Medidor de pH

El medidor de pH o peachímetro (también pH-metro o pHmetro, aunque desaconsejadas por la RAE) es un instrumento electroanalítico utilizado para medir el pH de una disolución. Fue creado por Arnold Orville Beckman en 1934. Básicamente es un milivoltímetro de corriente continua con un rango o intervalo de medida generalmente comprendido entre -2000 y +2000 mV (aprox. dependiendo del modelo) conectado a un electrodo selectivo de iones sensible a las variaciones de pH. Habitualmente se utilizan electrodos combinados que incorporan el electrodo sensor y el de referencia en un mismo cuerpo. El electrodo de referencia puede ser el de calomelanos (Hg/Hg₂Cl₂) o más habitualmente el de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) en disolución de cloruro de potásio 3,5 M, mientras que el electrodo de medida, sensible a las variaciones de pH, es un electrodo de vidrio, llamado así por estar formado por una fina membrana de vidrio especial, sensible a la concentración, o más correctamente, actividad, de los iones hidrógeno de las disoluciones.

${\displaystyle {\ce {pH = -log[H+]}}}$

La medida del pH de una disolución se realiza introduciendo el electrodo de referencia y el electrodo de vidrio en la misma, creándose una diferencia de potencial entre ambos que es medida por el milivoltímetro, que se encuentra calibrado para poder leer directamente en unidades de pH, siendo el equivalente de 59 mV igual a una unidad de pH. Esta diferencia de potencial entre ambos electrodos es proporcional al logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrógeno.

Calibrado

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 calibrado (disoluciones reguladoras de pH conocido). Generalmente se utilizan dos (a veces tres) tampones de referencia procurando que el pH de la muestra a medir se encuentre entre los pH de los patrones utilizados para calibrar, o en su defecto, lo más próximo posible, ya que esto minimiza el error de medida. Existen diferentes tampones de referencia, certificados para usar en el calibrado de los peachímetros. Los peachímetros electrónicos modernos suelen tener un programa de calibrado que se activa mediante un botón en el panel del instrumento y que va guiando al operador para que utilice el tampón de referencia adecuado en un orden ya previsto por el programador. Tras realizar la medida de los dos o tres tampones de referencia, el programa ajusta automáticamente el aparato a la vez que aplica las oportunas correcciones de la medida a la temperatura, ya que al tratarse de una potenciometría con electrodo selectivo, es sensible a la temperatura ambiente.

Mantenimiento y cuidados

El electrodo de vidrio es relativamente inmune a las interferencias del color, turbidez, material coloidal, cloro libre, oxidante y reductor. Sin embargo, la medida del pH se ve afectada 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. Durante el proceso de calibrado o entre medidas de las muestras, los electrodos (indicador y referencia) o la sonda, si es un electrodo combinado, tienen que ser enjuagados con agua destilada, secándolo con cuidado utilizando una toallita o pañuelo de papel. Nunca ser secados con un paño porque podrían cargarse electrostáticamente.

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

Las medidas de pH con dispositivos como el peachímetro conectado a una sonda o electrodo de vidrio, como ocurre con cualquier medida instrumental, está sometida a determinadas incertidumbres (errores aleatorios) así como a ciertos sesgos (errores sistemáticos). A continuación se indican aquellos errores de medida que se presentan más frecuentemente, así como los procedimientos para minimizar tales errores:

• Potencial de unión líquida. Se da principalmente cuando hay una diferencia muy acusada en la fuerza iónica de la disolución tampón utilizada como patrón y la presente en la muestra de medida, aun cuando el pH de las dos disoluciones sea el mismo. La incertidumbre en este caso puede llegar a ser del orden de ±0,01 unidades.
• Deriva del potencial de unión líquida. Suele darse principalmente en las medidas de pH con electrodo combinado que utiliza un electrodo de referencia de plata-cloruro de plata con disolución saturada de KCl. A través de la frita de vidrio poroso para unión del electrodo con la disolución de medida, se produce la dilución de una pequeñísima cantidad de KCl a la vez que precipita AgCl en el tapón. En presencia de reductores presentes en la muestra, también precipita una pequeña cantidad de plasta metálica. Todo ello hace que se produzcan cambios en el potencial de unión líquida que se traducen en una deriva de las lecturas de pH. Es estos casos es recomendable recalibrar coda varias medidas.
• Error alcalino: Los electrodos de vidrio ordinarios también son sensibles a los iones de elementos alcalinos. Las medidas de pH en medios básicos en presencia de concentraciones altas de Na⁺ se produce un importante error de medida ya que el electrodo deja de ser selectivo y no distingue entre iones H⁺ y Na⁺, dando como resultado un pH inferior al real. No todas las membranas de vidrio utilizadas en la fabricación del electrodo tiene el mismo comportamiento, siendo el error más acusado en unos que en otros. Por lo general, no se recomienda medir el pH en disoluciones en las que se espera encontrar pH superiores a 10.
• Error ácido: El electrodo de vidrio típico exhibe un error, de signo opuesto al error alcalino, en soluciones muy ácidas, de pH próximo a 0,5-1. Como consecuencia, las lecturas del pH tienden a ser demasiado elevadas en esta región. La magnitud del error no suele ser muy reproducible y sus causas no están bien establecidas.
• Deshidratación: Resultados falsos y poco estables y reproducibles. Si por algún motivo la membrana de vidrio llega a secarse, se requiere volver a colocarlo en agua desionizada durante varias horas (o días) y hacer varias comprobaciones con tampones de referencia diferentes a los utilizados en el calibrado.
• Temperatura: La medición de pH varía con la temperatura, esta variación puede compensarse electrónicamente, aunque se recomienda calibrar y medir a temperaturas similares.

Tipos de medidores de pH

En la actualidad se comercializan diferentes tipos de peachímetros, desde sencillos dispositivos tipo bolígrafo, hasta complejos y costosos dispositivos para uso en laboratorio, conectados a ordenadores. Básicamente existen dos categorías de medidores de pH:

• Peachímetros de sobremesa. Son los habitualmente empleados en los laboratorios. Generalmente se conectan a la red eléctrica y requieren que las muestras a analizar se lleven al medidor para su posterior análisis. Suelen ser voluminosos, pero bastante precisos.
• Peachímetros portátiles o de campo. Son medidores que se utilizan para medidas "in situ", muy utilizado en análisis medioambientales o en plantas de producción o en aquellos casos en que la toma, el traslado o el tiempo transcurrido hasta el análisis pueden afectar al resultado de la medida. Estos dispositivos suelen estar alimentados por baterías.

Además de estos dos tipos, existe medidores de pH en línea o "in situ", para medidas en continuo durante el tiempo que dura un determinado proceso. Pueden ser independientes o estar conectados a un sistema de información de nivel superior para el control del proceso. También existen medidores y sondas especiales para su uso en aplicaciones especiales, como entornos hostiles y microambientes biológicos.

Véase también

• Electrodo selectivo de iones
• Electrodo de vidrio
• Potenciometría
• Valoración potenciométrica

Referencias