico El pH es un indicador de la acidez y alcalinidad de una sustancia. Est determinado por el nmero de iones libres de hidrgeno (H+) en una sustancia.La acidez es una de las propiedades ms importantes del agua. El agua disuelve casi todos los iones. El pH sirve como un indicador que compara algunos de los iones ms solubles en agua.El resultado de una medicin de pH viene determinado por una consideracin entre el nmero de protones (iones H+) y el nmero de iones hidroxilo (OH-). Cuando el nmero de protones iguala al nmero de iones hidroxilo, el agua es neutra. Tendr entonces un pH alrededor de 7.

El pH del agua puede variar entre 0 y 14. Cuando el pH de una sustancia es mayor de 7, es una sustancia bsica. Cuando el pH de una sustancia est por debajo de 7, es una sustancia cida. Cuanto ms se aleje el pH por encima o por debajo de 7, ms bsica o cida ser la solucin.El pH es un factor logartmico; cuando una solucin se vuelve diez veces ms cida, el pH disminuir en una unidad. Cuando una solucin se vuelve cien veces ms cida, el pH disminuir en dos unidades. El trmino comn para referirse al pH es la alcalinidad.

La palabra pH es la abreviatura de "pondus Hydrogenium". Esto significa literalmente el peso del hidrgeno. El pH es un indicador del nmero de iones de hidrgeno. Tom forma cuando se descubri que el agua estaba formada por protones (H+) e iones hidroxilo (OH-). El pH no tiene unidades; se expresa simplemente por un nmero.Cuando una solucin es neutra, el nmero de protones iguala al nmero de iones hidroxilo.Cuando el nmero de iones hidroxilo es mayor, la solucin es bsica, Cuando el nmero de protones es mayor, la solucin es cida.

Mtodos de determinacin del pH

Existen varios mtodos diferentes para medir el pH. Uno de estos es usando un trozo de papel indicador del pH. Cuando se introduce el papel en una solucin, cambiar de color. Cada color diferente indica un valor de pH diferente. Este mtodo no es muy preciso y no es apropiado para determinar valores de pH exactos. Es por eso que ahora hay tiras de test disponibles, que son capaces de determinar valores ms pequeos de pH, tales como 3.5 o 8.5.El mtodo ms preciso para determinar el pH es midiendo un cambio de color en un experimento qumico de laboratorio. Con este mtodo se pueden determinar valores de pH, tales como 5.07 y 2.03.Ninguno de estos mtodos es apropiado para determinar los cambios de pH con el tiempo.

El electrodo de pH

Un electrodo de pH es un tubo lo suficientemente pequeo como para poder ser introducido en un tarro normal. Est unido a un pH-metro por medio de un cable. Un tipo especial de fludo se coloca dentro del electrodo; este es normalmente cloruro de potasio 3M. Algunos electrodos contienen un gel que tiene las mismas propiedades que el fludo 3M. En el fludo hay cables de plata y platino. El sistema es bastante frgil, porque contiene una pequea membrana. Los iones H+ y OH- entrarn al electrodo a travs de esta membrana. Los iones crearn una carga ligeramente positiva y ligeramente negativa en cada extremo del electrodo. El potencial de las cargas determina el nmero de iones H+ y OH- y cuando esto haya sido determinado el pH aparecer digitalmente en el pH-metro. El potencial depende de la temperatura de la solucin. Es por eso que el pH-metro tambin muestra la temperatura.

cidos y bases

Cuando los cidos entran en contacto con el agua, los iones se separan. Por ejemplo, el cloruro de hidrgeno se disociar en iones hidrgeno y cloro (HCL-- H+ + CL-).Las bases tambin se disocian en sus iones cuando entran en contacto con el agua. Cuando el hidrxido de sodio entra en el agua se separar en iones de sodio e hidroxilo (NaOH-- Na+ + OH-).

Cuando una sustancia cida acaba en el agua, le ceder a sta un protn. El agua se volver entonces cida. El nmero de protones que el agua recibir determina el pH. Cuando una sustancia bsica entra en contacto con el agua captar protones. Esto bajar el pH del agua.Cuando una sustancia es fuertemente cida ceder ms protones al agua. Las bases fuertes cedern ms iones hidroxilo.

Principios

La determinacin del pH en el agua es una medida de la tendencia de su acidez o de su alcalinidad. No mide el valor de la acidez o 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. La mayora de las aguas naturales tienen un pH entre 4 y 9, aunque muchas de ellas tienen un pH ligeramente bsico debido a la presencia de carbonatos y bicarbonatos. Un pH muy cido o muy alcalino, puede ser indicio de una contaminacin industrial. El valor del pH en el agua, es utilizado tambin cuando nos interesa conocer su tendencia corrosiva o incrustante, y en las plantas de tratamiento de agua. Este mtodo determina el pH , midiendo el potencial generado (milivolts ) por un electrodo de vidrio que es sensible a la actividad del in H+ , este potencial es comparado contra 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 medicin.

Valores de pH de algunos materialesItems del da a da01234567891011121314Jugo de limnJugode naranja CervezaQuesoLecheAgua puraHuevo Leche Magnesia01234567891011121314H2SO44.9% (1N)HCl 0.37%(0.1N)cido actico0.6% (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 de pH de algunos materialesProductos Qumicos Por qu medimos el pH ?Para obtener productos con propiedades definidas

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Para evitar daos a las personas, materiales y medio ambiente

Para cumplir reglamentos y legislaciones

Para adquirir nuevos conocimientosdefined properties - known for decades that fruit jellies need to be acid to set. pH 3.1 maximum set, pH 3.2 medium set, pH 3.3 soft set, pH 3.4 very soft set, pH 3.5+ no set. pH 2.8, weeping, pH 2.6 structure fragments. Birthday party happiness depends on 0.5 pH!

less costs - control may optimise yield

damage - people need injectable vaccines/antibiotics etc. at physiological pH shampoos, soaps etc. at safe pH.Materials - control can allow use of cheap steel vessel rather than expensive stainless steel or glass/rubber lined.Environment - not good to discharge at high or low pH.........

regulatory - FDA, EC etc regulators require proof of consistent manufacture, GMP etc.

knowledge - R & D are always wanting to push back the frontiers of science Dnde es medido el pH ? Intercambiadores de calor Evaporadores Tratamiento de Efluentes Agua de proceso o potable Lneas del proceso

Reactores

Calderas

Torres de EnfriamientoCualquier lugar donde se use agua ...El valor del pH es medido por PotenciometraLa cadena de medicin est compuesta de.......

........electrodo de medicin (o de vidrio)........electrodo de referencia

La diferencia de potencial entre los electrodos de medicin y referencia, es funcin de la solucin a ser medida.

First thing to realise pH is a potentiometric measurementU = Emedicin - E referenciaCadena de medicin

Transmisor de pHpH 2100 Alimentacin20 - 253 V dc / ac Seal de Salida(0) 4 - 20 mA / Hart / Profibus Auto DiagnsticoSi (Sensoface) Calibracin Automtica, con auto reconocimiento de Buffer Contactos On-Off2 - Mx e Min (Ajustables)1 - Alarma1 1 - Lavado

Electrodo de Medicin (vidrio)ConectorHilo de medicinCuerpo de vidrioBuffer internoMembranaThe membrane (pH sensitive glass) has been the major development over the decades that has moved the measurement of pH from the research laboratory to routine industrial measurement.

(Show pH half-cell, pass it round audience)

NOTE: the screen is necessary to protect the sensitive high-impedance signal from electromagnetic interference.

Electrodos separadosConectorHilo de MedicinCuerpo de VidrioBuffer InternoMembranaEntrada de electrolitoElemento de referenciaElectrolitoDiafragmaElectrodo de referenciaElectrodo de medicinDescribe reference system.

Calomel reference (Hg/Hg2Cl2) is the general electrochemical standard in place of the standard hydrogen electrode (describe!). Not suitable for industrial use:unstable above 60oCtoxic

Preferred system is Ag/AgCl, essentially as good as the Calomel system but high temperature stable. Electrodos combinados

ConectorElectrolitoElemento de ReferenciaHilo de MedicinDiafragmaBuffer internoMembranaEntrada de electrolito

All the components of the two half-cells, EXCEPT no screen. Why? KCl electrolyte is highly conducting and performs the task!

Membrana de medicin

H+H+++++++------membranade vidriomembrana de vidrio (0.2 - 0.5mm)pelcula de gel esp. 100 mcargapositivacarganegativaBuffer internoMembranaA particular property of pH glasses is the ability to take up water to form a hydrated gel layer.

Gel not as in jelly, but is crystallographer's term, a solid matrix incorporating water.

Visible light from 700um (red) to 400um (violet)!

H+ ions diffuse into layer giving results as shown.

Suggestions as to use of glass can be found as far back as 1875, but wasnt until the advent of McInnes glass (corning) in 1930 that commercial application became possible. Formula 75% SiO2, 20% Na2O, 5% miscellaneous.

Todays formulations closely guarded secret!Qu necesita un buen electrodo de medicin?Un buffer interno que genere un punto cero constanteMembrana con una alta selectividad al H+Buenas propiedades mecnicasElectrodo Industrial (Proceso)Vidrios resistentes a alta temperaturaElectrodo de Referencia El potencial del electrodo de medicin 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 PlataCloruro de PlataElectrolito de referencia(solucin de KCl)DiafragmaCl- es alto y constantepara que E sea constanteE = Eo + 2.3RT logaCl- FSistema de referencia Ag/AgClThe reference system can be as simple as a silver wire coated with AgCl. NB if this type used, must employ electrolyte saturated with AgCl because strong KCl solutions dissolve AgCl off the wire early failurepHmetro

El pHmetro es un sensor utilizado en el mtodo electroqumico para medir el pH de una disolucin. La determinacion de pH consiste en medir el potencial que se desarrolla a travs de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentracin de protones. En consecuencia se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas de vidrio delante el pH.Una celda para la medida de pH consiste en un par de electrodos, uno de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos en la disolucin en la que queremos encontrar el pH. La barita de soporte del electrodo es de vidrio comn 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 solucin de acido clorhdrico 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.MantenimientoEl 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 est sucia con grasa o material orgnico 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 podran cargar electrostaticamente. Luego se deben colocar suavemente sobre un papel, sin pelusa, para quitar el exceso de agua.

CalibracinComo los electrodos de vidrio de pH miden la concentracin de H+ relativa a sus referencias, tienen que ser calibrados peridicamente para asegurar la precisin. Por eso se utilizan buffers de calibracin (disoluciones reguladoras de pH conocido).PrecaucionesEl electrodo debe mantenerse humedecido siempre. Se recomienda que se guarde en una solucin de 4M KCl; o en un buffer de solucin de pH 4 o 7. No se debe guardar el electrodo en agua destilada, porque eso causara que los iones resbalaran por el bulbo de vidrio y el electrodo se volvera intil.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 Acido: En un pH menor a cero, los valores obtenidos tienden a ser ms altos.-Deshidratacin: Resultados falsos.-Temperatura: La medicin de PH varia con la temperatura, esta variacin puede compensarse.La medicin de pH con precisin

Propsito Biotecnlogos menudo medir el pH de las soluciones. En este ejercicio de laboratorio, aprender a operar varios estilos de pH-metro y empezar a explorar algunos de los factores que afectan a las mediciones de pH. Usted tambin aprendera a calibrar medidores de pH y para comprobar si un medidor de pH est proporcionando lecturas precisas. Un medidor de pH / electrodoSistema de medicin consiste en: (1) Un voltmetro que mide la tensin, (2) Dos electrodos conectados entre s a travs del contador, y (3) de la muestra cuyo pH se mide. Cuando los dos electrodos se sumergen en una muestra, que desarrollan un potencial elctrico (voltaje) que se mide por el voltmetro. La magnitud de la medida de tensin depende de la concentracin de iones de hidrgeno en la solucin, por lo que la tensin de la lectura puede convertirse en el instrumento a un valor de pH, la Figura 1.

RESEA DE UN SISTEMA DE MEDICIN DE pH.El sistema consta de dos electrodos que se sumergen en la muestra y que estn conectados entre s a travs de un medidor A. La concentracin de los iones de hidrgeno en la solucin es relativamente baja. B. Una mayor concentracin de los iones de hidrgeno conduce a un cambio en la diferencia de tensin entre los dos electrodos. Los dos tipos de electrodos se denominan electrodos de medicin de pH, tambin llamado el electrodo de vidrio, y el electrodo de referencia. La medicin de pH tiene un electrodo delgado y frgil bulbo de vidrio en su punta que es sensible a la concentracin de los iones H + en el medio circundante. Desarrolla un potencial elctrico entre las superficies interior y exterior de la bombilla de vidrio cuando el electrodo de medida se encuentra inmerso en una solucin de muestra. Es este potencial cuya magnitud vara en funcin de la concentracin de los iones de hidrgeno en la solucin. El electrodo de pH de medicin debe ser emparejado con un electrodo de referencia, que cuenta con una tensin estable y constante. Clases de electrodos de referencia para pH Hay dos clases de electrodos de referencia para el pH metros: 1. Un Ag / AgCl electrodo contiene una tira recubierta de plata con cloruro de plata. La tira se sumerge en una solucin electroltica de KCl y el cloruro de plata. 2. Un electrodo de calomelanos contiene un alambre de platino recubierto de una pasta compuesta de mercurio metlico y cloruro de mercurio. El calomelano est en contacto con una solucin de llenado que a menudo se KCl saturado. Electrodos deben ser seleccionados, utilizados y mantenidos correctamente. Electrodos de propsito general estn bien para muchos materiales biolgicos, pero son "difciles" las muestras, tal como se analiza en su libro de texto. Problemas con las mediciones de pH son a menudo debido a problemas del electrodo as que asegrese de mantenerlos de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Cmo es calibrado un electrodo de pH?Punto Cero: pH7 bufferSlope: pH4, pH9.2, pH10 u otro buffer Use siempre buffers nuevos y fiablesLave y seque el electrodo entre los buffers

NUNCA RASPE EL ELECTRODONeed 6 things to calibrate an electrode

1) the electrode2) + 3) two buffers4) wash bottle/bucket of water5) tissues6) thermometer

Explain why 6) is important - buffer tables

Tissues help get water out of housing

Do not rub, creates static electricity.

Talk about buffers and need to use CO2-free water if making buffers from concentrate or dry chemicals.Do not buy buffers in too large volumes - false economy, go off once opened.Calibracin del Punto Cero-mV+mVpH 4 7 9Antes de lacalibracinCalibradopH 7 calibration ensures real intercept is through 7

If this data can be logged it helps to give an indication of the health of the sensor. Typically not exactly at 7, if small (how small? - +40mV? = ~0.6pH). If it is constant all is well, if it starts moving watch out!Ajuste del Slope -mV+mVpH 4 7 9Calibrado175175 mV = slope terico a 20oCAntes de lacalibracinSlope calibration matches amplifier to real output of sensor.typically less than 100% theoretical. New sensor should be better than 98.5%. difficult to get 100-100.5% due to bad buffers Con qu frecuencia debemos calibrar ?La naturaleza de la solucin a ser medidaLa precisin deseada La calidad del electrodoLa frecuencia depende de :Some solutions aggressive towards the sensor and cause loss of calibration quicker than others

pH 7 + 2.5 needs less calibration than pH 5.2 + 0.2

Quality - who makes it!Almacenamiento de electrodos de pH Nunca guarde electrodos sin electrolito Guarde siempre en el electrolitos adecuado Nunca guarde en agua destilada !!!Dry - causes pH glass to dry and become non-functional

Sore in electrolyte NOT distilled water - why? Draw schematic of diaphragm and effect of osmolarity difference on diaphragm.- increased impedance- unstable diaphragm potential- for electrodes with AgCl saturated electrolyte dilution of electrolyte causes dissociation of argentohalide complexes and precipitation of AgCl in the diaphragm resulting in blockage.

EXCEPTION!

InPro 3000/3100 sensors must be stored in pH4 buffer!

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 tambin a iones Na+[Na+] = 0.1 mol/L (25oC)LoTA41HApH1413121110987pH0.60.40.2Error Alcalino De qu depende una medicin de pH precisa ? CalibracinProcedimiento correctoBuffers nuevos y precisos (Certificado)Frecuencia adecuadaEsperar la estabilidad

(wait for stable value) - do not rush calibration, wait for electrode to become stable De qu depende una medicin de pH precisa ? CalibracinDiferencias entre calibracin y medicin Temperatura Calibracin Temperatura Electrodo Diafragma limpioTipo correctoInstalacin correctaMuestra homogeneizada (Agitacin) De qu depende una medicin de pH precisa ? Calibracin Temperatura Electrodo Precisin real:

Laboratorio:+ 0.02 pH Proceso:+ 0.1 pH De qu depende una medicin de pH precisa ?Es viable la comparacin por muestreo?Muestra no representativa del procesoMuestra del pH inestable (Caracterstica de la solucin)Muestra reacciona con CO2, O2 u otro gas atmosfricoTemperatura de la muestra diferente del proceso Muestra caliente , electrodo FroCausas de las diferencias:50oCMisma muestra20oCLnea de productosElectrodos de pH

Electrodos Gel

Linea DPA

InPro 3200Electrodos XerolytLinea DXK

InPro 4200

Electrodos XerolytInPro 4010

InPro 4500 VP

Electrodos con electrolitos lquidosLinea 465

InPro 2000

Lnea de productosTransmisores de pH

Value line pH 20504 HilosFuncin Control P2 rels de contacto1 rel de lavado o alarmaInstalacin en panel

Value line pH 21004 o 2 HilosEx / Hart / Profibus2 rels de contacto1 rel de lavado1 rel de alarmaProtecin IP65Sensocheck

Value line pH 25004 HilosRS485Protecin IP65SensocheckFuncin InCleanLog Book

Lnea de productosSoportes

Soportes fijosInFit 764

InFit 761Soportes retractilesInTrac

Soportes de inmersinInDip

Lnea de productosAccesorios

Soluciones Buffers de calibracinSoluciones de mantenimientoElectrlitos

Lnea de laboratorioEquipos PorttilesEquipos de LabAccesrios

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 medicin, como un grfico 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 grabadoraVolver medidor de pH.ATC sonda se conecta aqu

Cable de alimentacin Electrodo se conecta aqu