Guía de selección de electrodos de pH INSTRUMENTOS

INSTRUMENTOS CIENTÍFICOS PARA UNA VIDA MEJOR
Guía de selección de electrodos de pH
Use esta guía para determinar los componentes
y los tipos de electrodos que funcionarán mejor con las soluciones que se van a medir.
Componentes de los electrodos
La mayoría de los electrodos de pH son electrodos combinados. Los electrodos están compuestos
de dos elementos principales. Uno de ellos es una media celda sensora y, el otro es una media
celda de referencia. Ambas unidades de media celda deben emplearse juntas para completar el
circuito y obtener la medición de pH. La media celda sensora es la sección del electrodo
responsable de la parte de la medición en el sistema; puede considerar esta parte como el
extremo positivo (+) del circuito. Esta parte del electrodo, por lo general, contiene una
membrana sensible al cambio del pH de la solución que se está midiendo. La media celda de
referencia proporciona un potencial de referencia estable necesario para la medición del pH;
puede pensar en esta parte como el extremo negativo (-) del circuito.
La mayoría de los electrodos de pH que ofrece Cole-Parmer son electrodos combinados. Los
electrodos combinados contienen ambas medias celdas (la media celda sensora y la media celda
de referencia) en una sola sonda. Cole-Parmer también ofrece las medias celdas sensoras y de
referencia tradicionales, pero se han vuelto menos populares. La mejor opción dependerá del
tipo de muestras que medirá el usuario. Las siguientes secciones describen los diferentes tipos
de electrodos y explican las diferencias clave de cada uno de ellos.
Epoxi comparado con vidrio
Los electrodos con cuerpo de epoxi son más duraderos, tienden a ser la opción más económica
y son ideales para ambientes complicados. Sin embargo, el límite de temperatura máximo de la
mayoría de los electrodos con cuerpo de epoxi es aproximadamente de 80 ºC (176 ºF).
Los electrodos con cuerpo de vidrio son capaces de resistir temperaturas mucho más altas, hasta
100 a 110 ºC (230 ºF) según el electrodo específico, y también ofrecen resistencia química a solventes o
materiales altamente corrosivos. Los electrodos con cuerpo de vidrio también son más fáciles de limpiar
después de usarlos. Todos los electrodos de todos los tipos deben manipularse con cuidado, ya que hasta
una pequeña fractura del bulbo o cuerpo del electrodo puede provocar lecturas erróneas.
Sondas ISFET
Los electrodos ISFET (transistor de efecto de campo sensible a iones) en estado sólido con una superficie
de medición que no es de vidrio no se rompen y pueden limpiarse para almacenarlos en seco. Esta es una
buena opción para la industria alimenticia, ya que evitan cualquier posibilidad de que el vidrio se rompa y
contamine las muestras. Otro beneficio de los electrodos ISFET es su capacidad para medir volúmenes más
pequeños de muestras, de hasta 30 microlitros.
Electrodos sellados comparados con electrodos rellenables
Los electrodos sellados o rellenos con gel prácticamente no requieren mantenimiento y son ideales para la
mayoría de las aplicaciones. También tienden a ser la opción más económica. Sin embargo, cuando el nivel
de la solución de relleno interna baja (o se seca), el electrodo debe reemplazarse. Esa es la razón por la
cual los electrodos sellados pueden tener una duración más breve que los electrodos rellenables.
Los electrodos rellenables tienen un puerto cerca de la punta del electrodo que permite rellenarlos cuando
la solución de relleno está baja o se ha agotado. En el caso de muchas aplicaciones, esto puede prolongar
significativamente la duración del electrodo. Los electrodos rellenables también le permiten al usuario
cambiar la solución de llenado si se contamina. El usuario también puede cambiar la solución de llenado
para aplicaciones especializadas si es necesario, por ejemplo para medir el pH de solventes orgánicos.
Una idea equivocada es que los electrodos rellenables son más precisos que los electrodos sellados. Pero no
es así. Existen electrodos sellados de alta precisión disponibles que ofrecen lecturas comparables o más
precisas que los electrodos rellenables. Un ejemplo es el electrodo relleno de polímeros ROSS™ que ofrece
precisión de 0,02 unidades de pH. En comparación, la mayoría de los electrodos rellenables ofrecen una
precisión de 0,01 a 0,02 unidades de pH.
Unión simple comparada con unión doble
En los electrodos combinados, la unión de referencia permite que los iones H+ pasen libremente entre la
media celda de referencia y la media celda sensora para completar el circuito eléctrico. Las uniones más
comunes están fabricadas de un material cerámico y vienen en formato simple o doble. Los electrodos
económicos de unión simple son ideales para aplicaciones generales y para aplicaciones en aguas más puras.
Por lo general, no se recomienda su uso con muestras que tienen proteínas, sustancias orgánicas, metales
pesados, sulfuros, amortiguadores Tris u otros medios biológicos. Estas muestras reaccionan con la pequeña
cantidad de plata presente en los electrodos. Para estas aplicaciones se recomiendan los electrodos de unión
doble porque tienen una barrera adicional que impide que se produzca esta reacción. Los electrodos de
unión doble también tienden a durar más tiempo debido a esta barrera adicional, lo que permite varias
aplicaciones.
Aunque la mayoría de las celdas de referencia cuentan con una unión de vidrio permeable al H+, también
hay electrodos con uniones de referencia de PTFE. Los electrodos con uniones de PTFE son más adecuados
para usarlos con soluciones altamente viscosas o con aquellas que tienen partículas que obstruyen las
uniones convencionales de vidrio. Estas aplicaciones pueden involucrar la medición de aceites, pinturas,
pastas o tintas.
También existe una variedad de uniones de electrodo especializadas para aplicaciones específicas:
• Electrodos de unión lavable/Sure-Flow®: ideales para muestras viscosas o turbias; la unión es lavable e impide
obstrucciones. Además, presenta tiempos de respuesta más rápidos gracias al flujo constante de la solución de relleno
hacia las muestras que se van a medir. Es bueno para todo tipo de muestras, incluso para muestras muy viscosas,
aunque un alto índice de fuga requerirá que se rellene con más frecuencia.
• Electrodos capilares de vidrio/poro abierto: proporcionan una unión más grande y un flujo más alto para un
potencial de unión más estable.
• Electrodos de unión de mecha: suelen estar fabricados de fibra de vidrio, paquetes de fibra óptica o Dacron®. Se
utilizan en electrodos con cuerpo de epoxi para muestras acuosas. Tienen un tiempo de respuesta más lento y se
obstruyen si las muestras están demasiado sucias o viscosas.
• Electrodos con unión de cerámica: se fabrican en cerámica porosa, tapón de madera o PTFE poroso. Es la unión que
se encuentra con más frecuencia en un laboratorio estándar. Los electrodos con unión de cerámica se obstruyen si las
muestras están demasiado sucias o viscosas; se usan en electrodos con cuerpo de vidrio.
Electrodos de referencia
Plata/cloruro de plata (Ag/AgCl)
El elemento interno más común de este tipo de electrodos es Ag/AgCl, adecuado para prácticamente todas
las aplicaciones, con un límite de temperatura de 80 °C (176 °F).
Otro electrodo de referencia es el electrodo™ Thermo Scientific ROSS™. Este tipo de referencia cuenta con
una referencia interna de par reducción-oxidación yoduro/yodo (I2/I). La referencia interna de yoduro/yodo
combinada con un cable de platino crea un potencial de reducción-oxidación. Esto permite tener una
respuesta más rápida y mejor estabilidad en el tiempo que un electrodo con cable de plata y solución de
relleno del complejo tradicional de Ag/AgCl. Sin embargo, todos los electrodos rellenables ROSS utilizan una
solución de referencia externa de KCl 3M.
Medición de temperatura y compensación de temperatura
Al igual que en cualquier medición de pH, considere la medición de la temperatura al elegir el electrodo
correcto para la aplicación. El pH de una solución puede variar mucho según la temperatura, y cualquier
cambio de temperatura en la muestra también afectará las lecturas.
Casi todos los medidores cuentan con un sistema de compensación de temperatura manual o automático
como función estándar. La compensación de temperatura manual requiere que el usuario ingrese de forma
manual el valor medido de la temperatura de la muestra que se está midiendo. La compensación de
temperatura automática o ATC mide la temperatura de forma continua y corrige los cambios en un electrodo
y las lecturas debido a un cambio en la temperatura de la solución. Se requiere una sonda adicional para
medir la temperatura.
Existen dos opciones de sonda cuando se usa un medidor con compensación de temperatura automática.
Una de ellas consiste en usar una sonda de temperatura independiente del electrodo de pH. El tipo de
conexión para la sonda con compensación automática de temperatura es específico según la marca y el
modelo del medidor, de manera que debe considerarlo cuando tome la decisión. El principal beneficio del
uso de una sonda de temperatura independiente es que le proporciona a su medidor la flexibilidad para
admitir varios tipos de electrodos de pH. Es conveniente para diversos cambios de aplicación o para
acomodar diversos tipos de muestras. La sonda con compensación automática de temperatura tampoco
necesita reemplazarse cuando el electrodo de pH se avería.
La segunda opción consiste en usar un electrodo de pH con un elemento integrado de compensación de
temperatura automática. Este tipo de electrodo se conoce como electrodo "todo en uno" o "tres en uno".
Los electrodos "todo en uno" son más convenientes porque en la muestra se introduce una sola sonda.
Debido a que estas sondas tienen los electrodos de pH y de compensación de temperatura automática en
una sola unidad, por lo general hay dos conectores. Uno de ellos generalmente es un conector BNC estándar
para la sección de pH del electrodo. El otro conector es el conector de temperatura del electrodo específico
para la marca del medidor de pH. La elección de un electrodo "todo en uno" puede reducir el número de
opciones de electrodo disponibles para el medidor. Existen soluciones personalizadas disponibles si se
solicitan. Muchos probadores de pH manuales incorporan el electrodo de pH y la compensación de
temperatura automática en una sola unidad también. Los probadores de pH son medidores diseñados para
aplicaciones en terreno y más complicadas.
Tipo de conexión
Existen diversas conexiones para conectar el electrodo de pH a un medidor de pH. La mayoría de los
electrodos de pH incluyen una conexión BNC. Las sondas BNC son compatibles con una amplia variedad de
medidores, aunque esto no se aplica a los electrodos con compensación de temperatura incorporada (ATC).
A continuación se enumeran los tipos de conexión más comunes:
• BNC: la conexión BNC es el tipo de conexión de electrodo más común y universal.
• Conector DIN: este sigue siendo una conexión relativamente común y suele emplearse con sondas con un sistema de
compensación automática de temperatura incorporado.
• Estándar de EE. UU.: se trata de un estándar más antiguo que se usa con menos frecuencia.
• Punta de broche: este tipo de conexión se utiliza principalmente con electrodos de media celda reemplazados con
electrodos combinados.
Además del electrodo de pH, la compensación automática de temperatura también tiene una conexión
especializada. Las sondas con ATC son menos universales, ya que la mayoría de los fabricantes usan un tipo
diferente de sensor de temperatura y de conexión. Por lo general, lo mejor es buscar el electrodo con ATC
apropiado en la sección de accesorios del manual del medidor de pH. Estas son algunas de las opciones:
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Mini DIN
DIN de 8 clavijas
Cinch
4 clavijas
Enchufe RCA
Conector de audio (3,5 mm u otro)
Electrodos especiales
• Electrodos estándar: aproximadamente 12 mm de diámetro; electrodo de laboratorio típico.
• Electrodos angostos: aproximadamente de 6 a 8 mm de diámetro; longitud extendida para uso con botellas,
recipientes y tubos de ensayo.
• Electrodos semipequeños: aproximadamente de 6 a 8 mm de diámetro; para medir muestras de hasta 200 µl.
• Microelectrodos: diámetro de 1 a 5 mm; con capacidad para medir aproximadamente 0,5 µl; ideales para usarlos con
placas de 384 pocillos.
• Electrodos de bulbo resistente: diseño más resistente para evitar roturas; excelentes para uso en terreno.
• Electrodos con punta de lanza: para perforar muestras sólidas o semisólidas; quesos, carnes, etc.; buenos para
pequeños volúmenes de muestra.
• Electrodos para superficies planas: para medir el pH de superficies, sólidos o geles; buenos para pequeños
volúmenes de muestra.
• Electrodos de pH PerpHecT™: diseñados específicamente para usarlos con medidores de pH Thermo Scientific™
PerpHecT™; la función de compensación de temperatura LogR permite medir simultáneamente el pH y la temperatura
sin usar una sonda independiente de compensación automática de temperatura.
• Electrodos de antimonio: diseñados específicamente para resistencia al ácido fluorhídrico ya que no contienen vidrio.
Por lo general pueden tolerar una concentración de ácido fluorhídrico al 5 %. El principal problema al usar una sonda
de antimonio es que tienen una compensación diferente a las sondas estándar. Con un pH de 7, la lectura de mV es de
aproximadamente –400 mV ±30 mV, y la pendiente es de aproximadamente 50 mV/pH comparado con 59 mV. Se
requiere un medidor que pueda compensar esta medición y puede ser más difícil de encontrar.
Guía de selección de electrodos para aplicaciones identificadas
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Muestras biológicas: electrodo de doble unión o ROSS
Sustancias farmacéuticas: electrodo de doble unión o ROSS
Ácido fluorhídrico: electrodo de antimonio o fluorhídrico
Muestras de baja potencia iónica y lluvia ácida: tipos AccuFlow o Sure-Flow
Agua para calderas y agua destilada: tipos AccuFlow o Sure-Flow
Agua potable: Ag/AgCl estándar con unión simple
Aguas residuales: electrodo de unión doble o ROSS
Soluciones con metales pesados: unión doble
Muestras de tierra: electrodo de tierra o de unión doble
pH >9 Na+ alto: la mayoría de los electrodos de unión simple o doble, Ag/AgCl
Temperatura alta o rápidamente cambiante: tipo ROSS
Superficies planas húmedas: tipo superficie plana
Queso, agar, papel y piel: tipo superficie plana
Muestras semisólidas: punta de lanza, Ag/AgCl, ISFET
Frutas, queso y carne: punta de lanza, Ag/AgCl, ISFET
Muestras no acuosas, solventes y alcoholes: tipo AccuFlow, Sure-Flow o de unión doble
Muestras viscosas, lodos, sólidos suspendidos y aguas residuales: tipo AccuFlow, Sure-Flow, unión doble o ISFET
Emulsiones y aceites: tipo AccuFlow, Sure-Flow, unión doble o ISFET
• Pinturas y tintas: tipo AccuFlow, Sure-Flow, unión doble o ISFET