Fuente: Laboratorio del Dr. Zhongqi He – Departamento de agricultura de Estados Unidos
Ácidos y bases son sustancias capaces de donar protones (H+) y los iones hidróxido (OH–), respectivamente. Son dos extremos que describen productos químicos. Mezcla de ácidos y bases puede anular o neutralizar sus efectos extremos. Una sustancia que no es ni ácida ni básica es neutral. Los valores de concentración de protones ([H+]) para la mayoría de las soluciones son inconvenientemente pequeñas y difíciles de comparar por lo que una cantidad más práctica, el pH, se ha introducido. pH fue definido originalmente como el logaritmo decimal de la inversa de la concentración molar de protones , pero fue actualizado para el logaritmo decimal de la inversa de la actividad del ion hidrógeno
. La definición anterior ahora se expresa en ocasiones como p [H]. La diferencia entre p [H] y el pH es muy pequeña. Ha sido indicado que el pH = p [H] + 0,04. Es práctica común utilizar el término ‘del pH’ para ambos tipos de mediciones.
El pH típicamente escala oscila entre 0 y 14. Una solución 1 M de un ácido fuerte, pH = 0 y para una solución de 1 M de una fuerte base, pH = 14. Así, valores de pH medidos se mienten sobre todo en el rango de 0 a 14, aunque valores fuera de este rango son totalmente posibles. El agua pura es neutro pH = 7. Un pH inferior a 7 es ácida y un pH mayor que 7 es básico. Como la escala de pH es logarítmica, el pH es una cantidad adimensional. Cada valor entero de pH debajo de 7 es 10 veces más ácida que el entero siguiente. Por ejemplo, un pH de 4 es 10 veces más ácido que un pH de 5 y 100 x (10 x 10) más ácido que un pH de 6. Lo mismo es válido para valores de pH superiores a 7, cada una de ellas es 10 x más básico (o alcalino) que el siguiente valor entero inferior. Por ejemplo, un pH de 10 es 10 x más básico que un pH de 9.
El pH de una solución puede ser con precisión y fácilmente determinado por medidas electroquímicas con un dispositivo conocido como un medidor de pH con un pH (protón)-electrodo sensible (generalmente cristal) y un electrodo de referencia (generalmente cloruro de plata o calomel). Idealmente, el electrodo de potencial, E, para el protón puede ser escrito como
donde E es el potencial medido, E0 es el electrodo estándar de potencial en unH += 1 mol/L, R es la constante de gas, T es la temperatura en kelvin, F es la constante de Faraday.
El electrodo de pH utiliza un vidrio especialmente formulado, pH-sensibles en contacto con la solución, que se desarrolla el potencial (E) proporcional al pH de la solución. El electrodo de referencia está diseñado para mantener un potencial constante a cualquier temperatura dada y sirve para completar el circuito dentro de la solución de medida de pH. Proporciona una referencia potencial para el electrodo de pH. La diferencia en los potenciales de los electrodos de pH y de referencia proporciona una señal de milivoltios (mV) proporcional al pH. En la práctica, un electrodo de vidrio combinado tiene un electrodo de referencia incorporado. Está calibrado contra soluciones tampón de ion hidrógeno conocida actividad. Sensores de pH la mayoría están diseñados para producir una señal de 0 mV a pH 7.0, con un pendiente (teóricamente ideal), o la sensibilidad, de-59.16 mV / pH a 25 ° C. Dos o más soluciones se utilizan para acomodar el hecho de que la “cuesta” puede diferir ligeramente de ideal. Soluciones tampón estándar comercial generalmente cuentan con información sobre el valor de pH a 25 ° C y un factor de corrección a ser aplicado para otras temperaturas.
1. pH Calibración
2. mediciones de pH
El pH-metro es un dispositivo eléctrico que determina la acidez o basicidad de soluciones acuosas, una de las más comúnmente controlados parámetros.
Para utilizar un medidor de pH, el electrodo de pH se calibra primero con las soluciones tampón estándar con valores de pH conocido que abarcan la gama que mide. Para hacer una medición del pH, el electrodo se sumerge en la solución de la muestra hasta alcanzar una lectura constante. El electrodo es entonces enjuagarse después de cada muestra y almacena en una solución de almacenamiento hayan terminado todas las mediciones.
Este video muestra cómo calibrar un medidor de pH y obtener las mediciones de pH, así como ofrecer algunos consejos sobre el manejo del electrodo frágil.
Cuando un ácido o una base se coloca en agua, pueden ocurrir reacciones de hidrólisis. La cantidad de los iones hidronio o los iones del hidróxido en la reacción determina la acidez o basicidad de la solución. Esta importante propiedad es comúnmente evaluada por la concentración del ion hidronio, que es a menudo abreviado como ion hidrógeno o protón. Para la mayoría de las soluciones, la concentración de iones hidrógeno, expresada en moles por litro, es muy pequeña, por lo que una cantidad más práctica, el pH, se ha introducido.
se define pH como el logaritmo negativo de la concentración molar del ion hidrógeno. Los rangos de escala de pH de 0 a 14. El agua pura es neutral con un pH de 7; pH inferior a 7 es ácida, y pH mayor que 7 es básico. Puesto que la escala de pH es logarítmica, una disminución de la unidad en el pH es igual a multiplicado en acidez.
Así que ¿cómo funciona el pH de medida del medidor de pH? Un componente clave de un medidor de pH es un electrodo sensible al ión hidrógeno. La solución dentro de este electrodo contiene una concentración conocida de iones de hidrógeno. Cuando el electrodo se sumerge en una solución de pH desconocido, desarrolla un potencial eléctrico en función de la concentración del ion hidrógeno en la solución de ensayo. Este electrodo sensible al ión de hidrógeno, junto con un electrodo de referencia con la que a menudo se combina en un solo cuerpo, está conectado al medidor de pH, por lo que el potencial desarrollado puede ser medido y convertido en el valor de pH.
Ahora que entiendes la teoría detrás de un medidor de pH, echemos un vistazo a su uso en un entorno agrícolo.
Antes de las mediciones de pH, se calibra el pH-metro. Calibración debe realizarse al comienzo de cada día o antes de cada medición Si se requieren datos muy precisos.
Elegir tampones que abarcan la gama de valores de pH de las muestras. En esta demostración, el medidor de pH se calibra con tres tampones pH 4, 7 y 10. Asegúrese de que los buffers son frescos, sin usar y vigente.
Para empezar, encender el medidor de pH, presionando el botón power.
A continuación, conecte la sonda de pH y compensación automática de temperatura o sonda ATC, en la unidad. En la pantalla LCD, asegúrese de que el modo de medición es el “pH”. Si no es así, pulse el botón “MODE” hasta que aparezca «pH».
Retire el electrodo de pH del buffer de almacenamiento. Tenga cuidado de no permitir que el bulbo del electrodo a secar en cualquier punto durante el experimento. Enjuague el electrodo con agua destilada, seguido por el tampón estándar de pH 7.
A continuación, sumergir el electrodo de pH en el búfer. Revuelva el buffer con una barra magnética para obtener mejores resultados. Para evitar romper el electrodo frágil, asegúrese de mantener una distancia entre el electrodo y la barra de agitación.
Presione el botón “CAL(ibration) / MEAS(urement)” para seleccionar la función de calibración. Establezca el valor de pH de buffer a 7.00. Cuando la lectura es estable, presionar “ENTER”. La lectura principal parpadea brevemente; a continuación la pantalla secundaria muestra los amortiguadores restantes. El electrodo está ahora listo para ser calibrado con el siguiente buffer estándar.
Enjuague el electrodo de pH como antes, primero con agua destilada, luego el tampón estándar de pH 4. Luego, coloque el electrodo en el buffer. Cuando la lectura es estable, presionar “ENTER”. La lectura principal parpadea brevemente, seguido de una muestra de la eficiencia por ciento, o pendiente, antes de que las reservas restantes se muestran en la pantalla secundaria.
Por último, repita el enjuague y calibración con el tampón estándar de pH 10. La lectura constante debe ser pH 10.01. Una vez que se presiona “Enter”, se realiza la calibración de 3 puntos y el medidor será automáticamente vuelve al modo de medición.
El dispositivo está ahora listo para ser utilizado para probar las muestras de suelo de un campo de patatas.
Iniciar las mediciones de pH enjuagando cuidadosamente el electrodo de pH con agua destilada. Seque suavemente el electrodo en un laboratorio de tejido para quitar exceso de agua de la limpieza. Tenga cuidado de no frotar la lámpara, ya que puede causar una acumulación de carga estática. El paso de enjuague se debe realizar entre cada muestra para evitar la contaminación.
A continuación, sumergir el electrodo de pH en una muestra sin dejar de agitar. La velocidad de agitación debe ser el mismo que durante la calibración. Esperar a la lectura para convertirse en estable, que tenga menos de 60 s para la mayoría de las muestras, luego registrar el valor de pH. Si es necesario, presione el botón “HOLD” para congelar la pantalla de lectura. Púlselo nuevamente para reanudar la lectura vivo. El valor de pH se puede almacenar en la memoria presionando el “MI” (o inserte memoria) el botón. El valor de ubicación almacenados en la memoria, o StO, aparecerá brevemente en pantalla.
Repita el enjuague y medición que como anteriormente se indica para todas las muestras restantes. Una vez finalizadas todas las mediciones, enjuague bien el electrodo antes de colocarlo en la solución de almacenamiento de información.
En este experimento, se midió el pH de varias muestras de suelo de los campos agrícolas. pH tiene numerosos efectos en el crecimiento del cultivo, incluyendo nutrientes control de disponibilidad, toxicidad y enfermedad. Diferentes cultivos tienen rangos de pH de crecimiento óptimo. Controlando el pH, la enfermedad puede minimizarse aumentando el rendimiento.
Se recolectaron las muestras de suelo de cinco campos de papa bajo diferentes prácticas agrícolas de rotación con o sin irrigación de agua subterránea. Riego de agua subterránea aumentó constantemente el pH del suelo en todos los campos de cinco. Estos datos son esenciales para proporcionar recomendación de encalado para los campos de patata.
Muchos campos de la ciencia requieren mediciones de pH o seguimiento en su investigación.
Por ejemplo, para uso más eficiente de biomasa y comprender mejor la arquitectura de la pared celular vegetal, una serie de reacciones se llevó a cabo para sintetizar biomimics de madera, por lo que puede entenderse mejor la arquitectura de la pared celular de plantas.
En el primer paso, fibra de pulpa de kraft fue utilizada para generar nanofibrillated celulosa. El pH de la mezcla de reacción disminuido como el oxhidrilo grupos en la celulosa fueron oxidados.
El pH fue continuamente monitoreado y ajustado mediante la adición de hidróxido de sodio. Una vez que todos los grupos de hidroxilo accesibles fueron oxidados, ya no iba a cambiar el pH y la reacción era completa.
En este estudio ambiental, se analizó la escorrentía en un centro de simulación de paisajes urbanos. Escurrimiento tiene el potencial para llevar nutrientes y sedimentos en los arroyos locales y lagos donde puede contribuir a la eutrofización.
Se construyó una instalación con múltiples parcelas de campo, y se recolectó agua de escurrimiento. Se cuantificó el pH de las muestras de escorrentía, junto con otros componentes químicos.
En la investigación de Ciencias de la vida, pH es también de gran interés como es estrictamente regulado en los organismos vivos. En este ejemplo, sensores de pH fluorescentes fueron desarrollados.
Para calibrar estos sensores en vitro, se realizó una titulación de pH en una cubeta, donde se midió el pH de la solución del sensor con un microelectrodo, y se obtuvieron los espectros de emisión a cada pH. Esta manera, la intensidad de fluorescencia se podría trazar contra el pH para generar una curva de calibración.
Estos sensores fueron utilizados para medir el pH en las células vivas.
Sólo ha visto la introducción de Zeus a usar un medidor de pH. Ahora debería entender qué pH es, cómo funciona el medidor y cómo usar uno para medir el pH.
¡Gracias por ver!
La figura 1 muestra el pH de suelos agrícolas afectados por el manejo de cultivo y riego de agua subterránea. Se recolectaron las muestras de suelo de 5 campos de papa bajo diferentes prácticas agrícolas de rotación con o sin irrigación de agua subterránea. El pH más bajo se observa en campo 4 suelos de secano y de aguas subterráneas riego serie. Riego de las aguas subterráneas aumentó constantemente el pH del suelo en todos los 5 campos. La información del pH es esencial para la recomendación de encalado apropiadamente los campos de papa promover un crecimiento óptimo.
Figura 1. PH del suelo de los campos de papa bajo diferentes prácticas agronómicas de manejo con o sin irrigación bajo el agua.
el pH es uno de los parámetros químicos más comúnmente medidos de las soluciones acuosas. Es un parámetro crítico en el tratamiento de aguas y aguas residuales para aplicaciones municipales e industriales, producción química, investigación agrícola y producción. También es fundamental en la investigación química y Ciencias de la vida, monitoreo ambiental, bioquímica y farmacéutica de la investigación, producción electrónica y muchas más aplicaciones. Figura 2 muestra los valores de pH de algunas sustancias comunes.
El agua pura es neutro, con un pH de 7.00. Cuando productos químicos se mezclan con agua, la mezcla puede ser ácida o básica. Vinagre y jugo de limón son sustancias ácidas, mientras que el amoniaco y los detergentes para ropa son básicas. Productos químicos que son muy ácidas o muy básicas se consideran “reactivas”. Estos productos químicos pueden causar quemaduras graves. Ácido de batería de automóvil es un producto químico ácido que es reactivo. Las baterías de automóvil contienen una forma más fuerte de los ácidos encontrado en lluvia ácida. Limpiadores de desagües domésticos a menudo contienen lejía, un producto químico muy alcalino que es también reactivo.
En sistemas vivos, el pH de diferentes compartimentos celulares, fluidos corporales y órganos se regula generalmente firmemente en un proceso llamado homeostasis acido-base. El pH de la sangre generalmente es ligeramente básico con un valor de pH de 7.365. Este valor se refiere a menudo como pH fisiológico en la biología y la medicina. Placa puede crear un entorno ácido que puede resultar en caries por desmineralización. Enzimas y otras proteínas tienen un rango de pH óptimo y pueden ser inactivadas desnaturalizados o fuera de este rango.
Figura 2. La escala de pH y los valores de pH de algunos elementos comunes.
The pH meter is an electrical device that determines the acidity or basicity of aqueous solutions, one of the most commonly monitored parameters.
To use a pH meter, the pH electrode is first calibrated with standard buffer solutions with known pH values that span the range being measured. To make a pH measurement, the electrode is immersed into the sample solution until a steady reading is reached. The electrode is then rinsed after each sample and stored in a storage solution after all the measurements have been completed.
This video will demonstrate how to calibrate a pH meter and obtain pH measurements, as well as offer a few tips on handling the fragile electrode.
When an acid or a base is placed in water, hydrolysis reactions can occur. The amount of the hydronium ions or the hydroxide ions yielded in the reaction determines the acidity or basicity of the solution. This important property is commonly evaluated by the concentration of the hydronium ion, which is often shortened as hydrogen ion or proton. For most solutions, the hydrogen ion concentration, expressed in moles per liter, is very small, so a more practical quantity, pH, has been introduced.
pH is defined as the negative logarithm of the molar concentration of the hydrogen ion. The pH scale ranges from 0 to 14. Pure water is neutral with a pH of 7; pH less than 7 is acidic, and pH greater than 7 is basic. Since the pH scale is logarithmic, a unit decrease in pH equals a ten-fold increase in acidity.
So how does the pH meter measure pH? A key component of a pH meter is a hydrogen ion-sensitive electrode. The solution inside this electrode contains a known concentration of hydrogen ions. When the electrode is immersed in a solution of unknown pH, an electric potential develops as a function of the hydrogen ion concentration in the test solution. This hydrogen ion-sensitive electrode, along with a reference electrode with which it is often combined into one body, is connected to the pH meter, so that the developed potential can be measured and converted to the pH value.
Now that you understand the theory behind a pH meter, let’s look at its use in an agricultural setting.
Before pH measurements, the pH meter is calibrated. Calibration should be performed at the beginning of each day or before each measurement if extremely precise data are required.
Choose buffers that span the range of pH values of the samples. In this demonstration, the pH meter is calibrated with three buffers with pH 4, 7, and 10. Make sure the buffers are fresh, unused, and unexpired.
To begin, turn on the pH meter by pressing the power button.
Next, plug the pH probe and automatic temperature compensation, or ATC probe, into the unit. On the LCD display, make sure the measurement mode is “pH”. If not, press the “MODE” button until “pH” appears.
Then, remove the pH electrode from the storage buffer. Be careful not to allow the electrode bulb to dry out at any point during the experiment. Rinse the electrode with distilled water, followed by the pH 7 standard buffer.
Next, immerse the pH electrode into the buffer. Stir the buffer with a magnetic bar for best results. To avoid breaking the fragile electrode, be sure to keep a distance between the electrode and the stirring bar.
Press the “CAL(ibration) / MEAS(urement)” button to select the calibration function. Set the buffer pH value to 7.00. When the reading is stable, press “ENTER”. The primary reading flashes briefly; then the secondary display shows the remaining buffers. The electrode is now ready to be calibrated with the next standard buffer.
Rinse the pH electrode as before, first with distilled water, then the pH 4 standard buffer. Then, place the electrode in the buffer. When the reading is stable, press “ENTER”. The primary reading flashes briefly, followed by a display of the percent efficiency, or slope, before the remaining buffers are shown on the secondary display.
Finally, repeat the rinse and calibration steps with the pH 10 standard buffer. The steady reading should be pH 10.01. Once “Enter” is pressed, the 3-point calibration is done, and the meter will automatically return to measurement mode.
The device is now ready to be used to test soil samples from a potato field.
Start pH measurements by thoroughly rinsing the pH electrode with distilled water. Gently blot the electrode on a laboratory cleaning tissue to remove excess water. Be careful not to rub the bulb as it can cause a static charge buildup. The rinse step should be performed between each sample to prevent contamination.
Next, dip the pH electrode into a sample with stirring. The stirring speed should be the same as during calibration. Wait for the reading to become stable, which should take less than 60 s for most samples, then record the pH value. If needed, press the “HOLD” button to freeze the reading display. Press again to resume live reading. The pH value can be stored into memory by pressing the “MI” (or memory insert) button. The stored memory location value, or StO, will be briefly displayed.
Repeat the rinse and measurement steps as previously shown for all the remaining samples. Once all the measurements are completed, thoroughly rinse the electrode before placing it in storage solution.
In this experiment, the pH of multiple soil samples from agricultural fields was measured. pH has numerous effects on crop growth, including nutrient availability, toxicity, and disease control. Different crops have pH ranges of optimal growth. By controlling the pH, disease can be minimized while increasing yield.
The soil samples were collected from five potato fields under different cropping rotation practices with or without groundwater irrigation. Groundwater irrigation consistently increased soil pH in all five fields. These data are essential for providing liming recommendation for the potato fields.
Many fields of science require pH measurements or monitoring in their research.
For example, to use biomass more efficiently and better understand plant cell wall architecture, a series of reactions was carried out to synthesize biomimics of wood, so that plant cell wall architecture can be better understood.
In the first step, kraft pulp fiber was used to generate nanofibrillated cellulose. The pH of the reaction mixture decreased as the hydroxyl groups on the cellulose were oxidized.
The pH was continuously monitored and adjusted by adding sodium hydroxide. Once all the accessible hydroxyl groups were oxidized, the pH would no longer change and the reaction was complete.
In this environmental study, water runoff was analyzed in a facility simulating urban landscapes. Runoff has the potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication.
A facility with multiple field plots was constructed, and runoff water was collected. The pH of the runoff samples, along with other chemical constituents, was quantified.
In life science research, pH is also of great interest as it is strictly regulated in living organisms. In this example, fluorescent pH sensors were developed.
To calibrate these sensors in vitro, a pH titration was performed in a cuvette, where the pH of the sensor solution was measured with a microelectrode, and the emission spectra at each pH were obtained. This way, the fluorescence intensity could be plotted against the pH to generate a calibration curve.
These sensors were then used to measure pH in living cells.
You’ve just watched JoVE’s introduction to using a pH meter. You should now understand what pH is, how the meter works, and how to use one to measure pH.
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