sensores de PH y Redox

1. Sensor de pH

2. HISTORIA DEL PH METRO

3.  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

4. HISTORIA
 La historia de la medición de la acidez de los
líquidos eléctricamente comenzó en 1906 :
 Max Cremer en sus estudios de
interfaces de líquidos (interacciones entre
líquidos y sólidos) descubrió que la
interfaz entre los líquidos pueden ser
estudiados por soplar una burbuja fina de
vidrio y colocar una líquido en su interior
y otro exterior.
 Se crea un potencial eléctrico que puede
ser medido.

5.  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.

6. HISTORIA
 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

7. HISTORIA
 La tensión producida por una unidad de pH (por
ejemplo desde pH = 7,00 a 8,00) es típicamente de
aproximadamente 60 mV (mili voltios).
 PH-metros actuales contienen microprocesadores
que hacen las correcciones necesarias de
temperatura y calibración.

8. HISTORIA
 Aun así, medidores de pH modernos todavía sufren
de deriva (cambios lentos), que hace que sea
necesario calibrar con frecuencia.
 El electrodo de referencia, que tradicionalmente se
utiliza cloruro de plata (AgCl) ha sido reemplazado
por electrodo de kalomel (cloruro de mercurio,
HgCl2) que utiliza cloruro de mercurio (HgCl) en
una solución de cloruro de potasio (KCl) gel (como
gelatina).
 Pero los electrodos no tienen vida eterna y
necesitan ser remplazados.

9. ¿CÓMO NACE LA ESCALA DE PH?

10. 10
¿Cómo nace la escala de pH?
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”

11. 11
• 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
¿Cómo nace la escala de pH?

12. 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?

13. Escala de pH

14. ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS
SENSORES DE PH?

15. clasificación
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

16. Según el principio de transducción:

17. Sensores electroquímicos
• Potenciométricos
• Amperométricos
• Semiconductores

18. Potenciometría
• 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.

19. ¿CÓMO FUNCIONA UN MEDIDOR DE
PH?

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

21. 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.

22. Descripción del Electrodo de pH
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

23. Descripción del Electrodo de pH
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

24. Descripción del Electrodo de pH
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

25. Descripción del Electrodo de pH
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

26. Descripción del Electrodo de pH
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

27. Descripción del Electrodo de pH
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

28. Descripción del Electrodo de pH
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

29. Descripción del Electrodo de pH
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 carácter
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.

31. Ecuación de Nernst
• 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

32. • 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
Ecuación de Nernst

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

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

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

36. • 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:

38. Efectos de la temperatura sobre la salida en mv
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 10 11 12 13 14
600
400
200
- 200
- 400
- 600

39. Técnicas de medición de pH
Combination Technique
pH
Reference
Electrode
pH
Glass
Electrode
E1E2
E1
E2 E1- E2
100 MEG

40. • 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.

42. 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

43. TIPOS DE ELECTRODOS DE PH

44. TIPOS DE ELECTRODOS DE PH
• 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.

45. • 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.

46. • 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.