Las bases de la potenciometría

El pH es una medición de acidez de una solución y se define convencionalmente como el logaritmo negativo de la actividad del ión Hidrógeno: pH = -Log10 aH+, donde aH+ es la concentración del ión hidrógeno.

Fundamento de la potenciometría

Esta prueba se basa en la determinación de la actividad de iones hidrógeno, empleando un instrumento potenciométrico, con sensibilidad para reproducir pH de 0.05 o 0.005 unidades usando un electrodo indicador al ión hidrógeno como un electrodo de vidrio y un electrodo de referencia apropiado, detectando el aparato el potencial en milivolts (mV) y en unidades de pH

Para las pruebas de pH se utiliza ampliamente el electrodo de vidrio porque da una respuesta inmediata a los cambios de rápidos de la actividad  del ión hidrógeno aun en soluciones poco reguladas, mediante el desarrollo de un potencial eléctrico en la interface vidrio/ liquido. A temperatura constante, este  potencial varía linealmente con el pH de la solución que está siendo medida, además de que este electrodo no lo perturban los agentes de oxidación o de reducción.

El cambio de potencial por unidad de pH es conocida como la pendiente del electrodo (la pendiente de un electrodo al 100 % de eficiencia varia en el orden de 59.16 mV por unidad de pH a una temperatura de 25 ºC. De acuerdo con la respuesta Nernst teórica). Este valor se incrementa con la temperatura. Una pendiente teórica se conoce como la pendiente de Nernst, y es idéntica a la desarrollada por el electrodo de Hidrógeno. Los valores de la pendiente de los electrodos de pH se aproximan muy cercanamente a los valores teóricos.

El potenciómetro es un medidor de milivolts D.C. con una impedancia alta para medir el potencial eléctrico de los electrodos en una solución. Mediante un sistema electrónico de balanceo en cero, el incremento es capaz de expresar el potencial medido directamente en milivoltios o, por conversión, en unidades de pH, la red de circuitos del instrumento consiste primordialmente de un paso de entrada dual–FET electrométrica, un amplificador operacional con realimentación, vías de conversión milivoltios a pH, un indicador de lectura digital o analógica, y una fuente de abastecimiento de corriente regulada.

Los elementos fundamentales del circuito de un potenciómetro sencillo se presenta en la figura siguiente, se conecta una célula de trabajo (Et) (que puede ser una pila seca o de batería de potencial mayor que el que se desea medir), a una celda que se desea medir (Ex), se conecta la misma resistencia con una polaridad en oposición a la Et, mediante un contacto fijo(A) y un contacto corredizo (C). El Galvanómetro (G) en serie nos mide el paso de corriente y el voltímetro (V), en paralelo a la célula problema, de las lecturas aproximadas del voltaje. Para calibrar el instrumento se conecta el conmutador a la celda patrón (Ep) cuyo potencial se conoce con exactitud y se mueve el contacto (C) hasta coincidir con (B). Se cierra ahora el circuito en (K) y se observa una desviación en el galvanómetro. Se ajusta a continuación la resistencia (R) hasta que no se aprecie paso de corriente en el galvanómetro (punto cero). En estas condiciones la caída de potencial entre (A) y (B) es la misma que el voltaje de la celda patrón. Se retira  luego (ES) y se conecta la celda que se desea medir (problema), (Ex), moviéndose a continuación el contacto (C) hasta que el galvanómetro no registre paso de corriente. En este momento la caída de potencial entre (A) y (C) es igual al potencial de la celda problema y representa la fracción AC/AB conocida del voltaje de la celda patrón (Ep) utilizada para la calibración. Generalmente la resistencia (AB) esta enrollada en forma circular, y tiene acoplada una escala en voltios y milivoltios, de tal forma que cualquier porción de contacto (C) puede leerse directamente en la celda. Se calibra el instrumento colocando la celda de tal forma que indique  el voltaje exacto de la celda patrón (Ep) y ajustado (R) hasta corriente cero.  Cualquier voltaje desconocido (Ex), puede leerse  en la escala de voltios o milivoltios.

Para medir el pH puede graduarse directamente la escala, teniendo en cuenta que un cambio de la unidad de pH corresponde a un cambio de 0.059 V (a 25 ºC) en la F.E.M. de la celda. El instrumento se calibra utilizando una solución reguladora de pH conocido en la celda (Ex) y ajustando la resistencia (R) hasta corriente cero. La solución a medir se coloca en la celda, moviendo luego el contacto  (C) hasta que no pase corriente por el galvanómetro, el pH se lee directamente en la escala graduada. Cuando se utiliza un electrodo de vidrio para medir el pH se sustituye el galvanómetro por un amplificador de vacío.

Para su funcionamiento óptimo, el instrumento debe mantenerse continuamente con corriente y en método de reserva cuando no se utilice, siguiendo este procedimiento no abra que esperar  a que el instrumento caliente cada vez que se use. Por añadidura se evitan en el instrumento las fluctuaciones grandes de señal y, al mismo tiempo, se reserva la vida de la presentación analógica o digital.

Para asegurar el funcionamiento adecuado tanto del electrodo como de las partes eléctricas del potenciómetro es necesario realizar calibraciones.

Proveedores de servicios de calibración de equipos de potenciometría

A continuación le presentamos a Instrumentos Científicos y de Laboratorio (ICLAB), proveedor de servicios de calibración de equipos:

Instrumentos Científicos y de Laboratorio S. A. de C. V., (ICLAB), es una empresa con la misión de proporcionar servicios de calibración y calificación de la más alta calidad a equipos e instrumentos, cumpliendo con los requerimientos de normas y recomendaciones nacionales e internacionales.

El personal de ICLAB está ampliamente capacitado para dar un servicio y asesoría a la mayoría de los instrumentos existentes en el mercado.

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Nuevo Espectrómetro de Masas de Plasma Inductivo Acoplado que ofrece integridad de datos, fácil uso y menor espacio

Agilent Technologies Inc. introdujo el Espectrómetro de Masas de Plasma Inductivo Acoplado (ICP-MS por sus siglas en inglés) Serie 7700 para análisis de trazas de elementos. Este sucesor del ICP-MS más vendido del mundo, el Agilent Serie 7500, proporciona integridad de datos sin igual, es de fácil operación y ocupa el menor espacio de mesa que cualquier otro instrumento ICP-MS.

La característica más obvia del nuevo Serie 7700 es su tamaño pequeño, ocupando solo 73 cm del espacio de la mesa. El espacio que ocupa la carcasa es 30% menor que cualquier otro ICP-MS. A pesar que el espacio que ocupa es más pequeño, el Serie 7700 fija un nuevo estándar para el desempeño de ICP-MS, y su facilidad de uso en un paquete robusto.

Tecnología de Colisión Mejorada / Celda de Reacción

Las celdas de colisión/reacción han sido adoptadas como estándar tecnológico en la industria para quitar interferencias espectrales en el Sistema de Reacción Octopolo (ORS por sus siglas en inglés) de Agilent, ofreciendo el modo de colisión de helio, que proporciona el más efectivo y confiable eliminador de interferencia, especialmente para tipos de muestras complejas y desconocidas. El Serie 7700 ofrece una nueva celda de tercera generación (ORS3) que mejora la eficiencia del modo de helio, eliminando la necesidad del uso del modo de reacción (con celda reactiva de gases tal como hidrógeno) en la mayoría de las aplicaciones. Esto simplifica la operación y elimina falsos positivos que frecuentemente ocurre con el modo de reacción, de aquí que mejora la calidad de los datos.
La nueva celda de colisión/reacción, más la tecnología única de Agilent de Introducción de Matriz Alta, que están en forma estándar en el 7700, hacen que el instrumento sea apropiado para tipos de muestras complejas tales como alimentos, agua de desecho y digestiones de suelos. Un lente de ion rediseñado ofrece sensibilidad y reduce el ruido de fondo en el rango de masa.

Las características del software MassHunter del nuevo ICP-MS Serie 7700 de Agilent, que es fácil de entender y utilizar, ofrecen el poder y la flexibilidad necesarias para los laboratorios de rutina e investigación. El MassHunter de Agilent es la plataforma común de software para MS, utilizada por toda la familia de instrumentos de Agilent de GC/MS y LC/MS, simplificando en gran medida el entrenamiento y soporte del personal.

El MassHunter del ICP-MS incorpora muchas características nuevas de mejora de la productividad, tal como la Autosintonía Experta (Expert Autotune), Posicionamiento del Plasa en un Clic (One Click Plasma Setting) y la revisión de datos en tiempo real de Lote en un Vistazo (Batch-at-a-Glance).

Para alcanzar los crecientes requerimientos para medición de especiación, el Serie 7700 fácilmente se conecta al Cromatógrafo de Líquidos Agilent Serie 1200 o a los Sistemas de Cromatografía de Gases Agilent Serie 7890. Ahora con el MassHunter totalmente integrado al análisis de datos, las mediciones de especiación por ICP-MS han sido realmente cosa de rutina.

Agilent Technologies Inc. es la principal compañía de medición en el mundo y un líder tecnológico en comunicaciones, electrónica, biociencias y análisis químicos. Los 19,000 empleados de la compañía brindan sus servicios a clientes en más de 110 países. En el año fiscal 2008, Agilent registró un ingreso neto 5,800 millones de dólares.

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La conductividad eléctrica en medios líquidos

La conductividad eléctrica en una de las características más importantes de los electrolitos ya que representa la capacidad de estos para transportar la corriente eléctrica.

La resistencia de un conductor electrolítico al paso de la corriente se puede determinar mediante la ley de ohm, si se le aplica una diferencia de potencial a un fluido que contenga iones, se establecerá una corriente de iones positivos que se mueven en la dirección del campo eléctrico y los iones negativos lo harán en sentido contrario.
La conductividad electrolítica es una medida de la disociación de una solución que permite el paso de la corriente eléctrica por la migración de iones bajo la influencia de un gradiente de potencial.

Los iones se mueven a una velocidad que depende de su carga y tamaño, la viscosidad del medio y la magnitud del gradiente de potencial.

Conductividad del agua

Agua pura es un buen conductor de la electricidad. El agua destilada ordinaria en equilibrio con dióxido de carbono en el aire tiene una conductividad aproximadamente de 10 x 10-6 Ω-1*m-1 (20 dS/m). Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones. De tal manera, que la conductividad cuando el agua disuelve compuestos iónicos.

Conductividad en distintos tipos de aguas:

Conductividad eléctrica (EC) y TDS

Índice TDS o Sólidos totales disueltos (siglas en ingles de Total Dissolved Solids) es una medida de la concentración total de iones en solución. EC es realmente una medida de la actividad iónica de una solución en términos de su capacidad para transmitir corriente. En soluciones en dilución, TDS y EC son comparables con TDS en una muestra de agua basado en medida de EC calculado mediante la siguiente ecuación:

TDS (mg/l) = 0.5 x EC (dS/m o mmho/com) ó = 0.5 * 1,000 x EC (µS/cm)

La relación expresada en la formula de arriba también se puede usar para determinar la aceptabilidad de un análisis químico del agua. No se aplica en agua residuales crudas sin ningún tratamiento o en aguas residuales industriales con amplia contaminación.

Esto es porque, cuando la solución está más concentrada (TDS > 1,000 mg/l, EC > 2,000 ms/cm), la proximidad de los iones en solución entre ellos inhibe su actividad y en consecuencia su habilidad de transmitir corriente, a pesar de que la concentración física de sólidos disueltos no queda afectada. A amplios valores de TDS, la relación TDS/EC aumenta y la relación tienen a ser en torno a TDS = 0.9 x EC.

En estos casos, la relación anterior no debe usarse y cada muestra debe caracterizarse de manera separada. Para propósitos de uso en agua en agricultura e irrigación los valores de EC y TDS están relacionados y se pueden convertir con una precisión de aproximadamente un 10% usando la siguiente ecuación:

TDS (mg/l) = 640 x EC (ds/m o mmho/cm)

Los conductímetros

Los conductímetros son los aparatos utilizados para medir la conductividad. Básicamente los conductímetros son instrumentos compuestos por dos placas de un material especial (platino, titanio, níquel recubierto con oro, grafito, etc.), una fuente alimentadora y un sector o escala de medición. Aplicada una diferencia de potencial entre las placas del conductímetro, este mide la cantidad de corriente que como consecuencia pasa por ellas.

Con los valores del voltaje aplicado y con la intensidad eléctrica de la corriente que pasa por las placas, los conductímetros determinan, de acuerdo a su previa calibración, la conductividad de la muestra ensayada.

Hay muchos tipos de conductímetros y los valores de la conductividad son dependientes de la geometría de la celda de cada aparato. Es por ello que cada uno realmente mide una conductividad específica la cual es el producto de la conductividad realmente medida multiplicada por la constante de la celda del mismo. Esta constante es la relación que hay entre la distancia a la cual se encuentran sus placas y la superficie de las misma la cual para dar lecturas confiables deberá ser calibrado conforme lo indica el fabricante utilizando soluciones estándar de conductividad conocida.

Una empresa con experiencia en la calibración de conductímetros es Instrumentos Científicos y de Laboratorio (ICLAB).

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