Midiendo el pH en soluciones orgánicas

Frecuentemente hay usuarios que se quejan de que su medidor de pH no funciona para muestras orgánicas. Reportan lecturas erróneas, inestables y una velocidad de respuesta del electrodo muy limitada. En la muestra existe una alta resistencia debida principalmente a la presencia de materiales orgánicos como aceites, alcoholes, acetonas o algunos otros monómeros. En el mercado existen electrodos de pH especialmente diseñados para este tipo de aplicaciones.

El pH es uno de los principales parámetros de medición más usados a nivel mundial en la industria. Con las aplicaciones cada vez más demandantes se presenta un problema al medir en muestras que contienen muy poca agua como solvente, o cuando el solvente está totalmente libre de agua y es en su mayor parte alguna sustancia o compuesto orgánico.

La alta resistencia (baja conductividad) de algunos compuestos orgánicos puede causar lecturas muy inestables y ruido en la señal obtenida.

Algunos ejemplos de sustancias orgánicas son las tintas, pinturas, aceites de cocina, productos derivados del petróleo, líquidos anticongelantes para auto, alcoholes y cetonas.

Dentro de los compuestos orgánicos existen algunos ejemplos que por su enlace químico presentan un comportamiento particular, como los compuestos polares (etanol, metanol, propanol, ácido acético) y los no polares (dietil éter, cloroformo, tolueno, benceno).

En este tipo de sustancias los electrodos de pH se deshidratan con gran velocidad y su respuesta bajará significativamente. Cuando se trabaja con sustancias viscosas, la suciedad contaminará el electrodo y las subsecuentes muestras, por lo que en estos casos se debe usar un solvente que disuelva los restos de la muestra en el bulbo del electrodo como parte del procedimiento de limpieza.

Todo esto influye en la respuesta que un electrodo de pH puede proporcionar. La respuesta será más rápida y estable si la actividad iónica es mayor en la muestra.

Estos problemas son causados por diferentes razones: El bulbo de vidrio, cuya respuesta depende de la delgada capa externa de hidratación para detectar la actividad del ion hidrógeno, puede no estar presente y causar lecturas erróneas o con muy poca estabilidad. También puede ser que la solución de relleno del electrodo no sea miscible en la muestra y el potencial generado en la unión provoque un desplazamiento de la lectura de pH.

En electrodos que tienen relleno de gel, la muestra puede no ser compatible y se puede contaminar, con lo que existirá una degradación prematura del relleno. Además las soluciones acuosas usadas comúnmente para el relleno de electrodos pueden dar una respuesta muy diferente en relación a las muestras no acuosas. En muchos casos le medición en una muestra no acuosa será un valor relativo al pH, pero no será una relación directa como sucede con el valor del pH de una solución acuosa.

Para la medición en este tipo de sustancias difíciles, HANNA® instruments fabrica un electrodo hecho para sustancias no acuosas que proporcionará una respuesta adecuada. Para resolver estos problemas que se presentan con solventes como el ácido acético glacial usado en la preparación del electrolito de referencia, se desarrolló un electrodo de pH especializado para fases orgánicas. El HI1151B tiene doble unión, y su cuerpo de vidrio es rellenable. El tapón de relleno está fabricado con polipropileno. Los sellos internos que aíslan la conexión del electrodo interno hacia el cable son de un elastómero termoplástico llamado TVF. Para una protección adicional en la parte interna del electrodo se usa una resina que sella el tapón verde de polipropileno con el tubo de vidrio.

Referencias 

pH measurements in the presence of organic materials. Disponible en:

https://www.wwdmag.com/sites/wwdmag.com/files/phmeasurements.pdf

Izutsu, K. Electrochemistry in nonaqueous solutions. Wiley-VCH, Germany, 2002.

Practical measurement of pH in nonaqueous and mixed solvents. Disponible en:

https://media.iupac.org/publications/analytical_compendium/Cha03sec5.pdf