CALIBRACIÓN Y VERIFICACIÓN DE PH-METROS DE LABORATORIO

F. Ronda1; P.A. Caballero; C.A. Blanco; P. Azuara

Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal. Area de Tecnología de los Alimentos. E.T.S.de

Ingenierías Agrarias de Palencia. Universidad de Valladolid. Investigadores permanentes de ITAGRA C.T.

1Autor a quien debe dirigirse la correspondencia. E-mail: fronda@iaf.uva.es

1. INTRODUCCIÓN

Este procedimiento se aplica a la calibración y verificación de pH-metros para uso general de laboratorio. Un pH-metro está formado por tres elementos: El instrumento medidor, la semi-celda de referencia y la semi-celda de lectura. En la mayor parte de las aplicaciones, estos dos últimos elementos se encuentran agrupados, en forma de electrodo “combinado”, comportándose como una unidad. Por lo tanto, el instrumento completo debe considerarse como una combinación, al menos, de dos elementos. Si cualquiera de los dos elementos varía, hecho que ocurre con cierta frecuencia en el caso de los electrodos dada su relativa fragilidad, la calibración debe realizarse repetirse para el nuevo conjunto, aunque el instrumento medidor utilizado siga siendo el mismo. La calibración consiste en el establecimiento de la repetibilidad y linealidad de la respuesta del pH-metro frente a la medida de una serie de disoluciones de referencia de pH conocido. El protocolo de calibración debe incluir una serie de comprobaciones del estado del electrodo. Las más importantes son la medida del potencial del electrodo en el punto isoelectrónico y su pendiente. Igualmente, y dado que la temperatura es un parámetro de influencia en la medida, especialmente durante la calibración, es necesario comprobar el estado del termómetro utilizado. Muchos pH-métros llevan asociada una sonda de temperatura, y en caso de no tenerla deberá utilizarse un termómetro externo.

2. PERIODICIDAD NOMINAL

2.1 Periodicidad de calibración

Semestral

2.2 Periodicidad de la verificación

Diaria en caso de uso. En el caso de medidas de alta precisión, se verificará inmediatamente antes de su empleo.

3. PATRONES Y MATERIALES DE REFERENCIA

3.1 Soluciones Tampón

Se emplean soluciones tampón comerciales específicamente fabricadas para este fin. Se debe solicitar al fabricante, que debe cumplir la norma EN 29000, el certificado de análisis correspondiente.

Se debe disponer de un mínimo de tres disoluciones tampón, situadas en las regiones ácida, neutra y alcalina respectivamente. Los valores recomendados son pH=4, pH=7 y pH=9 ó 10.

Conservación de tampones:

Después de utilizadas las disoluciones tampón deben desecharse.

Un envase normal, una vez abierto, tiene un plazo máximo de validez de un año.

Existen fabricantes que presentan el producto en envases diseñados especialmente para impedir la evaporación y el contacto con la atmósfera. En este caso el envase podrá ser utilizado hasta la expiración de su fecha de caducidad.

Es conveniente conservar los tampones a una temperatura de 20ºC o lo más próxima posible.

3.2 Termómetro

Termómetro calibrado, con sensibilidad de 0,5ºC o superior, en el en torno de 20ºC.

4. MATERIALES Y EQUIPOS AUXILIARES

• Vasos de precipitados de 25 ml, o superior capacidad si el tamaño de los electrodos lo requiere.

• Agitador magnético

5. CONDICIONES PREVIAS Y AMBIENTALES

El equipo debe encontrarse limpio, adecuadamente mantenido y en orden de uso antes de comenzar las operaciones de calibración y verificación.

Deben comprobarse en particular:

• Que el electrodo se encuentre sumergido en su solución de conservación.

• Que el electrolito de la semi-celda de referencia esté limpio y con nivel suficiente.

• Que la parte sensible del electrodo presente aspecto limpio y sin roturas.

Antes de llevar a cabo el protocolo de calibración o verificación se procederá a su ajuste con disoluciones tampón siguiendo las instrucciones generales de uso del pH-metro y de la misma forma que se vaya a operar en la realización de las medidas rutinarias de pH.

6. INSTRUCCIONES DE CALIBRACIÓN

6.1 Comprobación del estado del electrodo

Las siguientes comprobaciones sólo podrán llevarse a cabo con aquellos modelos de pH-metro que permitan visualizar la pendiente del electrodo y las lecturas en términos de mV.

a) Tomar nota del potencial de electrodo (lectura en mV) cuando el electrodo esté introducido en el tampón de pH 7.

b) Tomar nota de la pendiente de electrodo o “SLOPE” calculada por el pH-metro después del ajuste.

Si el electrodo presenta una lectura en mV a pH 7 alejada del cero en más de ± 80 mV o su pendiente es menor del 90 % o mayor del 102%, habrá que intentar regenerar el electrodo o sustituirlo. Muchos pH-metros dan directamente la pendiente en términos de porcentaje. Sin embargo, los hay que dan la pendiente como valor absoluto en unidades de mV/pH. En este último caso, para pasarlo a porcentaje, basta con dividir el valor obtenido multiplicado por 100 entre su valor teórico. El valor teórico de la pendiente depende de la temperatura y puede calcularse, teniendo en cuenta la ecuación de Nerst, según la fórmula :

Pendiente teórica (mV/pH) = 59,18 · (273,16 + t) / 298,16

donde t es la temperatura a la que se encuentran los patrones utilizados en el ajuste del pH-metro. Si el pH-metro no da la pendiente en ninguna de sus formas, puede calcularse su valor absoluto haciendo el ajuste del equipo a dos puntos con la siguiente fórmula:

Pendiente teórica (mV/pH) = (EpH1 – EpH2) / (pH1-pH2)

donde EpH1 y EpH2 son las lecturas del equipo en unidades mV cuando el electrodo está introducido en los tampones de valores pH1 y pH2 respectivamente.

6.2 Comprobación del termómetro incorporado al equipo

Si el equipo dispone de medición de temperatura, comprobar la corrección de las indicaciones del termómetro incorporado por comparación con uno calibrado. Para ello sumergir ambos termómetros en un vaso con agua (puede servir para este fin cualquier tampón que se vaya a medir a continuación). Tomar nota de ambas temperaturas.

El termómetro incorporado estará en condiciones de uso cuando ambos termómetros difieran menos de 1ºC. En este caso se podrá realizar la operación de calibrado con compensación automática de temperatura. No es necesario realizar un calibrado completo de este termómetro siendo suficiente la comprobación descrita como consecuencia de la relativamente débil repercusión de la temperatura en el valor del pH de los tampones utilizados como materiales de referencia.

Si el equipo no dispone de termómetro incorporado o se comprueba que sus indicaciones no son suficientemente correctas, realizar la calibración con compensación manual de temperatura, introduciendo manualmente en el pH-metro, el valor de la temperatura determinada con el termómetro calibrado.

6.3 Linealidad y repetibilidad

Introducir el electrodo y el termómetro (el incorporado al equipo o el externo) sucesivamente en cada uno de los tres tampones de pH seleccionados para la calibración. Los tampones deberán estar agitados mediante agitador magnético. Si el agitador provoca el calentamiento de las disoluciones colocar un material aislante entre ambos para impedirlo.

Esperar a que se estabilice la lectura y anotar el valor de la temperatura y el pH para cada tampón.

Entre medias de distintos tampones lavar el electrodo y el termómetro con agua destilada y retirar el exceso de agua con una toallita de celulosa sin frotar.

Repetir las lecturas de los tres tampones un total de cinco veces cada uno, ordenando la secuencia de presentación de tampones de forma aleatoria. Realizar las medidas en el intervalo de tiempo más breve posible para que la variación de la temperatura de los tampones no sea importante.

7. INSTRUCCIONES DE VERIFICACIÓN

a) Introducir el electrodo y el termómetro en el tampón de pH 7 y tomar nota del pH y la temperatura mientras está el tampón en agitación y una vez que la lectura sea estable.

c) Tomar nota del potencial de electrodo (lectura en mV) cuando el electrodo esté introducido en el tampón de pH 7.

c) Tomar nota de la pendiente de electrodo o “SLOPE” calculada por el pH-metro después del ajuste.

8. EXPRESIÓN DE RESULTADOS

8.1 Expresión de resultados de la calibración

Las medidas obtenidas en las comprobaciones del estado del electrodo y del termómetro incorporado al equipo bastará con apuntarlas en el correspondiente certificado de calibración y compararlas con las especificaciones citadas en el procedimiento de calibración y recogidas en el propio certificado.

En cuanto a la linealidad y repetibilidad, para cada tampón se utilizará como valor nominal de pH el correspondiente a la temperatura a la que se haya realizado la medida (estos valores vendrán tabulados en función de la temperatura en los certificados de análisis suministrados por el fabricante con cada tampón). Como incertidumbre de dichos valores se adoptará la emitida por el propio fabricante en sus certificados. El valor de la incertidumbre del instrumento será el más alto de los valores de incertidumbre obtenidos al repetir las cinco medidas de cada uno de los tres tampones utilizados. Se trabajará con un nivel de confianza del 95%.

8.2 Expresión de resultados de la verificación

Registrar en la hoja de verificación los tampones utilizados para el ajuste previo del equipo, así como las lecturas obtenidas como resultado de la medida del tampón de pH 7, tanto en unidades de pH como mV, y la pendiente del electrodo (“SLOPE”). Los valores obtenidos se compararán con las especificaciones fijadas por el responsable técnico para cada caso. En el caso de la lectura de pH del tampón 7, se deberá comparar el resultado con su valor nominal a la temperatura de la medida. Esta temperatura también deberá recogerse en la hoja de verificación.