Água ultrapura (UPW), água para injeção (WFI), água de alta pureza e deionizada (DI) são termos que descrevem basicamente a mesma propriedade. Eles se referem à água que foi purificada de acordo com os mais altos padrões, removendo todos os contaminantes, como compostos orgânicos e inorgânicos, material dissolvido e particulado, volátil e não volátil, reativo e inerte, hidrofílico e hidrofóbico e gases dissolvidos. A água purificada tem uma condutividade muito baixa, o que significa que sua resistência é alta porque todos os componentes condutores foram removidos. Combinadas com a suscetibilidade à contaminação e aos efeitos da temperatura, as soluções de baixa condutividade dificultam muito a medição precisa do pH. Embora a obtenção de leituras precisas e confiáveis usando analisadores de pH tradicionais seja um desafio, entendendo o que causa as dificuldades nas medições de pH e tendo o equipamento adequado, é possível realizar medições estáveis e precisas do pH da água pura.
A baixa condutividade e a capacidade limitada de tamponamento da água pura de baixa força iônica fazem com que os eletrodos de pH se desviem, produzindo resultados não reprodutíveis e imprecisos. Os problemas comuns são grandes desvios, sensibilidade inaceitável ao fluxo e baixa compensação de temperatura. O ruído elétrico e a interferência complicam ainda mais a situação. Certas propriedades da água pura afetam negativamente a capacidade de obter uma medição de pH confiável. Durante muitos anos, acreditou-se que essas propriedades não poderiam ser superadas de forma satisfatória para se obter a precisão e a confiabilidade de medição desejadas. As áreas mais afetadas pelas propriedades da água pura incluem:
- Estabilidade do eletrodo de referência
- Resposta do eletrodo de vidro
- Ruído elétrico
- Requisitos especiais de T.C.
Detalhes
Um potencial é desenvolvido na junção de referência quando duas soluções diferentes entram em contato uma com a outra. Isso é chamado de gradiente de difusão. A razão para esse gradiente indesejado é a transferência de íons em taxas diferentes devido às variações de fluxo. Isso pode causar potencial de referência instável e medição anômala de pH. A contaminação do processo também pode gerar esses erros na medição do pH.
A junção líquida do eletrodo de referência tende a desenvolver um potencial de difusão apreciável como resultado das diferenças extremamente grandes na concentração de íons entre o processo e a solução de preenchimento do eletrodo de referência.
O potencial de junção resultante pode ser tão alto quanto 20-40 milivolts (aproximadamente 0,5 pH). Qualquer alteração nesse potencial aparecerá como um valor de pH irregular e flutuante.
Parecerá que há uma alteração no pH do processo, mas essa alteração é falsa, pois é causada pelo potencial de junção (Figura 1). O esgotamento ou a diluição da solução de preenchimento de referência ocorre muito mais rapidamente em água de alta pureza, fazendo com que o potencial de referência se torne instável e a medição não seja confiável.
Como não há íons condutores na água de alta pureza, é necessário estabelecer um caminho físico de solução de referência condutora do eletrodo de referência para o eletrodo de vidro para que o circuito de medição seja concluído. Se não houver íons fornecidos pelo eletrodo de referência (eles foram esgotados), não haverá referência estável a partir da qual se possa fazer a medição.
Contra-medida:
Essas anomalias podem ser minimizadas ou removidas mantendo-se um fluxo constante em um sensor de referência de "pressão positiva", como o exclusivo sistema de fole no eletrodo de referência. O fole embutido garante a equalização imediata da pressão interna com a pressão externa, tornando o sensor praticamente insensível às variações externas de pressão/fluxo. Uma leve sobrepressão causada pela tensão do fole impede a entrada de fluidos e mantém um fluxo de íons positivos para fora do sensor. Esse recurso é de particular interesse em aplicações de água pura.
Como a água pura é um mau condutor elétrico, pois a condutividade é muito baixa, ela cria uma carga estática ao passar por materiais não condutores que afetam o sensor de referência de pH. Essa carga estática criará correntes parasitas, resultando em leituras erráticas de pH.
A água pura tem um valor de condutividade de 0,055 µS (18,2 Mohm) a 25ºC. Essa resistência do líquido pode levar à formação de cargas estáticas na superfície. Isso pode gerar "potenciais de fluxo" (correntes parasitas que podem imitar o pH) na solução, o que pode causar grandes erros ou, pelo menos, ruído excessivo nas leituras. Um eletrodo de baixa impedância, bem blindado e aterrado pode reduzir esses erros a um valor mínimo, geralmente inferior a ±0,05 unidades de pH. Como a resistência elétrica de uma célula de medição típica é muito alta, os componentes eletrônicos usados para medir o potencial da célula são muito suscetíveis a fatores de interferência adicionais - captação de ruídos elétricos estranhos e efeitos de capacitância manual. Essas cargas estáticas, chamadas de potenciais de fluxo ou de atrito, são comparáveis à fricção de uma haste de vidro (eletrodo de vidro) com um pano de lã (a água). Essa alta resistência também aumenta a sensibilidade do loop de medição às fontes de ruído elétrico ao redor.
Contra-medida:
Recomenda-se o uso de um sensor de pH com um eletrodo de aterramento de líquido combinado com um transmissor de pH de amplificador duplo. Essa configuração garante que os sinais do eletrodo de medição e de referência sejam amplificados separadamente em relação ao contato do terra líquido. Isso proporciona a melhor imunidade a ruídos e correntes parasitas e, portanto, leituras de pH confiáveis e estáveis.
Outro problema envolve a capacidade de tamponamento da água pura, que é muito baixa. Quando a água pura é exposta ao ar, ocorre a absorção de dióxido de carbono (CO2), causando uma diminuição na leitura do pH. Dependendo da temperatura e da pressão, o pH da água pura pode cair para até 6,2. Deve-se evitar levar amostras para um medidor de laboratório porque o CO2 atmosférico contaminará a amostra. Além disso, a compensação da temperatura da água pura deve ser levada em conta.
Há dois efeitos principais da temperatura que devem ser tratados para estabelecer uma representação realmente precisa do pH em água de alta pureza. O compensador de temperatura automático padrão corrige apenas um deles, geralmente chamado de "correção Nernstiana ou de eletrodo".
Sua magnitude é determinada diretamente, usando a Equação de Nernst, que descreve a operação do eletrodo de vidro que é independente da natureza do fluido do processo. Em termos simples, a Equação de Nernst afirma que, à medida que a temperatura de um eletrodo de vidro aumenta, sua tensão de saída aumenta, embora o pH real da solução medida possa permanecer o mesmo. O efeito é mínimo em um pH de 7 ou próximo a ele e aumenta linearmente acima e abaixo de um pH de 7.
O segundo efeito é conhecido como "correção da constante de equilíbrio ou dissociação". Embora esse efeito seja geralmente muito menor em magnitude, ele pode se tornar significativo.
Todas as soluções respondem às mudanças de temperatura de uma maneira específica (constante de dissociação). Dependendo da solução, essa resposta pode estar relacionada a mudanças no pH ou na condutividade. A constante de dissociação da água pura é de 0,172 pH/10ºC. Isso significa que a 50 ºC a água pura tem um pH de 6,61, enquanto a 0 ºC ela terá um valor de 7,47 pH. A quantidade de mudança de temperatura envolvida e a natureza crítica da medição determinam se esse efeito deve ser compensado ou não. (Figura 8)
Muitos dos problemas associados ao pH de alta pureza podem ser reduzidos ou eliminados por meio da consideração cuidadosa desses aspectos críticos do circuito de medição de pH.
Introdução ao sensor Bellomatic
Com anos de experiência e design inovador, a Yokogawa desenvolveu soluções para os problemas discutidos anteriormente. Os altos potenciais de difusão do eletrodo de referência podem ser superados com o uso de um eletrodo do tipo pressão positiva. Um desses eletrodos, chamado de "Bellomatic", foi desenvolvido (Figura 9).
Utilizando um grande reservatório recarregável, o eletrodo fornece uma taxa de fluxo constante de eletrólito de referência. Isso proporciona uma vida útil mais longa e econômica do que a proporcionada por eletrodos de referência fixos. Além disso, o eletrodo é independente dos efeitos da pressão do processo. Portanto, não é necessário o uso de pressão de ar independente (como é usado com a ponte de sal). A pressão positiva que o fole autoajustável cria evita entupimentos e incrustações, compensa os picos de pressão do processo e evita a migração do processo.
Introdução ao sensor All-in-One FU24 pH/ORP
Uma alternativa a um eletrodo de vidro e de referência separados é um eletrodo combinado com a capacidade de pressurizar a parte de referência. Além dos benefícios já mencionados, a proximidade dos dois elementos de medição ajuda a garantir a continuidade do circuito do eletrodo. O FU24, que incorpora o bem-sucedido sistema de fole patenteado em um corpo All-in-one, é a solução ideal.
O FU24 foi originalmente desenvolvido para aplicações químicas severas, nas quais grandes variações de temperatura/pressão resultam no esgotamento precoce da câmara de referência dos sensores, no desvio subsequente do sinal e, finalmente, na perda de funcionalidade.
Projetado com um fole interno, uma grande câmara de referência e uma sonda de referência de longa duração, a vida útil esperada do sensor foi calculada em cerca de 20 anos a 20 °C em água desmineralizada.
Outros testes de laboratório (D&E 2010-015 e D&E 2011-020) e testes de campo (D&E 2012-022) indicam que o FU24 também tem um desempenho muito bom em aplicações de água pura. Os resultados foram reunidos em um documento TNA1502, mas um resumo dos resultados é mencionado abaixo.
Downloads
Especificações Gerais
- SM23 Industrial electrodes for single pNa measurement (931 KB)
- Model SC29 Industrial Redox Electrodes (930 KB)
- SM60 Industrial electrodes for temperature measurement (805 KB)
- Model SR20 Single reference electrode (pH) (1.1 MB)
- Model SM21 Industrial pH Electrodes (740 KB)
- Model SC21 Industrial pH Electrodes (950 KB)
Certificados
- Declaração da CE para SM21, SR20 e SM60
- Declaração de conformidade UE-Reino Unido SM21_SM23 2022-10-03 (126 KB)
- Declaração de fabricação SC21 (91 KB)
- Declaração de Fabricação SC29 (85 KB)
- Declaração de fabricação SM21 (86 KB)
- Declaração de fabricação SM60-T1 (76 KB)
- Declaração de fabricação SR20 (82 KB)
- DEKRA 11ATEX0014X-Iss2-E FU20, FU24, SC24V e SC25V (308 KB)
- IECEx_DEK_11_0064X_Iss1 FU20, FU24, SC24V e SC25V (868 KB)
- FM20CA0062X FU20, FU24, SC25V, SC4A, SC42, SX42 (390 KB)
- FM20US0123X FU20, FU24, SC25V, SC4A, SC42, SX42 (410 KB)
Vídeos
O FU24 é um sensor de pH e ORP completo, fabricado com um corpo de PPS 40GF resistente a produtos químicos para aplicações de pH severo. Ele é particularmente útil em aplicações com pressão e/ou temperatura flutuantes. Esses processos reduzem a vida útil do sensor porque os fluidos do processo entram e saem do sensor sob a influência de frequentes flutuações de pressão e/ou temperatura. Isso resulta em rápida dessalinização e diluição do eletrólito de referência, o que, por sua vez, altera a tensão de referência, causando uma medição de pH instável.
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