Curso de Instrumentación Unidad VI

1. CURSO DE
INSTRUMENTACIÓN
VI pH
Ing. Juan Aviña Jiménez

2. Qué es el pH
El pH es la concentración de iones hidrógeno de una solución y se
utiliza para medir la acidez o la alcalinidad de un líquido.
Alguien determinó que en un litro de agua destilada pura hay
0.0000001 M de H3O+ (H+) e igual concentración de OH–.
Para evitar escribir concentraciones tan bajas, los químicos idearon
el concepto de pH para determinar cuántos iones de hidrogeno (H+) hay
en un líquido por unidad de volumen de esta forma:
pH = -log [H+]
Entonces, el valor de 0.0000001M es convertido a notación
científica (1 x 10-7).
pH = -log [1 x 10-7]  pH = 7

3. Escala de pH
La escala que se emplea para medir el pH va de un valor de 0 para
las substancias más acidas a 14 para las más básicas siendo el valor de
7 como el valor para una concentración neutra como lo es el agua
destilada.
ACIDO NEUTRO BASE 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
A
C
I
D
O
C
L
O
R
H
I
D
R
I
C
O
A
C
I
D
O
D
E
B
A
T
E
R
I
A
J
U
G
O
D
E
L
I
M
O
N
V
I
N
A
G
R
E
R
E
F
R
E
S
C
O
D
E
C
O
L
A
Y
V
I
N
O
J
I
T
O
M
A
T
E
L
L
U
V
I
A
N
O
R
M
A
L
A
G
U
A
P
U
R
A
B
I
C
A
R
B
O
N
A
T
O
D
E
S
O
D
I
O
L
E
V
A
D
U
R
A
L
E
C
H
E
D
E
M
A
G
N
E
C
I
A
A
M
O
N
I
A
C
O
D
E
C
O
L
O
R
A
N
T
E
L
E
J
I
A
H
I
D
R
O
X
I
D
O
D
E
S
O
D
I
O

4.  Mediante Tiras Reactivas
El empleo de tiras que reaccionan al pH del fluido y se colorean de
cierta forma, el valor del pH se obtiene al compararlas con una tabla de
colores que indica el valor del pH correspondiente.
 Mediante Electrodos o Potenciométricos
Los métodos potenciométricos son los que emplean electrodos que
miden la concentración mediante la generación de un pequeño voltaje que
depende directamente la concentración de iones de la substancia y es
contrastada con otra de referencia cuya concentración es conocida, el
electrodo que realiza la lectura se le denomina electrodo de medición y el
que contiene la substancia conocida se le denomina electrodo de referencia.
Métodos de determinación del pH

5. Después de sumergir la tira en la solución esta se
colorea, comparando con una guía que acompaña a la
caja de tiras encontraremos el valor del pH
correspondiente, este método no es muy preciso y se
emplea como una forma de medición aproximada.
Tiras reactivas

6. Este método es el empleado para
la medición del pH tanto en el
laboratorio como en proceso, la
evolución de los electrodos han hecho
posible que esta variable se pueda
medir en forma continua en un proceso
y no solo en laboratorio como hasta
hace algunos años se hacia, por lo
general la medición se acompaña con
la medición de la temperatura ya que
esta influye directamente en la
medición, requiriendo la compensación
por variación de la temperatura del
fluido.
Método Potenciometrico

7. POTENCIOMETRIA
La potenciometría es una técnica
electro analítica con la que se puede
determinar la concentración de una
especie electro activa en una disolución
empleando un electrodo de referencia (un
electrodo con un potencial constante con el
tiempo y conocido) y un electrodo de
medición (un electrodo sensible a la
especie electro activa).

8. Potenciometro
Se denomina potenciómetro al aparato
que emplea un puente de Weastone como
principio de medición por ser apropiado para
la medición de pequeños potenciales como
los que producen los electrodos de pH o de
otras variables como concentraciones de
oxigeno, bióxido de carbono o algun gas
específico.

9. TIPOS DE POTENCIOMETRO
El potenciómetro de resistencia constante
El potenciómetro de corriente constante
El potenciómetro microvolt
El potenciómetro termopar.

10. ELECTRODOS
Existen electrodos de trabajo de distinto
tipo útiles para distintos cationes o
aniones. Cada vez son más usados los
electrodos selectivos de iones (ESI) o
electrodos de membrana. Uno de los más
empleados, que se comenzó a utilizar a
principios del siglo XX, es el electrodo de
pH (un electrodo de vidrio).

11. TIPOS DE ELECTRODOS
Electrodo metálico
Electrodo de membrana cristalina
Electrodo de membrana líquida
Electrodo de membrana polimérica
Electrodo de vidrio

12. ELECTRODOS METALICOS
Se utilizan para la cuantificación del catión
proveniente del metal con que está
construido el electrodo. Varios metales por
ejemplo plata, cobre, mercurio, plomo y
cadmio presentan medias reacciones
reversibles con sus iones y son adecuados
para la construcción de electrodos de
primera especie.

13. Electrodo de segunda especie
para aniones (METALICOS)
Un electrodo metálico responde también
en forma indirecta a los aniones que
forman precipitados escasamente solubles
o complejos con su catión.

14. Indicadores para sistemas
Redox
(METALICO)
Los electrodos construidos de platino u
oro, sirven como electrodos indicadores
para sistemas de oxido reducción. Este
tipo de electrodo es por sí mismo inerte;
el potencial que desarrolla
Depende únicamente del potencial del
sistema de oxido reducción de la solución
en la que está sumergido.

15. ELECTRODO DE MEMBRANA
CRISTALINA
1. Cristal simple (Ejemplo: LaF3 para
determinar de F-)
2. Cristal policristalino o mezcla (Ejemplo:
Ag2S para determinar S2- o Ag+)

16. ELECTRODOS DE MEMBRANA
NO CRISTALINA
1. Vidrio (Ejemplo: vidrios al silicato para
determinar H+ y cationes monovalentes
como Na+)
2. Líquida (Ejemplo: intercambiadores de
iones líquidos para determinar Ca2+ y
transportadores neutros para K+)
3. Líquido inmovilizado en polímero rígido
(Ejemplo: matriz de PVC para determinar
Ca2+, NO-)

17. ELECTRODOS DE
MEMBRANA
Estos electrodos difieren en la composición
física o química de la membrana.
Hemos visto que el potencial de un electrodo
metálico surge de la tendencia de una
reacción química de oxidación/reducción a
ocurrir en la superficie de un electrodo. En
electrodos de membrana, en cambio, el
potencial observado es una clase de potencial
de unión que se desarrolla a través de la
membrana que separa a la solución del
analito de una solución de referencia.

18. ELECTRODO DE VIDRIO
Un poco de historia:
Los primeros electrodos de vidrio poseían
una composición de alrededor de 22%
Na2O, 6% CaO y 72% SiO2. Cuando se
sumergen en una disolución varias horas,
los 10 mm más externos de la membrana
se hidrata, formando lugares con una
carga negativa (G.) que forman parte de
la estructura de silicio de la membrana.
Los iones de hidrógeno se difunden por la
misma, desplazando a los iones de Na+

19. El Electrodo de Vidrio Para la
Medida del pH
Consiste en un par de electrodos, uno de
calomel y otro de vidrio sumergidos en la
solución cuyo pH se desea medir. Se
fabrica el electrodo de vidrio sellando un
bulbo de vidrio delgado y sensible al pH,
al extremo de un tubo de vidrio de
paredes gruesas.

20. IMAGEN
Sistema típico de electrodos para la medición
potenciométrica del pH
Obsérvese que la celda
contiene dos electrodos de
referencia, cada uno con un
potencial constante e
independiente del pH; uno
de estos electrodos de
referencia es el electrodo
interno de plata/cloruro de
plata, que es un
componente del electrodo
de vidrio pero que no es
sensible al pH. En efecto, es
la delgada membrana en el
extremo del electrodo, la
que responde a los cambios
de pH.

21. Usos Generales
• Determinación cuantitativa selectiva de muchos
iones inorgánicos y orgánicos en solución
• Determinación de iones en un estado de
oxidación específico dentro de una muestra
• Determinación de constantes de estabilidad de
complejos
• Determinación de velocidades y mecanismos de
reacción
• Determinación cuantitativa de gases ácidos y
básicos
• Determinación cuantitativa de productos de
reacción enzimáticos

22. APLICACIONES
Aplicaciones Comunes
• Análisis de iones de procesos industriales batch o continuos
• Determinación de monitoreo continuo de la calidad de aire y
gases contaminantes
• Determinación de electrolitos en fluidos fisiológicos para
análisis clínicos
• Desarrollo de biosensores basados en enzimas inmovilizadas
y electrodos
• Determinación de iones constituyentes en muestras de
agricultura, medio ambiente y farmacia
• Determinación de pH
• Determinación del punto final en titulaciones de ácidos,
bases y redox

23. LIMITACIONES
• Hay muchos iones para los cuales no existe un electrodo
selectivo
• La mayoría de los electrodos requiere calibración frecuente
para usar en análisis cuantitativo preciso
• Se requiere a menudo una muestra regulada para evitar la
interferencia OH- / H+
• Se deben tener en cuenta los efectos de la matriz (esto es,
diferencias en fuerzas iónicas, electrolitos presentes en la
muestra y su influencia sobre el potencial de unión y la
presencia de especies que pueden arruinar la superficie
activa del electrodo)