Instrumentos de pH para Laboratório

A eletroquímica é o estudo das reações químicas que acontecem em uma solução, envolvendo transferência de elétrons entre o eletrodo e o eletrólito. Medições eletromecânicas incluem:

• pH
• Condutividade (Cond)
• Potencial de redução de oxidação (ORP ou Redox)
• Concentração de íons (ISE)
• Oxigênio dissolvido (OD)

O pH é uma escala utilizada para especificar a acidez ou a alcalinidade de soluções aquosas. O valor do pH está correlacionado à concentração (para ser mais preciso: com a atividade) dos íons de hidrogênio. Soluções com um pH inferior a 7 são ácidas (alta concentração de íons de hidrogênio) e soluções com um pH maior que 7 são básicas (baixa concentração de íons de hidrogênio).

O pH é medido para:

• Criar produtos com propriedades definidas
  
• Criar produtos com custos reduzidos
  
• Garantir a qualidade dos produtos, para evitar danos às pessoas, materiais e ao meio ambiente
  
• Cumprir exigências regulatórias
• Proteger equipamentos
  
• Obter conhecimento para a pesquisa e desenvolvimento

Instrumentos de pH para laboratório são utilizados em várias indústrias, como:

• Farmacêutica e de biotecnologia
• Laticínios
• Tratamento de solo e esgoto
• Cosméticos
• Filtragem de água
  
• Alimentos e bebidas

Além disso, os instrumentos de pH são necessários em aplicações fora do laboratório. Isso inclui locais na produção industrial ou imediações e em campo (para medições na água, esgoto, solo, etc.).

As ferramentas necessárias para medir o pH são relativamente simples e fornecem medições confiáveis, quando usadas da maneira correta. Um instrumento de pH típico para laboratório é composto do seguinte:

• Medidor de pH: um potenciômetro que mede a diferença de tensão entre o eletrodo de vidro e o eletrodo de referência e calcula o valor do pH.
• Sensores: um eletrodo de pH e de referência para completar o circuito. Atualmente eles podem ser combinados e recebem o nome de eletrodos de pH combinados.

Outras ferramentas necessárias são:

• Soluções de calibração: antes de medir o pH da amostra, devem ser usadas duas ou mais soluções de referência de valores de pH conhecidos para calibrar um eletrodo de pH.
• Amostra: é a solução que será medida, que precisa ser aquosa ou conter água suficiente para que a medição de pH seja possível.

Sim, pH e condutividade estão relacionados, mas não de maneira linear ou absoluta.
Um sensor de pH responde somente a H⁺ em uma solução, ao passo que, na condutividade, os sensores medem a atividade de todos os íons carregados (ânions e cátions) presentes em uma solução. Quanto maior a concentração de íons, maior será a condutividade.

Além disso, a mobilidade de um íon tem um impacto de aprimoramento na condutividade. Entre os íons comuns em uma solução, o cátion com mais mobilidade é o íon de hidrogênio [H⁺], com valor de 350 unidades, e o ânion, o íon hidroxila [OH^-], com 199 unidades. Outros íons comuns têm valores que variam entre 40 e 80 unidades. Isso significa que soluções extremamente ácidas (ou básicas) apresentam elevados índices de condutividade. Como o pH é uma medida da concentração de íons de hidrogênio, as seguintes regras se aplicam:

• Em soluções ácidas (< pH 7): quanto menor o pH (isto é, mais alta a concentração de H⁺), maior será a condutividade.
  
• Em soluções alcalinas (> pH 7): a condutividade aumenta junto com o pH (aumento de íons OH^-).
  
• pH neutro (pH 7) deve-se à concentração equivalente de íons H⁺ e OH^-. Mas isso não significa que a solução não contenha quaisquer outros íons que contribuiriam para a condutividade da solução.
  
  

Um exemplo: o pH da água deionizada é, em teoria, 7,0 e a condutividade, 0,055 µS/cm. Se você adicionar o sal NaCl a ela, a solução resultante de NaCl ainda terá um pH neutro, mas a condutividade aumentará bastante dependendo da quantidade de NaCl adicionada.

Em resumo: o pH e a condutividade de uma amostra devem ser determinados separadamente para cada amostra e não podem ser teoricamente correlacionados.

As medições de pH dependem da temperatura de uma amostra. É importante manter os pontos abaixo em mente:

a. Influência da temperatura no slope de um eletrodo:
o eletrodo de pH fornece um potencial (mV) entre a medição e a meia célula de referência. O instrumento laboratorial de pH calcula o valor de pH a partir desse potencial, usando o fator -2,3 * R * T / F dependente da temperatura, onde R é a constante universal dos gases, T é a temperatura em graus Kelvin e F é constante de Faraday. A 298 K (25 °C), o fator é -59,16 mV/pH. Denominação disso é o slope teórico do eletrodo na temperatura de referência (25 °C). Em temperaturas diferentes, os valores de slope podem ser calculados de acordo com a variação. Por exemplo: -56,18 mV/pH a 10 °C, -58,17 mV/pH a 20 °C, -60,15 mV/pH a 30 °C e assim por diante. Essa influência da temperatura na medição do pH é corrigida pela compensação de temperatura automática (ATC) ou manual (MTC). Portanto, é importante saber qual é a temperatura de uma amostra ou utilizar um sensor de temperatura. Uma temperatura definida incorretamente resulta em um erro de 0,12 unidade de pH por diferença de 5 °C.

b. A temperatura influencia o valor do pH de uma amostra:
o valor do pH de uma amostra muda com a temperatura. Este efeito é químico e, portanto, individual para cada tipo de amostra. Essa influência não pode ser compensada; apenas o valor real do pH na temperatura real é exibido. Sendo assim, é importante comparar apenas os valores de pH medidos às mesmas temperaturas.

Exceção: a dependência de temperatura do pH de muitas soluções-tampão comerciais está armazenada no instrumento. Como resultado, o eletrodo pode ser calibrado a diferentes temperaturas porque os potenciais medidos são automaticamente referidos a 25 °C ou 20 °C. Para tirar proveito desse recurso, é importante selecionar o grupo correto de tampões e medir a temperatura durante a calibração.

A medição de condutividade é fortemente dependente da temperatura (variação de cerca de 2% por °C). Os resultados podem ser comparados somente se a temperatura de todas as amostras for idêntica ou se o valor se referir a determinada temperatura de referência.

Na maioria dos casos, a compensação de temperatura linear é utilizada. O operador precisa selecionar 20 °C ou 25 °C como temperatura de referência. A diferença entre a temperatura medida e a de referência é então multiplicada por um fator de compensação chamado α (unidade; %/°C), que, por sua vez, compensa a condutividade.

Para fazer isso corretamente, o coeficiente de compensação linear α deve ser determinado para cada amostra. Embora a dependência de temperatura seja considerada linear, na realidade, esse coeficiente "linear" em si depende da concentração de íons e da temperatura de uma amostra. A configuração de fábrica para α é 2,00%/°C. Em todos os medidores Five e Seven, α pode ser ajustado de 0,00%/°C — o que significa nenhuma compensação de temperatura — a 10%/°C.

O Centro de Competência e Suporte de pH (pH CSC) da METTLER TOLEDO inclui uma equipe de especialistas em análise eletroquímica direta. Devido ao estreito contato da equipe com clientes, suporte técnico, podem ser oferecidos gerenciamento de produtos e desenvolvimento de produtos, orientação rápida e soluções efetivas, tornando esse serviço bastante exclusivo no mundo da análise de pH.

O suporte técnico e de aplicações oferecido envolve os seguintes parâmetros de medição e os equipamentos de laboratório de pH associados da METTLER TOLEDO:

• pH
• Redox (ORP)
• Concentração de íons (ISE)
• Condutividade
• Oxigênio dissolvido (OD)