Medición de ph

XIII Seminario de Ing. Biomédica 2004 - Facultades de Medicina e Ingeniería – Univ. de la República Oriental del Uruguay

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Electrodos para medir pH (Junio 2004)
Lyl M. Ciganda Monografía vinculada a la conferencia del Ing. Quim. Juan Bussi: “Biosensores para determinaciones analíticas”, del 20 de abril de 2004.

Resumen—Esta monografía presenta un panorama general sobre los electrodosusados para medir pH. Trata los principios de funcioamiento, los elementos constructivos, los diferentes tipos, y una selección de los equipos ofrecidos en el mercado, con sus costos aproximados. Finalmente comenta una aplicación específica sobre un electrodo implantable. Palabras Clave—Electrodos electroquímicos, implantables, Hidrógeno, Iones, Medida, pH. Electrodos

adquisición de la señal y sutratamiento. Existen otras tecnologías desarrolladas y en expansión para medir pH, como los transitores ISFET. El tratamiento de éstos transductores excede los límites de este trabajo. II. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO A. Definición de pH Las reacciones mas importantes son probablemente las que tienen lugar en disolución acuosa. Todas las reacciones biológicas, y gran número de las efectuadas enlaboratorio, se realizan en el seno del agua [1]. Una sustancia en dilución acuosa se disocia en fragmentos menores (iones) y se establece un equilibrio entre la especie no disociada y sus partes componentes. Una vez establecido el equilibrio, la unión de ambos iones para recostruir el compuesto se produce con la velocidad precisa para compensar la disociación. La expresión de la constante deequilibrio, Keq, para la disociación del agua es:

I. INTRODUCCION

E

monografía es una guía general sobre electrodos de pH. Explica primero el concepto de pH para luego poder entender el funcionamiento de un electrodo específico para esta medición. Una vez claro esto, los clasifica con diferentes criterios y da una referencia de los dispositivos disponibles en el mercado. El último apartadocuenta una aplicación específica, que se está llevando a cabo en el instituto de ingeniería eléctrica como proyecto de fin de carrera. Los electrodos de pH resultan interesantes y útiles por varios motivos. En primer lugar por su aplicación directa, en la investigación y en la industría, química, biológica, agroveterinaria, médica y más. Como se verá en el ejemplo, el valor del pH de una determinadasolución es un indicador del estado de ciertos procesos. Por otro lado, existe otro campo de aplicación, indirecta, en los biosensores. Se le adiciona al electrodo un bioreceptor, que reacciona específicamente con alguna sustancia (analito). Alguno de los productos de esta reacción es plausible de ser cuantificado con un sensor de pH. Así, conociendo la reacción química que se produjo y midiendoel pH, puede determinar la cantidad de analito presente en un medio dado. Como ya mencionamos, el rango de aplicación de un sensor de pH es muy amplio y el ejemplo del final muestra que está aún en desarrollo. No es intención de esta monografía abarcar todos los campos. Simplemente mencionará alguno de los mas conocidos. Esta monografía se va a centrar en los electrodos de pH, la
STA

 H + OH −   K eq =   [ H 2 O]

(1)

Donde los corchetes representan las concentraciones en moles por litro. En disoluciones razonablemente diluídas, el valor de [H2O], es practicamete constante. La cantidad de agua que se consume o se forma durante una reacción química es pequeña, en comparación con la cantidad total de agua presente. Por ello (1) puede escribirse como:

K a =  H +  OH −   

(2)

Manuscrito recibido el 10 de junio de 2004. Este trabajo es parte de la evaluación de la asignatura Seminario de Ingeniería Biomédica. Lyl. M. Ciganda trabaja en el Instituto de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay (teléfono: 711 0974; e-mail: lciganda@ fing.edu.uy).

Esta constante de equilibrio, Ka, se llama producto...