Boletín Científico Técnico INIMET ISSN: Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología. Cuba

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1 Boletín Científico Técnico INIMET ISSN: Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología Cuba Pedro Valdés, Sandra; Valdivia Medina, Rodes Yanet; Ramírez Guanche, Orestes Trazabilidad de las mediciones en ph y conductividad electrolítica Boletín Científico Técnico INIMET,, 2006 Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología Ciudad de La Habana, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 En la actualidad en el país no se asegura la trazabilidad de estas magnitudes ya que tienen que ser vistas como un sistema completo (instrumento de medición electrodo, para las mediciones de ph e instrumento de medición celda, para las mediciones de conductividad electrolítica), por lo tanto, en este trabajo se proporciona información clave TRAZABILIDAD EN LAS MEDICIONES DE PH Y CONDUCTIVIDAD ELECTROLÍTICA Autores: Lic. Sandra Pedro Valdés. Jefa del Laboratorio de Físico-Químico Lic. Rodes Yanet Valdivia Medina. Téc M. Orestes Ramírez Guanche Instituto Nacional de Investigaciones en Metrología ( INIMET)-NC-CITMA E mail: sandra@inimet.cu RESUMEN El concepto de trazabilidad es vital para la Metrología, el cual desde hace algún tiempo se ha venido aplicando a los resultados obtenidos en las mediciones de magnitudes físicas. En las mediciones químicas la aplicación del concepto de trazabilidad ha sido de manera muy limitada. Los Materiales de Referencia Certificados son ampliamente usados para la calibración de instrumentos de medición, para la evaluación de los métodos analíticos o de ensayos y para el aseguramiento de la calidad a largo plazo de las mediciones, además, juegan un papel importante en las actividades nacionales e internacionales de normalización, en los ensayos de aptitud y en la acreditación de laboratorios. En este trabajo se proporcionan las tres variantes posibles para asegurar la trazabilidad de las mediciones de ph y de conductividad electrolítica en el país, a través del desarrollo del Patrón Primario o Patrón Secundario, ó a través de la adquisición de los MRC Secundarios trazables al Método Secundario de Medición. Palabras clave: Trazabilidad, Método Primario, Material de Referencia Primario, Esquemas de Trazabilidad, Material de Referencia Certificado, Calibración. INTRODUCCION En la primera reunión del CCQM (Comité Consultivo para la Cantidad de Sustancia) en el año de 1995, fueron propuestas las definiciones de Método Primario de Medición y Material de Referencia (MR) Primario (este último se define como aquel que tiene la más alta calidad metrológica y cuyo valor se determina por medio de un método primario). Estas definiciones proporcionan lineamientos claros para establecer los esquemas de trazabilidad en las mediciones químicas de una manera similar al de las demás magnitudes del Sistema Internacional de Unidades (SI). Es, por lo tanto, indispensable disponer de Materiales de Referencia Certificados (MRC) confiables y con una cadena de trazabilidad clara y válida. El primer eslabón de la cadena de trazabilidad es el Método Primario de Medición a través del cual se disemina la unidad de medida de ph y conductividad electrolítica hacia los eslabones más bajos. Los Materiales de Referencia de ph más comunes son soluciones acuosas de sales que presentan características amortiguadoras y los materiales de referencia más comunes en conductividad electrolítica son soluciones acuosas de cloruro de potasio que son certificadas en forma absoluta por Institutos Nacionales de Metrología que cuentan con un Sistema de Medición Primario llamado Celda de Harned para las mediciones de ph y Celda Jones ó Celda de Conductividad Primaria de material cerámico no poroso, para las mediciones de conductividad electrolítica. Tanto el ph como la conductividad electrolítica son parámetros que influyen e intervienen en los procesos de producción, investigación, ensayos de laboratorios, entre otros, en diversos sectores de la economía.

3 más difundidas en los laboratorios químicos es la de ph, utilizando electrodos de vidrio. En los laboratorios de ensayos clínicos y de centros de investigación se mide cotidianamente el ph de un gran número y variedad de muestras tales como: agua, aguas residuales, sangre, medios de cultivo, vacunas, medicamentos, azucares, alimentos, productos biológicos, etc. En la química analítica e industrial un adecuado control de ph puede ser esencial en la determinación del curso de reacciones de precipitación y de la electrodeposición de metales. Estudios fisicoquímicos de cinética de reacción y equilibrio químico a veces requiere soluciones para ser mantenido a un ph definido. Para cinética, equilibrio y estudio fisiológicos a veces es deseable hacer mediciones sobre un intervalo controlado de valores de ph, o sea, la medición y control de la acidez y alcalinidad son frecuentemente esenciales tanto en procesos industriales como en la investigación. Las mediciones de ph se realizan potenciométricamente con un sistema que incluye un electrodo de vidrio sensible a los iones hidrógeno. La respuesta del electrodo de vidrio debe conocerse realizando una calibración con MRC. En la Fig. 2, en el 1. Nivel, la definición de la unidad se realiza partiendo del Método Primario que se logra contando con el Patrón Primario que no es más que un Sistema Electroquímico Primario de medición formado por la Celda Harned Fig.) [1] y el electrodo de hidrógeno con una incertidumbre expandida U(pH)=0,002, establecido en los procedimientos adoptados por los Institutos Nacionales de Metrología y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), logrando obtener el MRC Primario). En el 2. Nivel se encuentra el Método Secundario que está compuesto por la Celda Diferencial Potenciométrica y el electrodo de hidrógeno, a partir del cual se obtienen los MRC Secundarios con un ligero aumento de la incertidumbre expandida U(pH)=0,003. En el 3. Nivel con el uso de los MRC Secundarios Tabla 1 se mide el Sistema de Electrodo de Vidrio empleando el Método de Campo obteniéndose una incertidumbre expandida U(pH)=0,01. [4, 5,9] En ph los MRC Primarios son soluciones acuosas de sales con características amortiguadoras [1], que son certificadas en forma absoluta por Institutos Nacionales de Metrología, entre estos podemos citar al NIST-Estados Unidos; PTB-Alemania; INMETRO-Brasil; CENAM-México; NIM-China; NCM-Bulgaria; NMIJ-Japón; KRISS-Korea; GUM-Polonia.

4 Fig. 2 Esquema de trazabilidad de la magnitud física: actividad del ión hidrogeno

5 Tabla 1 MRC Primarios y Secundarios de ph Características de algunos MRC Primarios de ph MRC Primario de ph a 25 C Incertidumbre (k=2 y P? 95 %) 1,680 (0,003 a 0,004) ph 3,557 (0,003 a 0,004) ph 4,005 (0,003 a 0,004) ph 6,865 (0,003 a 0,004) ph 7,413 (0,003 a 0,004) ph 9,180 (0,003 a 0,004) ph 10,012 (0,003 a 0,004) ph Características de algunos MRC Secundarios de ph MRC Secundario de ph a 25 C Incertidumbre (k=2 y P? 95 %) 1,68 (0,01 a 0,02) ph 4,00 (0,01 a 0,02) ph 6,86 (0,01 a 0,02) ph 9,18 (0,01 a 0,02) ph 10,06 (0,01 a 0,02) ph La conductividad electrolítica se define como la capacidad de una solución para conducir la electricidad [2,12]. Es uno de los parámetros mas medidos en la industrias: farmacéutica, alimenticia, azucarera, el sector eléctrico, entre otras aplicaciones. Esta magnitud física está extensamente relacionada con los ensayos para el control de la contaminación en aguas y aguas residuales, para la determinación de la pureza del agua usada para la fabricación de vacunas en el campo de la biotecnología y otros sectores, así como para inyectables en la industria farmacéutica, también se determina el contenido de cenizas en la industria azucarera, alimenticia y del petróleo. En la (Fig. 4) se muestra la estructura de la trazabilidad para las mediciones de conductividad electrolítica. En el 1. Nivel, la definición de la unidad se realiza partiendo del Método Primario que se logra contando con el Patrón Primario que no es más que un Sistema Electroquímico Primario de medición formado por la Celda Jones ó la Celda de Conductividad Primaria de material cerámico no poroso (Fig. 3) con una incertidumbre expandida U = 0,3 µs/cm, establecido en los procedimientos adoptados por los Institutos Nacionales de Metrología y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), logrando obtener el MRC Primario (tabla 2). En el 2. Nivel se encuentra el Método Secundario que se está compuesto por la Celda de Conductividad Comercial, a partir del cual se obtienen los MRC Secundarios con un aumento de la incertidumbre expandida U = 1,4 µs/cm (Tabla 2). En el 3. Nivel con el uso de los MRC Secundarios se mide el Sistema de Celda Electrolítica empleando el Método de Campo obteniéndose una incertidumbre expandida U > 4,0 µs/cm.[ 6,7,8]

6 Fig. 3 Celda Primaria de Conductividad electrolítica

7 Fig.4 Esquema de Trazabilidad Magnitud física: conductividad electrolítica Tabla 2 MRC Primarios y Secundarios de conductividad electrolítica Características de algunos MRC Primarios de Conductividad electrolítica MRC Primarios de Conductividad Electrolítica Incertidumbre k=2

8 Existen actualmente tres MRC primarios para la conductividad electrolítica que están reconocidos por la IUPAC [10] y la OIML Molality-based primary standards of electrolytic conductivity. Los MR más comunes son soluciones acuosas de cloruro de potasio que son certificadas con métodos absolutos por Institutos Nacionales de Metrología, ejemplo tenemos el NIST-Estados Unidos. Este Sistema de Medición Primario es la Celda Jones.[2]; en PTB-Alemania y en el CENAM-México cuentan con un Sistema de Medición Primario con una Celda de Conductividad Primaria de material cerámico no poroso. Otros laboratorios que tienen Sistema de Medición Primario son: CMI Checoslovaquia; GUM-Polonia; SMU-Eslovaquia; UkrCSM-Ucrania; DFM-Dinamarca, entre otros. Debido a que no es práctico preparar los MRC primarios, los MRC secundarios son empleados para calibrar las constantes de celda.[11] CONCLUSIONES En las magnitudes: actividad del ión hidrogeno y conductividad electrolítica, la única manera de asegurar la trazabilidad del resultado de las mediciones al SI de unidades es a través de los MRC Primarios y Secundarios, los cuales se obtienen partiendo del Método Primario y/o Secundario respectivamente, que permite establecer una cadena de trazabilidad completa. Lograr el desarrollo de los Patrones Nacionales en ambas magnitudes, conllevaría a crear una infraestructura metrológica desde el punto de vista material, documental y de recursos humanos; así como, poder declarar las capacidades de medición de incertidumbre comparable a nivel internacional que serán evidenciadas a partir de intercomparaciones claves y otras actividades internacionales; exigidas por los Acuerdos de Reconocimiento.

9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS [1] IUPAC Measurement of ph. Definition, standards, and procedures (IUPAC Recommendations 2002) [2] IUPAC Molality-based primary standards of electrolytic conductivity (IUPAC Technical Report) [3] Richter W, Establishing traceability for Chemical Measurement, 166. Seminar PTB, 2001, Germany. [4] Spitzer. P, Werner B, Improved reliability of ph measurements, 166. Seminar PTB, 2001, Germany. [5] Vyskoĉil L, Máriássy M, Mathiasová A, ph- measurement and traceability in Slovakia, 166. Seminar PTB, 2001, Slovakia. [6] Jensen H, Sørensen J,Electrolytic conductivity at DFM- result and experiences, 146. PTB Seminar, 2000, Denmark. [7] Spitzer. P, Sundmeier U, Electrolytic conductivity- a new field of activities at PTB,146. PTB Seminar, 2000, Germany. [8] Löffler F, Design and production of the electric conductivity cell, 146. PTB Seminar, 2000, Germany. [9] RI 54 OIML, ph Scale for Aqueous Solution, [10]RI 56 OIML, Standard Solutions Reproducing the Conductivity of Electrolytes, [11] RI 68 OIML, Calibration method for conductivity cells, [12] Monroy M, Reyes del Valle A, Estimación de incertidumbre en mediciones de ph y conductividad electrolítica, CENAM, BIBLIOGRAFIA [1] NC ISO Guía 30, Términos y definiciones usados en relación con los materiales de referencia, ONN, La Habana, Cuba, [2] NC ISO Guía 31, contenido de los certificados de los materiales de referencia, ONN, La Habana, Cuba, [3] NC ISO Guía 32, Calibración en química analítica y uso de los materiales de referencia certificados. ONN, La Habana, Cuba, [4] NC ISO Guía 33, Uso de los materiales de referencia certificados. ONN, La Habana, Cuba, [5] NC ISO Guía 34, Lineamientos del sistema de calidad para la producción de materiales de referencia, ONN, La Habana, Cuba, [[6] NC ISO/IEC 17025, Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración, ONN, La Habana, Cuba, [7] NC OIML- V2 Vocabulario Internacional de términos generales y básicos de Metrología, [8] CENAM, Trazabilidad en las mediciones químicas, 2002.