El documento trata sobre la medición del pH. Explica que el pH indica la concentración de iones hidronio en una solución y se define como el logaritmo negativo de dicha concentración. Además, describe brevemente la historia del desarrollo de la escala pH y los componentes básicos para medir el pH como los electrodos de vidrio e indicador y de referencia.

2. 2
Objetivo
Que las personas que asisten a la
presente exposición logren una
interpretación de resultados de los
informes de calibración del área de
pH así como también la capacidad
de diferenciar las formas de medir
PH con sus debidos electrodos.

3. 3
Temario
 Conceptos.
 Historia
 Factores que afectan las mediciones de pH.
 Corrección por temperatura.
 Sistema de medición (componentes).
 Medición de pH.
 ¿Cómo nace la escala de pH?
 ¿Cómo se clasifican los sensores de pH?
 ¿Cómo funciona un medidor de pH?
 TIPOS DE ELECTRODOS DE PH

4. 4
Definiciones
 Instrumento de medición
 Patrón (de medición)
 Material de referencia
 Material de referencia certificado
 Calibración
 Verificación
 Ajuste

5. 5
Definiciones
 Instrumento de medición:
Dispositivo destinado a realizar una medición, solo o en un
conjunto de equipos auxiliares.
Ejemplos:
o Balanza analítica
o Termómetro
o Medidor de pH
o Cromatógrafo

6. 6
Definiciones
 Patrón (de medición):
Medida materializada, instrumento de medición, material de
referencia o sistema destinado a definir, realizar, conservar o
reproducir una unidad o uno o más valores de una cantidad para
transmitirlas, por comparación, a otros instrumentos de medición .
Ejemplos:
Patrón de masa de 1 kg
Resistencia patrón

7. 7
Definiciones
 Material de referencia (MR):
Material o sustancia para el cual el valor de una o de varias de sus
propiedades es lo suficientemente homogéneo y bien establecido
como para ser utilizado como referencia en la calibración de un
instrumento, en la evaluación de un método de medición o para
asignar valores a las propiedades de otros materiales.

8. 8
Definiciones
 Material de referencia Certificado (MRC):
Material de referencia, acompañado de un certificado y para el cual
el valor de una o de varias de sus propiedades se ha certificado por
medio de un procedimiento que establece su trazabilidad a una
realización exacta de la unidad en la que se expresan los valores de
la propiedad y en el que cada valor certificado se acompaña de una
incertidumbre con un nivel de confianza declarado.

9. 9
Definiciones
Usos y aplicaciones:
 Calibración de instrumentos de medición.
 Validación y/o verificación del desempeño de métodos y/o
técnicas.
 Evaluación del funcionamiento de un equipo.
 Evaluación de la capacidad técnica de un analista.
 Pruebas de inter laboratorio.

10. 10
Definiciones
 Calibración:
Conjunto de operaciones que establecen, bajo condiciones
específicas, la relación entre los valores de una magnitud indicadas
por un instrumento o un sistema de medición, o los valores
representados por una medida materializada o un material de
referencia, y los valores correspondientes de la magnitud realizada
por un patrón de referencia.

11. 11
Definiciones
 Verificación:
Confirmación por análisis y evidencia de que los
requisitos especificados han sido alcanzados.
 Ajuste:
Operación destinada a llevar a un instrumento de
medición a un estado de funcionamiento
conveniente para su uso.

12. 12
Notas
1. La verificación proporciona un medio para la
comprobación de que las desviaciones entre los
valores indicados por un instrumento y los valores
conocidos correspondientes son más pequeñas que
los límites de error permisibles definidos en una
regulación o especificación característica del
manejo del equipo de medición.
2. El resultado de una verificación lleva a una decisión,
es decir, restablecer el servicio, realizar un ajuste,
repararlo, degradarlo o declararlo obsoleto.

13. El pH es una medida
de acidez o alcalinidad de una disolución.
El pH indica la concentración de iones de
hidronio [H3O+] presentes en determinadas
sustancias.
El pH se define como:

14. 14
Definición de pH
El pH es definido en función de la actividad del Ion
hidrógeno
La actividad se relaciona con la concentración
mediante el “coeficiente de actividad”
log logH H HpH a Y m  
   

15.  1884 -Teoría de la disociación
iónica: En 1884 Svante
Arrhenius desarrolló la teoría
de la existencia de los iones y
de la disociación iónica.
 Según esta teoría, estas
sustancias al disolverse en
agua o al fundirse, rompen
sus moléculas eléctricamente
neutras- liberando sus iones
componentes.
Historia

16.  1909-Zygmunt Klemsiewicz
que descubrió que la ampolla
devidrio (que llamó electrodo
de vidrio) se podrían utilizar
para medir la actividad de
iones hidrógeno y que esta
seguida una función
logarítmica.
 El bioquímico danés Soren
Sorensen entonces inventó la
escala del pH en el año 1909.
 Se inventaron tubos de
electrones.

17.  Más tarde aún, la invención de los
transistores de efecto de campo (FET) y
circuitos integrados (ICs) con compensación
de temperatura, que permitió medir el voltaje
del electrodo de vidrio con precisión
 En primer medidor de pH fue construida en
1934 por Arnold Beckman. Electrodo de pH
de vidrio

18. 18
Efecto del medio:
Existen interacciones químicas y electrostáticas entre
los iones.
Temperatura:
A mayor temperatura, mayor actividad y menor pH
A menor temperatura, menor actividad y mayor pH
Factores que afectan
la medición

19. 19
Observaciones
La medición de la actividad del Ion hidrógeno con
el electrodo de vidrio está influenciada
principalmente por la fuerza iónica, el solvente y la
temperatura.
Describir la muestra (temperatura, apariencia,
procedencia, etc.)

20. 20
Sistema de medición
potenciométrico
(1935) Dr. Beckman en el instituto de Tecnología
de California desarrolló el primer medidor
comercial de pH.
Componentes:
 Medidor
 Electrodo de vidrio
 Electrodo de referencia

21. 21
Sistema de medición
potenciométrico
6.877 pH stope 98.1%
25oC pHo=7.010
mV
oC
CAL
MEDIDOR Electrodo
E. Ref.

22. 22
Sistema de medición
Electrodo de vidrio. Potencial proporcional a la
actividad del ion higrógeno (Ecn de Nernst)
 0
0
2,3026
0,198
obs
obs K
RTE E pH
F
E E T pH
 
 

23. 23
Medición de pH
Por comparación del valor de pH de la muestra con el de
soluciones estándar de valor conocido (buffers)
Las soluciones estándar (S1 y S2) son usadas para “calibrar”
AJUSTAR las lecturas del electrodo del sistema de medición
S1 y S2 deben estar en ambos lados y tan cerca como sea
posible del valor de la muestra.
   1
2 1
( ) ( 1) 2 1X S
S S
E E
pH X p S pH S pH S
E E
 
      

24. 24
Relación de la temperatura
con el potencial
Temperatura ºC (mV/ unidad de pH)
0 54,20
25 59,16
37 61,54
60 66,10
100 74,04

26. 26
Equilibrio de ionización del agua
 La experiencia demuestra que el agua tiene
una pequeña conductividad eléctrica lo que
indica que está parcialmente disociado en
iones:
 H2O (l) →H+(ac) + OH– (ac)
 H+ · OH–
Kc = ——————
H2O
 Como H2O es constante por tratarse de un
líquido, llamaremos
Ka = [H+][OH-]
 conocido como “producto iónico del agua”

27. 27
 El valor de dicho producto iónico del agua
es: Ka (25ºC) = 10–14 M2
 En el caso del agua pura:

H+ = OH– = = 10–7 M(mol/litro)
 Se denomina pH a:
pH = – log[H+]= 7M
 Y para el caso de agua pura, como
H+=10–7M:
 pH = – log 10–7 = 7

28. pH = -log [H+]
H2O « H+ + OH-
Ka = [H+][OH-] = 10-14
pH o índice de concentración de hidrogeniones
• El símbolo pH significa “potencia negativa de la
concentración de ión hidrógeno.”
• El valor del pH se emplea como unidad de medida
para la acidez o la alcalinidad de un producto
liquido.
¿Cómo nace la escala de pH?

31. Según el principio de transducción:
 Electroquímicos
 efecto de la interacción electroquímica entre el
 analito y el electrodo
 Ópticos
 fenómenos ópticos, resultantes de la interacción
 del analito y el receptor
 Másicos
 cambio de masa sobre una superficie modificada
 Térmicos
 efecto calorífico de la interacción entre el analito y
 el receptor
Señal
Eléctrica

33. Potenciométricos
Amperométricos
Semiconductores

34. Se puede describir la potenciometría
simplemente como la medición de un
potencial en una celda electroquímica. El
instrumental necesario para las medidas
potenciométricas comprende un:
• electrodo de referencia
• un electrodo indicador
• un dispositivo de medida de potencial.

36. Ag/AgCl
Internal Wire
Buffered
KCl Solution
Stem Glass
pH
Sensitive
Glass
Electrodo de
referencia
Electrodo indicador

37. Electrodo de
referencia
Electrodo indicador
que genera un
potencial
constante e
independiente del
pH,
completamente
insensible a la
composición de la
solución en
estudio.
actualmente constituye
la pieza
fundamental en la
medición
electrométrica del pH.

38. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Bulbo
sensible
Principio de operación

39. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Principio de operación
La varilla de soporte
del electrodo es de
vidrio común (o
plástico), no
conductor de cargas
eléctricas

40. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Principio de operación
La varilla de soporte
del electrodo es de
vidrio común (o
plástico), no
conductor de cargas
eléctricas
El vidrio de pH es conductor
de cargas eléctricas porque
tiene
óxido de litio dentro del
cristal
Bulbo sensible

41. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Principio de operación
La varilla de soporte
del electrodo es de
vidrio común (o
plástico), no
conductor de cargas
eléctricas
La estructura del vidrio es
tal que permite el
intercambio de iones litio
por iones de hidrógeno en
solución acuosa
Bulbo sensible

42. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Principio de operación
La varilla de soporte
del electrodo es de
vidrio común (o
plástico), no
conductor de cargas
eléctricas
Se crea así un potencial
(del orden mv) a través de
la interface creada entre el
vidrio y la solución acuosa.
Bulbo sensible

43. Buffered
Internal
Solution
External
Aqueous
Solution
H+
H+
Li+
Li+
Li+
.001
.03 to .1 mm
.001 mm
mm
Alambre de
Ag/AgCl
Solución de KCl
Vidrio aislante
Principio de operación
Bulbo sensible
El cloruro de potasio es una
sal que se disocia
totalmente según la
siguiente reacción: KCl –>
K+ + Cl-; por tanto su
solución tiene un carácte
neutro pH=7
El voltaje creado hacia el interior del bulbo es
constante porque se
mantiene su pH constante ,de modo que la
diferencia de potencial depende sólo del pH
del medio externo.

45.  La ecuación de Nernst se utiliza para calcular el potencial
de de un electrodo fuera de las condiciones estándar
 Donde:
 E = potencial medido
 E0 = potencial constante
 R = constante de los gases
 T = temperatura en grados Kelvin
 n = carga iónica(la cantidad de electrones que participan en la reacción.)
 F = constante de Faraday
 Ln(H+) es el logaritmo neperiano de la concentración de iones
hidrogeno

46. • V1 y V2:
• potenciales asociados con las
membranas del electrodo de
medición.
• a1 :
• Son las actividades en la disolución
problema .
• a2:
• Son las actividades en la disolución
del electrodo de referencia interno.
• a1' y a2' :
• Son las actividades del ion hidrógeno
en cada una de las capas de gel en
contacto con las disoluciones

47. El potencial de membrana, E, viene dado
por la diferencia entre ambos potenciales:
 Por lo tanto:

48. Usando el logaritmo en base diez en la
ecuación (3), tenemos:
Y con la definición de pH(-log[H+]) nos
queda

49. a 25 °C (298,15 K) y con los valores de las
constantes, remplazando en la ecuación ,
se tiene:

50. Lo que permite obtener en la ecuación una
relación lineal entre el pH y el potencial de
la membrana.
Se observa que por cada unidad de pH el
potencial cambia 59,176 mV
Además el potencial cuando el pH es de 7
unidades es cero, por lo tanto la relación
entre el potencial del electrodo y el pH se
puede observar en la siguiente figura:

52. 0
mV Output
pH
100°C (74.04 mV/pH)
25°C (59.16 mV/pH)
0°C (54.20 mV/pH)
1 2 3 4 5 6 7
8 9 1011 12 13 14
600
400
200
- 200
- 400
- 600

53. Combination Technique
pH
Reference
Electrode
pH
Glass
Electrode
E1E2
E1
E2 E1- E2
100 MEG

54. El electrodo de combinación
La medición y electrodos de referencia
pueden estar unidos entre sí en un solo
cuerpo, conocido como un electrodo de
combinación.
Las funciones son idénticas a las del par
de electrodos, y el electrodo de
combinación pueden ser fabricados para
su uso en la mayoría de los procesos
industriales.

56. El instrumento de medición de pH tiene por
objeto transformar el potencial del electrodo
en una indicación correspondiente al pH de
la solución a medir.
Adquisición de la señal
Tratamiento de la señal
Incertidumbre y rango de validez

58.  A. Según la Membrana de Vidrio
La membrana de vidrio o bulbo de un electrodo se
construye para ser usada en condiciones específicas.
Diferentes tipos de membranas de vidrio pueden hacer el
electrodo mas fuerte, expandir su rango de temperatura o
prevenir el error de sodio para altos valores de pH.
 1)Vidrio para propósito general: varios rangos de pH, y
temperaturas hasta los 100ºC.
 2)Vidrio azul: pH del 0-13, y temperaturas hasta los
110ºC.
 3)Vidrio ámbar: pH del 0-14, temperaturas hasta 110ºC,
y bajo error de sodio.

59. B. Según el Cuerpo
1)Electrodos con cuerpo de Epoxy: son
resistentes a los golpes, pero no deben
ser usado a altas temperaturas o para
compuestos inorgánicos.
2)Electrodos con cuerpo de vidrio:
Resisten altas temperaturas y materiales
altamente corrosivos o solventes.

60.  C. Según la Sustancia de Relleno
 1)Recargables: Tienen puertos que permiten
rellear la cavidad de referencia con la
solución de referencia. Son económicos y
duraderos.
 2)Sellados: Son mas resistentes y
prácticamente no requieren mantenimiento.
Por supuesto, deben ser reemplazados
cuando el nivel de la solución de referencia
está bajo.