Teorias e práticas em medições de pH

1. pH

2. Teorias e práticas em medições de pH • Conceitos básicos sobre pH • Fatores que influenciam os valores de pH • Instrumentação e teoria de medição • Interferências em medição de pH • Dicas para melhoria de performance em medições de pH • Manutenção do eletrodo de pH

3. O que é pH? • pH por definição é a atividade iônica do hidrogênio • Atividade pode ser interpretada como íons livres e não totais

4. O que é pH • Tudo começa com o fato de que a água se dissocia em pequena intensidade. H - O - H H+ ... OH- H+ + OH- • As ligações se quebram ocasionalmente devido à energia térmica produzindo íons H+ e OH-

5. O que é pH • Moléculas de água têm uma distribuição de cargas não uniforme: O H H • O Oxigênio é mais negativo e o Hidrogênio é mais positivo

6. O que é pH? • A escala de pH • Cada unidade de pH equivale a 10 [H+]

7. O que é pH • As moléculas de água rodeiam os íons que estão separados, criando uma barreira para que eles se recombinem

8. O que é pH • Aproximadamente, 1 molécula em 10.000.000 se quebra num dado intervalo de tempo, à temperatura ambiente • O efeito é estatisticamente baseado na distribuição de energia • Há muitas moléculas mesmo em poucas quantidades de amostra, porém o número de dissociações é constante

9. O que é pH • O produto da concentração de H+ ( em moles/L ) pela concentração de OH- é uma constante À temperatura ambiente [OH-] x [H+] = K = 10-14 • Em água pura, as concentrações de H+ e OH- são iguais. Se há 10-7 moles/L de íons H+ então... 10-7 x 10-7 = 10-14

10. O que é pH • Se há maior quantidade de um íon, haverá menor do outro Exemplo: Se temos 10-3 OH- , então H+ = 10-11 [OH-] x [H+] = K = [ 10-3 ] x[ 10-11 ] = 10-14

11. O que é pH • O pH foi inventado no início dos anos 20 como uma forma reduzida de escrever • É calculado pela fórmula pH = - log [H+] • Exemplo • [H+] = 0,001 M = 10-3 = - log10-3= pH 3

12. Efeito da temperatura no pH • A temperatura afeta o equilíbrio de dissociação da água • O aumento da temperatura facilita a quebra da ligação... H - O - H H+ ... -O - H H+ + -OH

13. Efeito da temperatura no pH Quanto maior for a energia térmica ( temperatura ), mais a água se dissocia

14. O que é pH neutro ? Depende da temperatura O pH neutro nem sempre é 7

15. O que é pH neutro ? Depende da concentração do sal O pH neutro nem sempre é 7

16. Efeito de solventes orgânicos • Alguns solventes podem, por si próprio se dissociar, resultando íon H+. Por exemplo, metanol: CH3 - O - H CH3 - O .... H CH3O- H+ (CH3O-) x (H+) = K = 10-19,1 “pH” neutro do metanol = 9,55

17. Sistema de medição de pH • O medidor de pH mede a diferença de potencial (mV) entre o lado interno do eletrodo de pH e o lado externo - amostra

18. Sistema de medição de pH • O que é um pHmetro ? • Age como um voltímetro • Converte o potencial do eletrodo (mV) em pH O potencial gerado no eletrodo está associado à atividade da espécie a qual ele é sensível e não à sua concentração A atividade se relaciona com a concentração por intermédio de um coeficiente a = y . C O coeficiente depende da força iônica do meio

19. Sistema de medição de pH Concentração tende a ser a mesma dos 2 lados Imagine 2 soluções de HCl separadas por uma membrana permeável

20. Sistema de medição de pH O movimento de íons cria um potencial que impede a continuidade desse movimento Membrana permeável somente para íons H+

21. Sistema de medição de pH • Membrana do bulbo • Bulbo de vidro é composto de SiO-Li • Membrana externa forma uma camada hidratada de gel em contato com a água • Membrana interna em contato com o eletrólito forma uma segunda camada de gel

22. Sistema de medição de pH Vidro formado com cátions Lítio, ao invés de Sódio, para minimizar o erro alcalino

23. Para medir o potencial, são necessários 2 terminais e 1 voltímetro. De um lado a concentração de H+ é constante, logo o potencial será proporcional à concentração do outro lado.

24. Há 4 lugares onde o potencial se desenvolve. Deve-se fixar 3 deles para que todas as mudanças sejam devido à mudanças na amostra

25. O terminal na amostra pode ser afetado pela composição da própria, por isso deve-se envolvê-lo com uma solução de composição estável e conhecida

26. O conjunto de medição de pH se parece com o sistema abaixo

27. Muitos eletrodos para pH têm os dois elementos combinados em um só corpo

28. Sistema de medição de pH O potencial que causa a continuação do movimento é proporcional à diferença de íons hidrogênio livres entre os dois lados

29. O potencial observado é relacionado ao pH por intermédio de uma curva de calibração

30. Sistema de medição de pH O slope da curva é determinado pela equação E = E0 + RT log H+ nF R, n, F são constantes à aproximadamente 25ºC RT = 60 mV por unidade de pH nF Potencial de referência Instável com temperatura

31. Mudanças na relação slope/mV é chamado “compensação de temperatura” Pode ser feito manual ou automaticamente Não permite ajustar a leitura de pH à uma temperatura de referência ( Ex.: 25ºC )

32. Ponto Isopotencial

33. Interferências e performance • Problemas comuns de medições • Leituras não repetitivas • Resposta lenta • Ruído na resposta • Desvios na resposta • Baixa precisão

34. Interferências e performance • Sequência de verificação • Medidor • Tampões • Eletrodo • Amostra • Técnica

35. Interferências e performance • Medidor • Utilizar plug cego Leitura deverá ser de 0 mV +/- 0.2 mV • Utilizar medidores com auto-teste Diagnóstico de erros

36. Interferências e performance • Medidor • Não utilizar medidores que não sejam micro processados

37. Calibração • Sempre calibrar utilizando 2 tampões, no mínimo • Checar desvio da calibração com 1 tampão • Sempre calibrar com tampões que cubram a faixa de medições das amostras • Calibrar com tampões que não tenham mais que 3 unidades de pH de diferença

38. Calibração • Frequência de Calibração • Tipo do eletrodo • Tipo de amostra • Número de amostras • No mínimo todos os dias • Guia do slope do Eletrodo • Faixa ideal: 95% - 102% • Faixa de limpeza: 92% - 95% • Faixa de reposição: abaixo de 92%

39. Calibração • Medidores atuais automaticamente calculam o slope • O slope pode ser manualmente calculado pela leitura em mV dos tampões, comparando-se com a resposta teórica Nernstiana (59.2 mV/pH unit) • Example: • pH 7 = -10 mV • pH 4 = +150 mV • Slope = 160 mV/177.6 mV = 90.1%

40. Interferências e performance • Tampões • Fungos • Temperatura X Valor

41. Interferências e performance • Sempre utilizar tampões novos • Checar validade e data de abertura • pH 4 e pH 7 expira em 3 meses depois de aberta • pH 10 expira em 1 mês depois de aberta • Tampões novos à cada calibração • Utilizar o tampão somente uma vez … não re-utilizar tampões

42. Interferências e performance • Efeito dos tampões • Tampões têm diferentes valores de pH às diferentes temperaturas • Usar os valores de tampões à temperatura de calibração

43. Interferências e performance

44. Interferências e performance Eletrodos • Variação lenta e sistemática da leitura / Instabilidade • Checar entupimento da junção • Checar trincas ou arranhões no bulbo do eletrodo • Atenção na solução de enchimento do eletrodo • Manter concentração da solução • Prevenir cristalização do KCl • Utilizar solução de enchimento correta • Eletrodos Ross não utilizam soluções contendo prata • Eletrodos convencionais devem utilizar soluções de KCl saturado com prata

45. Interferências e performance Eletrodos • Congelamento em pH 7 • Recuperação drástica do bulbo do eletrodo

46. Interferências e performance Eletrodos • Slope fora de faixa • Checar pH 7 - mV entre - 25 e + 25

47. Eletrodos convencionais • Junção de Cerâmica e referência Ag/AgCl • Cerâmica porosa, Teflon poroso, etc. Operam fixando íons Ag+ em contato com um filamento de prata

48. Interferências e performance Solubilidade do AgCl muda conforme a temperatura, causando mudança no E0 - Instabilidade nas leituras

49. Manutenção do eletrodo de pH • Tratar o eletrodo com soluções que irão remover depósitos • Exemplo: HCl 0.1 M para limpeza geral • Exemplo: 1% pepsina ou tio uréia em HCl para proteínas e sulfetos • Exemplo: Desinfecção com solução apropriada • Exemplo: detergente para óleo & graxa

50. Manutenção do eletrodo de pH • Limpeza geral do bulbo do eletrodo • Imergir em HCl 0.1M por 30 minutos • Trocar a solução de enchimento • Deixar em solução de estoque por no mínimo 2 horas