Todo lo que desea (y necesita) saber sobre los electrodos de ion selectivo de nitrato

Los electrodos de iones selectivos pueden parecer intimidantes, pero al tener una mejor idea de cómo funcionan, y las mejores formas de usarlos y cuidarlos, puede prevenir muchos problemas comunes que otros han encontrado.

Cómo funcionan los electrodos ISE

Existen diferentes diseños de sensores para diferentes tipos de ISE. El ion que desea determinar (en este caso, nitrato) determinará la elección de diseño y tecnología del sensor adecuado.

Los ISE de nitrato utilizan un sensor de membrana polimérica, también conocido como membrana líquida; este sensor contiene intercambiadores de iones orgánicos incrustados en esta membrana. Estos intercambiadores de iones son selectivos para los iones de nitrato, pero otros iones de carga y tamaño similares pueden interferir si se encuentran presentes en la muestra en grandes concentraciones en relación con lo que se desea analizar.

Para ayudar a anticipar cualquier interferencia potencial en la muestra, se debe tener en cuenta que estas membranas no son 100% específicas para el ion en particular para el que fueron diseñadas. Las interferencias potenciales, de mayor a menor, incluyen: perclorato, yoduro, nitrito, carbonato, cloruro y fluoruro. Es importante que no haya disolventes orgánicos en la muestra, ya que estos pueden dañar la membrana.

Consejo de Hanna: Asegúrese de consultar su manual de ISE para ver si hay interferencias y otros detalles.

Sin embargo, algunas interferencias pueden permitir que el electrodo se utilice para medir otras sustancias, como los tensoactivos aniónicos y catiónicos.

Portadores de iones.

Los portadores de iones en la membrana deben tener afinidad por los iones de interés para que el electrodo funcione. Cuando estos portadores se unen un ion y lo transportan a través o dentro de la membrana, se genera un potencial eléctrico (respuesta en mV).

Cuando se compara con el potencial de referencia constante generado por el electrodo de referencia, la concentración de los iones de nitrato se puede determinar utilizando la ecuación de Nernst. Si está familiarizado con como el electrodo de pH usa esta ecuación, este funciona de la misma manera para los electrodos de iones selectivos.

Cuando usamos un ISE de nitrato

Existen algunas aplicaciones en las que los ISE de nitrato se utilizan normalmente para mediciones directas o titulaciones. Las aplicaciones más comunes son en aguas residuales y aguas potables, ambientales y agrícolas, y los surfactantes en limpiadores y desinfectantes.

1. Agua potable y aguas residuales

Es importante poder medir directamente el nitrato en agua y aguas residuales. Es necesario controlar los niveles de nitrato en agua potable ya que la USEPA ha establecido un límite máximo de contaminantes de 10 mg/L. Las concentraciones por encima de esto pueden causar efectos negativos para la salud. El nitrato llega al agua subterránea a través de la escorrentía de la agricultura, las fugas de agua o puede ocurrir naturalmente.

También es importante medir el nitrato en aguas residuales, esto asegura que el agua descargada no contiene niveles que puedan dañar el medio ambiente o las fuentes de agua potable. Para realizar pruebas de nitrato en agua, se puede utilizar un ISE de nitrato con los Métodos Estándares para la Examinación de Agua y Aguas Residuales 4500-NO3-D.

2. Medio ambiente y agricultura

La capacidad de tomar mediciones directas de nitratos muestras de agua y suelo es excelente para fines de pruebas ambientales y agrícolas. Los niveles de nitrato en el suelo afectan la productividad de los cultivos, por lo que es muy importante que los agricultores mantengan los niveles adecuados sin fertilizar en exceso, el cual puede provocar escorrentías y contaminación por fertilizantes en el medio ambiente.

Los nitratos se pueden acumular fácilmente en las fuentes de agua y provocar la proliferación de algas que impactan negativamente a los ecosistemas.

1. Surfactantes en limpiadores y desinfectantes

Los ISE de nitrato son útiles para medir surfactantes aniónicos y catiónicos en productos de limpieza. Dado que el electrodo ISE de nitrato responde a cambios en las concentraciones de surfactante, es posible utilizar estos electrodos para indicar el punto final en las titulaciones que involucran estos surfactantes.

Debido a la sensibilidad de los surfactantes, los ISE de nitrato se especifican en métodos estándar como ASTM D4261 o ASTM D5806 para medir surfactantes iónicos y catiónicos en una amplia gama de limpiadores, desde limpiadores de inodoros hasta desinfectantes de grado alimenticio.

Cuando se trata de usar el electrodo, existen diferentes formas de tomar mediciones y muchas practicas recomendadas para obtener los mejores resultados. Estas mejores prácticas incluyen: El uso de ajustadores de fuerza iónica, acondicionamiento del electrodo, agitación de los estándares y las muestras, calibración adecuada del electrodo y medición directa.

1. Utilice ajustadores de fuerza iónica

Cuando se utilizan electrodos de iones selectivos para mediciones directas, es necesario usar un Ajustador de Fuerza Iónica (ISA) o un ISA supresor de interferencias (ISISA). Por lo general, no se requiere un ISA cuando se realiza una titulación.

Los ISA fijan la actividad de los iones en una solución; esto permite la correlación del voltaje generado con la concentración de iones. La fuerza iónica de una solución afecta la relación entre la actividad iónica y la concentración, por lo que agregar un ISA minimiza la variación que puede ocurrir entre muestras sin un ISA. Además de fijar la fuerza iónica, un ISISA también forma complejos o elimina los iones que interfieren en la solución.

Si utiliza un ISA o ISISA, es importante que se agregue tanto a las muestras como a los estándares en la misma proporción. De lo contrario, las lecturas no serán exactas.

2. Siempre acondicione el electrodo

Colocar el electrodo en una solución estándar de nitrato diluida sin ISA es una buena práctica cuando se usa un sensor nuevo. El acondicionamiento del electrodo permite un tiempo de respuesta rápido y una buena calibración.

Esto es similar a cómo necesita mantener hidratado un el electrodo de pH. Al acondicionar el electrodo asegúrese de no dejarlo en el estándar por largos periodos de tiempo, ya que esto puede reducir la vida útil de la membrana.

Acondicionar el electrodo también es una buena práctica cuando se tienen lecturas inestables, lecturas muy desviadas o después de que realizar una medición en una muestra con altos niveles de iones. Para acondicionar la membrana correctamente, la concentración del estándar debe ser menor que la concentración de iones de las muestras que se analizan.

Se recomienda una solución estándar de nitrato 0.01M para el acondicionamiento. Sin embargo, si se van a medir intervalos más bajos, utilice un estándar más diluido.

1. Recuerde agitar sus estándares y muestras

Al Igual que cuando se toman mediciones de pH, la muestra requiere agitación al realizar una medición. La agitación constante ayuda a garantizar lecturas exactas.

Es importante que utilice un agitador tanto para la calibración como para la medición de la muestra, y que ambos se agiten a la misma velocidad. Una agitación más lenta o más rápida durante uno u otro puede afectar las lecturas. Usar un agitador magnético es una forma simple de asegurar que se tiene una velocidad de agitación constante.

Consejo de Hanna: Si un agitador genera calor, es importante mantener la muestra aislada para que el calor del motor no afecte la temperatura de la muestra. Esto puede cambiar la actividad de los iones y afectará las lecturas.

2. Calibre regularmente el electrodo.

Cuando se toman mediciones directas o cuando se usa un método incremental, es importante que el medidor esté calibrado correctamente. Asegurarse de que los estándares de calibración estén frescos garantizará que una calibración exacta.

También es importante utilizar estándares que abarquen el intervalo de medición de las muestras. Cubrir la muestra significa que se calibra usando un estándar con una concentración más baja que la muestra y un estándar con una concentración más alta que la muestra. Se requiere que las lecturas estén dentro del intervalo establecido por los estándares.

3. Pruebe la medición directa y adición conocida

Las mediciones directas de la concentración de nitratos en una muestra se pueden realizar de dos maneras.

En la primera, si conoce el valor aproximado de la solución, puede tomar una medición directa. Primero calibre el electrodo con un intervalo de estándares que incluya el valor esperado (como se indicó anteriormente), después tome la medición.

La segunda opción es el método de adición conocido. Esta manera es mejor si la concentración de la muestra es completamente desconocida o si se tiene muestra con niveles muy bajos de iones donde la respuesta de electrodo puede no ser lineal.

Al usar el método de adición conocido, un estándar agregado lleva la concentración a un nivel tal que el electrodo puede medir con mayor exactitud. La concentración se puede medir agregando un volumen conocido de un estándar de nitrato con concentración conocida, y después se utiliza el electrodo para medir los valores de mV de la muestra antes y después de la adición para calcular la concentración.

Cuidado y mantenimiento del ISE

El uso y cuidado correctos de un electrodo ISE son esenciales para asegurarse de que continúe funcionando correctamente. Existen tres precauciones principales que se puede tomar para garantizar una vida útil prolongada y mediciones más exactas: mantener el ISE lleno con la solución electrolítica de relleno, almacenar correctamente el electrodo y reemplazar la membrana cuando sea necesario.

1. Mantener el ISE lleno con la solución electrolítica de relleno

Uno de los aspectos más importantes de los electrodos es la solución de relleno de referencia. Tener cuidado de usar la solución correcta y mantenerla en el nivel adecuado le asegurará que el electrodo mantiene una tasa de flujo adecuada de la solución de relleno.

Siempre asegúrese de verificar el nivel de la solución de llenado antes de utilizarlo. Este nivel nunca debe estar a menos de 2-3 cm (~1”) por debajo del orificio de llenado. Además, la tapa de llenado siempre debe retirarse antes de la calibración y la medición.

Agregar suficiente electrolito ayuda a mantener una presión superior adecuada y una tasa de flujo constante que producirá mediciones más exactas. La mayoría de los ISE de nitrato usan un electrolito de sulfato de amonio como solución de relleno.

2. Guardar correctamente el electrodo

Almacenar el electrodo de forma correcta ayudará a que el sensor del electrodo dure más tiempo.

Pasos para el almacenamiento a corto plazo:

1. Complete la solución electrolítica de relleno
2. Atornille la tapa del orificio de relleno
3. Almacene el electrodo en posición vertical
4. Almacene el electrodo seco.

Pasos para un almacenamiento a largo plazo:

1. Drene la solución de relleno
2. Desensamble el electrodo
3. Enjuague con agua desionizada
4. Envuelva la unión de cerámica con una envoltura de sellado como Parafilm.
5. Recomendamos remover el módulo, almacenarlo en seco y en refrigeración. (La refrigeración reduce la velocidad de degradación del sensor y prolonga su tiempo de vida útil)

Consejo de Hanna: Es importante que al remover el modulo no tocar la membrana sensible, ya que esto puede dañarla.

3. Reemplazar la membrana con regularidad

La vida útil del módulo de detección variará dependiendo de la frecuencia con la que se use, los tipos de muestras en las que se use y como se almacene. Debido a estas variables, los módulos pueden durar entre 3 y 6 meses de mediciones de rutina.

La mejor forma de comprobar el estado del módulo sensor es realizando una verificación de la pendiente. Esto involucra tres sencillos pasos:

1. Llenar el vaso con 100 mL de agua desionizada y 1 mL de cualquier estándar de nitrato.
2. Medir los mV del electrodo. Anotar este valor.
3. Agregar 10 mL más del estándar. Anotar el valor de mV

Si el modulo se encuentra en buenas condiciones, la diferencia entre los dos valores debe de ser de 56 ± 4 mV a 20 y 25° C. Si esto no es así, acondicione el electrodo e intente nuevamente.

A continuación, se mencionan las especificaciones del electrodo de ion selectivo de nitrato HI4013 y HI4113