Agua ultrapura (UPW), agua para inyección (WFI), agua de gran pureza y agua desionizada (DI) son términos que describen básicamente la misma propiedad. Se refieren al agua que se ha purificado según los estándares más elevados mediante la eliminación de todos los contaminantes, como compuestos orgánicos e inorgánicos, materia disuelta y en partículas, volátiles y no volátiles, reactivos e inertes, hidrófilos e hidrófobos y gases disueltos. El agua purificada tiene una conductividad muy baja, lo que significa que es muy resistente porque se han eliminado todos los componentes conductores. Combinadas con la susceptibilidad a la contaminación y los efectos de la temperatura, las soluciones de baja conductividad hacen que sea muy difícil conseguir una medición precisa del pH. Aunque conseguir lecturas precisas y fiables con un analizador de pH tradicional es todo un reto, si se comprenden las causas de las dificultades en las mediciones de pH y se dispone del equipo adecuado, se podrá lograr una medición estable y precisa del pH del agua pura.
La baja conductividad y la limitada capacidad de amortiguación del agua pura de baja fuerza iónica hacen que los electrodos de pH se desvíen, produciendo resultados no reproducibles e inexactos. Los problemas habituales son una gran deriva, una sensibilidad al flujo inaceptable y una mala compensación de la temperatura. El ruido eléctrico y las interferencias complican aún más las cosas. Ciertas propiedades del agua pura afectan negativamente a la capacidad de obtener una medición fiable del pH. Durante muchos años se creyó que estas propiedades no podían superarse satisfactoriamente para conseguir la precisión y fiabilidad de medición deseadas. Las áreas más afectadas por las propiedades del agua pura incluyen:
- Estabilidad del electrodo de referencia
- Respuesta del electrodo de vidrio
- Ruido eléctrico
- Requisitos especiales del T.C.
Detalles
Se desarrolla un potencial en la unión de referencia cuando dos soluciones diferentes entran en contacto. Esto se denomina gradiente de difusión. La razón de este gradiente no deseado es la transferencia de iones a diferentes velocidades debido a las variaciones de flujo. Esto puede causar un potencial de referencia inestable y una medición anómala del pH. La contaminación del proceso también puede generar estos errores en la medición del pH.
La unión líquida del electrodo de referencia tiende a desarrollar un potencial de difusión apreciable como resultado de las diferencias extremadamente grandes en la concentración de iones entre el proceso y la solución de relleno del electrodo de referencia.
El potencial de unión resultante puede ser de hasta 20-40 milivoltios (aproximadamente 0,5 pH). Cualquier cambio en este potencial se mostrará como un valor de pH errático y a la deriva.
Parecerá que hay un cambio en el pH del proceso, pero este cambio es falso ya que está causado por el potencial de unión (Figura 1). El agotamiento o dilución de la solución de llenado de referencia se produce mucho más rápidamente en agua de alta pureza, lo que provoca que el potencial de referencia se vuelva inestable y la medición poco fiable.
Puesto que no hay iones conductores en el agua de alta pureza, debe establecerse una ruta física de solución de referencia conductora desde el electrodo de referencia hasta el electrodo de vidrio para que el circuito de medición esté completo. Si no hay iones procedentes del electrodo de referencia (se han agotado), no habrá una referencia estable a partir de la cual realizar la medición.
Contramedida:
Estas anomalías pueden minimizarse o eliminarse manteniendo un flujo constante a través de un sensor de referencia de "presión positiva", como el exclusivo sistema de fuelle del electrodo de referencia. El fuelle incorporado garantiza la igualación inmediata de la presión interior a la presión exterior, lo que hace que el sensor sea prácticamente insensible a las variaciones de presión/flujo externas. Una ligera sobrepresión causada por la tensión del fuelle impide la entrada de fluidos y mantiene un flujo de iones positivo fuera del sensor. Esta característica es de especial interés en aplicaciones de agua pura.
Dado que el agua pura es un mal conductor eléctrico porque su conductividad es muy baja, crea una carga estática al pasar por materiales no conductores que afecta al sensor de referencia de pH. Esta carga estática creará corrientes parásitas que darán lugar a lecturas erráticas del pH.
El agua pura tiene un valor de conductividad de 0,055 µS (18,2 Mohm) a 25ºC. Esta resistencia del líquido puede provocar la formación de cargas estáticas superficiales. Esto puede generar "potenciales de flujo" (corrientes parásitas que pueden imitar el pH) en la solución, lo que puede provocar grandes errores o, al menos, un ruido excesivo en las lecturas. Un electrodo de baja impedancia, bien blindado y conectado a tierra puede reducir estos errores a un valor mínimo, normalmente inferior a ±0,05 unidades de pH. Debido a que la resistencia eléctrica de una célula de medición típica es tan alta, los componentes electrónicos utilizados para medir el potencial de la célula son muy susceptibles a factores de interferencia adicionales: captación de ruidos eléctricos extraños y efectos de capacitancia manual. Estas cargas estáticas, denominadas potenciales de flujo o de fricción, son comparables a frotar una varilla de vidrio (electrodo de vidrio) con un paño de lana (el agua). Esta alta resistencia también aumenta la sensibilidad del bucle de medición a las fuentes de ruido eléctrico circundantes.
Contramedida:
Se recomienda utilizar un sensor de pH con un electrodo de tierra líquido combinado con un transmisor de pH de doble amplificador. Esta configuración garantiza que las señales del electrodo de medición y del electrodo de referencia se amplifiquen por separado contra el contacto de tierra líquida. Esto proporciona la mejor inmunidad al ruido y a las corrientes parásitas y, por tanto, lecturas de pH fiables y estables.
Otro problema tiene que ver con la capacidad de amortiguación del agua pura, que es muy baja. Cuando el agua pura se expone al aire, se produce la absorción de dióxido de carbono (CO2), lo que provoca una disminución de la lectura del pH. Dependiendo de la temperatura y la presión, el pH del agua pura puede descender hasta 6,2. Debe evitarse llevar muestras a un medidor de laboratorio porque el CO2 atmosférico contaminará la muestra. Además, debe tenerse en cuenta la compensación de temperatura del agua pura.
Hay dos efectos principales de la temperatura que deben tenerse en cuenta para establecer una representación verdaderamente exacta del pH en agua de alta pureza. El compensador automático de temperatura estándar sólo corrige uno de ellos, a menudo denominado "corrección nernstiana o del electrodo."
Su magnitud se determina directamente, utilizando la Ecuación de Nernst que describe ese funcionamiento del electrodo de vidrio que es independiente de la naturaleza del fluido del proceso. En pocas palabras, la Ecuación de Nernst establece que a medida que aumenta la temperatura de un electrodo de vidrio, aumenta su tensión de salida, aunque el pH real de la solución medida siga siendo el mismo. El efecto es mínimo a un pH de 7 o cerca de él y aumenta linealmente por encima y por debajo de ese valor.
El segundo efecto se conoce como "corrección de la constante de equilibrio o disociación" y, aunque su magnitud suele ser mucho menor, puede llegar a ser importante.
Todas las soluciones responden a los cambios de temperatura de una manera específica (constante de disociación). Dependiendo de la solución, esta respuesta puede estar relacionada con cambios en el pH o en la conductividad. La constante de disociación del agua pura es 0,172 pH/10ºC. Esto significa que a 50 ºC el agua pura tiene un pH de 6,61, mientras que a 0 ºC tendrá un valor de 7,47 pH. La cantidad de cambio de temperatura implicada y la naturaleza crítica de la medición dictan si este efecto debe compensarse o no. (Figura 8)
Muchos de los problemas asociados con el pH de alta pureza pueden reducirse o eliminarse mediante una cuidadosa consideración de estos aspectos críticos del bucle de medición del pH.
Introducción al sensor Bellomatic
Gracias a años de experiencia y a un diseño innovador, Yokogawa ha desarrollado soluciones para los problemas comentados anteriormente. Los altos potenciales de difusión del electrodo de referencia pueden superarse utilizando un electrodo de presión positiva. Se ha desarrollado un electrodo de este tipo, denominado "Bellomatic" (Figura 9).
Utilizando un gran depósito rellenable, el electrodo proporciona un caudal constante de electrolito de referencia. Esto proporciona una vida útil más larga y económica que la que pueden proporcionar los electrodos de referencia fijos. Además, el electrodo es independiente de los efectos de la presión del proceso. Por lo tanto, no se requiere el uso de presión de aire independiente (como se utiliza con el puente de asalto). La presión positiva que crea el fuelle autoajustable evita el taponamiento y el ensuciamiento, compensa los picos de presión del proceso y evita la migración del proceso.
Introducción al sensor todo en uno FU24 pH/ORP
Una alternativa a los electrodos de vidrio y de referencia separados es un electrodo combinado con capacidad para presurizar la parte de referencia. Además de las ventajas ya mencionadas, la proximidad de los dos elementos de medición ayuda a asegurar la continuidad del circuito del electrodo. El FU24, que incorpora el exitoso sistema de fuelle patentado en un cuerpo todo en uno, es la solución ideal.
El FU24 se desarrolló originalmente para aplicaciones químicas exigentes en las que las grandes variaciones de temperatura/presión provocan el agotamiento prematuro de la cámara de referencia de los sensores, la consiguiente desviación de la señal y, finalmente, la pérdida de funcionalidad.
Diseñado con un fuelle interno, una gran cámara de referencia y una sonda de referencia de larga duración, la vida útil prevista del sensor se calculó en unos 20 años a 20° C en agua desmineralizada.
Otras pruebas de laboratorio (D&E 2010-015 y D&E 2011-020) y de campo (D&E 2012-022) indican que el FU24 también funciona muy bien en aplicaciones de agua pura. Los resultados se han recogido en el documento TNA1502, aunque a continuación se ofrece un resumen de los mismos.
Descargas
Especificaciones Generales
- 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
- SM21, SR20 y SM60 Declaración CE
- EU_UK Declaration of Conformity SM21_SM23 2022-10-03 (126 KB)
- Manufacturing Statement SC21 (91 KB)
- Manufacturing Statement SC29 (85 KB)
- Manufacturing Statement SM21 (86 KB)
- Manufacturing Statement SM60-T1 (76 KB)
- Manufacturing Statement SR20 (82 KB)
- DEKRA 11ATEX0014X-Iss2-E FU20, FU24, SC24V and SC25V (308 KB)
- IECEx_DEK_11_0064X_Iss1 FU20, FU24, SC24V and SC25V (868 KB)
- FM20CA0062X FU20, FU24, SC25V, SC4A, SC42, SX42 (390 KB)
- FM20US0123X FU20, FU24, SC25V, SC4A, SC42, SX42 (410 KB)
Vídeos
El FU24 es un sensor de pH y ORP todo en uno fabricado con un cuerpo de PPS 40GF resistente a productos químicos para aplicaciones de pH exigentes. Es especialmente útil en aplicaciones con fluctuaciones de presión y/o temperatura. Estos procesos acortan la vida útil del sensor porque los fluidos del proceso entran y salen del sensor bajo la influencia de las frecuentes fluctuaciones de presión y/o temperatura. Esto provoca una rápida desalinización y dilución del electrolito de referencia, lo que a su vez modifica la tensión de referencia y provoca una medición de pH a la deriva.
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