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Medición de pH

Una lectura de pH en realidad es una medición de milivolts: un electrodo de vidrio hace unos 59 mV por unidad de pH contra una referencia estable, con el pH 7 en cero. Seis lazos, cuatro lecturas — muestra puntual, mV crudos, unión de referencia, cal de 2 buffers — incluyendo los pares que se ven idénticos hasta que usted lee los milivolts: una referencia tapada contra un electrodo envejecido, y un bulbo recubierto contra uno estrellado.

Por Francisco Padilla Interactiva Nivel técnico

Antes de empezar — resumen del trabajo

Un lazo de pH es una medición de milivolts, no una lectura directa. Un electrodo de vidrio de medición desarrolla unos 59 milivolts por unidad de pH contra un electrodo de referencia estable, con el pH 7 sentado en 0 mV — así que pH 4 anda en +177 mV y pH 10 en unos −177 mV. Todo lo que se echa a perder se presenta como un corrimiento, un encogimiento o un atranque de esa señal de milivolts. La única verdad que usted tiene es una muestra puntual fresca en un medidor portátil: lea el lazo contra ella, no contra la de ayer.

  • El electrodo de vidrio hace ~59 mV/pH; pH 7 = 0 mV, abajo de 7 positivo, arriba de 7 negativo
  • Una unión de referencia tapada es la falla #1 del pH — corre toda la curva (un offset)
  • Lea cuatro cosas: el pH indicado contra una muestra puntual, los mV crudos, la unión de referencia, y una cal de 2 buffers
  • Los errores de pendiente están bien en 7 y mal lejos de ahí; los errores de offset están mal en todos lados — incluyendo en 7

Una lectura de pH es una medición de milivolts disfrazada

Un lazo de pH no lee el pH directamente. Una membrana delgada de vidrio en el electrodo de medición desarrolla un voltaje chico que depende de la actividad del ion hidrógeno de la solución, y el analizador mide ese voltaje contra un segundo electrodo de referencia estable. La relación es casi lineal: unos 59 milivolts por unidad de pH a 25 °C, pivoteando alrededor de pH 7 en 0 mV. Abajo de 7 la señal se va positiva, arriba de 7 se va negativa — así que pH 4 se sienta cerca de +177 mV y pH 10 cerca de −177 mV. Toda falla de pH en realidad es una falla en esa señal de milivolts: un offset que la corre, una pendiente encogida que la aplana, o una celda muerta que la desploma. Lea los mV crudos junto con el pH y el electrodo le dice cuál es.

La unión de referencia falla primero

La falla de pH más común no es el vidrio — es la referencia. El electrodo de referencia tiene que mantener un potencial fijo por medio de una unión porosa chica que deja que su solución de relleno interna (normalmente KCl) haga contacto eléctrico con el proceso. Tape esa unión con sólidos, recúbrala, o envenénela con un ion que reacciona, y el potencial de la referencia se va derivando. Como el analizador mide el vidrio contra la referencia, una referencia que deriva corre toda la curva con un offset — la lectura está mal en pH 7 y mal en todos los demás lados, y por lo regular anda vagando. La seña es la revisión de la referencia misma (sin flujo, unión seca o tapada) y los mV crudos estando mal hasta en una muestra casi neutra. El remedio es refrescar la referencia — rellene el KCl, destape o cambie la unión, y pásese a una celda de doble unión si el proceso la ataca.

Pendiente, offset, y por qué el pH 7 es especial

Una calibración de dos buffers mide dos cosas: el offset (dónde cruza la curva, idealmente 0 mV en pH 7) y la pendiente (cuántos milivolts por unidad de pH, idealmente unos 59, reportada como un porcentaje de ese ideal). Fallan diferente. Un error de offset — una referencia tapada, un cero malo — corre la lectura la misma cantidad en todos lados, incluyendo en pH 7. Un error de pendiente — una membrana de vidrio envejecida y gastada, allá abajo en 76% — pivotea alrededor del isopotencial de pH 7: el electrodo sigue leyendo bien en 7 y se pone peor entre más se aleje de ahí. Por eso un electrodo envejecido puede pasar una revisión de un punto en el buffer 7 y de todos modos estar una unidad completa fuera en un proceso de pH 4 o pH 10. Vigile la pendiente en cada calibración; una pendiente que sigue cayendo es una membrana acabándose, y ninguna recalibración se la regresa — cámbiela.

Nota de campo — los dos pares que se parecen

Dos lecturas fuera de rango, dos fallas distintas. Una referencia tapada y un electrodo envejecido las dos leen mal, y usted las separa preguntando dónde están mal: el offset de la referencia está mal hasta en pH 7 (revise los mV en una muestra casi neutra y la condición de la unión), mientras que el electrodo envejecido está bien en 7 y mal solo lejos de ahí (revise la pendiente calibrada). El otro par son dos sondas lentas leyendo hacia 7: un bulbo recubierto todavía desarrolla una señal de milivolts real y finita — atenuada y lenta, pero viva — mientras que un bulbo estrellado se desploma a unos 0 mV con impedancia baja y está completamente muerto. mV finitos pero lentos significa límpielo; mV cerca de cero con impedancia baja significa cámbielo. En los dos pares los mV crudos, no el número de pH, son los que los separan.

La temperatura es parte del lazo

La pendiente de milivolts por unidad de pH de por sí depende de la temperatura — sube con la temperatura — así que el mismo electrodo lee distinto caliente y frío. La compensación automática de temperatura corrige eso, y como un error de pendiente su efecto es cero en pH 7 y crece conforme se aleja. Apague la comp de temp (o dele la temperatura equivocada) en un proceso caliente o frío lejos de lo neutro, y la lectura se corre una cantidad predecible que se ve igualita a un electrodo envejecido — nada más que el vidrio está bien. En una línea de sosa cáustica a 80 °C leyendo un pH 10 real, la comp de temp apagada le puede costar casi una unidad de pH. No cuesta nada dejarla prendida con un elemento de temperatura en la muestra, así que déjela prendida y revísela antes de condenar un electrodo sano.

La disciplina

Cuatro lecturas le ponen nombre a cada falla de este simulador. Compare el pH indicado contra una muestra puntual fresca — la única verdad firme que usted tiene. Lea los mV crudos, signo y magnitud, contra los ~59 mV/pH que el electrodo debería hacer. Revise la unión de referencia — flujo y relleno — porque es la que falla primero. Y corra una calibración de dos buffers para pendiente y offset con la compensación de temperatura prendida. Offset mal en todos lados es la referencia; bien en 7 y mal lejos de ahí es la pendiente, ya sea por una membrana envejecida o por la comp de temp apagada; mV cerca de cero con impedancia baja es un bulbo estrellado; una señal finita pero lenta es uno recubierto. Lea las cuatro, compare cada una con lo que la física dice que debería ser, y el lazo le dice exactamente qué necesita.