Medidor de pH de doble unión: la próxima generación de medidores de pH de bolsillo de larga duración

En busca de medidores de pH de bolsillo de larga duración

Stanley Goldman, un candidado al doctorado en una importante universidad del medio oeste de los EE.UU., usa un popular pHmetro de bolsillo (denominado así porque los usuarios tienden a llevarlos en el bolsillo) para verificar el pH de su tampón Tris antes de trabajar con muestras de electroforesis de ADN. Con frecuencia descubre que tiene que adquirir electrodos de reemplazo para su medidor debido a lecturas de pH obviamente incorrectas o incluso por falta total de lectura.

Chris Schueler, gerente de una planta municipal de tratamiento de aguas residuales, compra otra marca de pHmetro para sus técnicos para el control de las aguas residuales antes, durante y después del procesamiento. Su equipo se queja de que, después de alrededor de una semana de uso, las mediciones de pH son más lentas y erráticas que cuando los medidores eran nuevos.

Lecturas lentas de pH que tardan 15 a 30 segundos en registrar los cambios, mediciones erráticas que no se estabilizan, valores evidentemente incorrectos o falta absoluta de lecturas de pH son las quejas más comunes de los usuarios de pHmetros de bolsillo. El problema es común a los pHmetros, sin importar el tipo, y normalmente se los puede rastrear al electrodo mismo. En los casos anteriores, el tipo de electrodo designado para uso en pHmetros de bolsillo (también conocidos como “testers”) agrava aún más el problema. Los electrodos de unión simple mantienen bajo el precio global de los medidores, pero son mucho más propensos a tener problemas y a durar menos que sus contrapartes de unión doble. Veamos por qué.

¿Por qué fallan los electrodos de pH?

La simple razón por la que Stanley Goldman y Chris Schueler tiene problemas con las mediciones de pH es el deterioro del electrodo de referencia. Este deterioro es una combinación de dos factores:

Los iones del electrodo de referencia (suspendido en líquido, gel o un polímero) se agotan muy lentamente con el uso. El agotamiento del electrolito se produce en todos los electrodos de pH, sean de uso intensivo, electrodos industriales, electrodos de un laboratorio sofisticado o un electrodo de un tester de pH de bolsillo. Si éste fuera el único factor que deteriora un electrodo de referencia de pH, la vida del electrodo sería lo suficientemente larga como para cumplir con las expectativas de Stanley y de Chris.

Los iones contaminantes de la muestra pueden causar reacciones químicas con la solución electrólitica de referencia de plata/cloruro de plata que se usa comúnmente el los electrodos de referencia de pH. Esto produce respuestas lentas, erráticas, erróneas o incluso ningún tipo de respuesta del electrodo de pH, ya que el cable del electrodo de referencia está arruinado o la conexión de referencia está obstruida. Esto genera una rápida falla del electrodo. Este tipo de deterioro se produce con más rapidez cuando el electrodo de referencia de pH es un electrodo de referencia de pH de unión simple y la solución medida tiene altas concentraciones que contaminan y luego atacan los componentes críticos de los electrodos de referencia. Algunas de las aplicaciones industriales y de laboratorio más comunes que experimentan una falla rápida de los electrodos de pH incluyen el control al azar de tampones Tris, pruebas en soluciones nutritivas de planta, medición de soluciones con sulfuros y/o iones metálicos, determinación de pH en alimentos y vinos, procesamiento químico, como así también análisis de aguas residuales.

¿Cómo funcionan los electrodos de  doble junta en aplicaciones inclementes?

figura 1: anatomía de un electrodo

La conexión de un electrodo de pH es el punto de comunicación poroso entre la solución electrolítica en el electrodo de referencia y la muestra. Básicamente, esta solución debe “filtrarse” a la muestra para el electrodo alcance resultados precisos. En un electrodo de unión simple, la unión está en contacto directo con la muestra, lo que permite que los contaminantes pasen directamente a la solución electrolítica. Así los contaminantes pueden atacar el cable del electrodo de referencia, destruyendo a veces con rapidez el electrodo de pH.

En un electrodo de doble junta, los iones que atacan el cable de señal del electrodo de referencia de pH o reaccionan con el electrolito interno de referencia de pH (Ag/AgCl) tardan mucho más tiempo en entrar en contacto con el cable de señal de referencia de pH y el cable interno de referencia de pH. Estos contaminantes deben migrar a través de la primera unión de referencia (externa), crear una concentración en la celda llena del electrolito de referencia KCl y finalmente migrar a través de la segunda unión de referencia (interna) antes de entrar en contacto con el cable de señal del electrodo de referencia de pH y el electrolito interno de referencia de pH. Esta migración más prolongada de la contaminación a las celdas internas de referencia retarda el daño del electrodo de referencia de pH que arruina el electrodo de pH. Esto hace que el electrodo de referencia de pH de  doble junta y todo el sistema de electrodos de pH duren mucho más que los sistemas de electrodos de pH de junta simple.

Ahora los medidores vienen con electrodos de doble junta

Durante muchísimo tiempo, la tecnología no acompañó la fabricación de medidores de bolsillo económicos y sus electrodos de reemplazo (normalmente conocidos como sensores). Se puso el énfasis en la inversión en el medidor y en mantener bajos los costos generales escatimando en el sensor. Por eso, sólo los electrodos de unión simple estaban a disposición de los usuarios de medidores. La falta de sensores de larga duración también contribuyó a aumentar las ventas de sensores de reemplazo. Y como consecuencia de ello, los consumidores de bajo presupuesto como Stanley y Chris no tenían otra opción que adquirir periódicamente sensores de reemplazo o nuevos medidores. Sin embargo, a medida que crecía la popularidad de los medidores, los avances en la fabricación bajaron el costo del medidor a un punto tal en que se podían desarrollar mejores sensores. Además, el mercado, representado por usuarios como Stanley y Chris, comenzó a hacer escuchar cada vez más sus quejas sobre las deficiencias de un sistema de electrodos de referencia de pH de unión simple. Exigían un pHmetro de bolsillo con un sensor de pH más duradero.

Oakton Instruments® respondió con la reciente introducción de un electrodo de referencia de pH de unión doble dentro de los sensores de sus medidores de pH de bolsillo. Stanley y Chris ahora tienen una opción que les ofrecerá una forma económica y conveniente de medir el pH con una expectativa de vida mayor que la que requieren. Los pHTestr® 10, 20 y 30 de Oakton ofrecen muchas funcionalidades interesantes por menos de $100.- El sensor de reemplazo cuesta sólo $55.- y se lo puede cambiar en menos de un minuto sin ninguna herramienta. Como está equipado con un electrodo de referencia de pH de unión doble, Stanley puede estar seguro de que obtendrá lecturas confiable en buffers Tris una y otra vez. Y Chris puede tener su presupuesto bajo control mientras su personal toma lecturas de pH en la planta.

A medida que el mercado de medidores continuaba exigiendo una mayor evolución, los fabricantes como Oakton Instruments® seguían agregando funcionalidades como cajas impermeables y a prueba de polvo para protegerlos de la humedad el maltrato. Además, las pantallas grandes y ergonómicas facilitan mucho la lectura. A los últimos modelos, también se les agregó la compensación automática de temperatura, una funcionalidad normalmente reservada para medidores de mano y de banco mucho más costosos. Algunos modelos incluso son capaces de medir y mostrar la temperatura real.

Pero sin la incorporación del electrodo de referencia de pH de unión doble, ninguno de estos cambios significaría mucho ya que en primer lugar no habría mediciones de pH rápidas, confiables y económicas.