pH

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

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

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-

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

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

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

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

À temperatura ambiente 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

[OH-] x [H+] = K = [ 10-3 ] x [ 10-11 ] = 10-14 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

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 = - log 10-3 = pH 3

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Para medir o potencial, são necessários 2 terminais e 1 voltímetro 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.

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

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

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

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

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

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

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 Potencial de referência Instável com temperatura

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 )

Ponto Isopotencial

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

Interferências e performance Sequência de verificação Medidor Tampões Eletrodo Amostra Técnica

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

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

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

Calibração Frequência de Calibração Guia do slope do Eletrodo 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%

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%

Interferências e performance Tampões Fungos Temperatura X Valor

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

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

Interferências e performance

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

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

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

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

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

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

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

Manutenção do eletrodo de pH Limpeza da junção do Eletrodo Imergir em KCl 0.1M com 1% de pepsina ou tio-uréia por 15 minutos à 70 oC Trocar a solução de enchimento Deixar em solução de estoque por no mínimo 2 horas Checar a junção suspendendo o eletrodo no ar por 10 minutos Observar formação de cristais de KCl

Manutenção do eletrodo de pH Recuperação do eletrodo ( último caso ) Imergir em HF diluído por 2 minutos Trocar a solução de enchimento Deixar em solução de estoque por no mínimo 2 horas

Manutenção do eletrodo de pH Estoque Curto período Usar solução de estoque do eletrodo Deixar em 100 ml de tampão pH 7 com 0.5 g KCl Deixar em KCl 3M Longo período Encher o eletrodo, tampar o orifício, estocar com solução na cápsula protetora