ISE Technical Training Presentation Spanish 2010

Electrochemistry Training

ISE (Ion Selective Electrode)

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ContenidoTeoria

Tipo de Electrodos de ISE

Tecnicas de Medicion

Consideraciones Practicas El plan de los 8 puntos

ISE presentado por los Inventores del ISE ORION

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TeoriaQue es Ion Selective Electrode (ISE) Los electrodos de Ion Selectivo son dispositivos de medicion los cuales detectan diferentes especies de Iones en soluciones. Los electrodos de Ion Selectivo estan compuestos de una membrana sensora incorporada a un cuerpo rigido.

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TeoriaVentajas y Desventajas de la medicion por Ion Selectivo (ISE) VentajasNo se ve afectado por el color o turbidez de la muestraPuede medir muestras dentro de un rango de concentracion muy amplioDuradero y fuerteRespuesta rapida de los resultadosMedicion en tiempo realBajo costo de operacion Facil de usarDesventajasProblemas con interferencias entre los iones y otros elementos.Acomplejamiento de las muestras

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TeoriaEjemplo de Aplicaciones por Ion Selectivo (ISE)Amoniaco en aguas residualesCloruros en materia prima, comidas, aguaCianuro en aguas residualesFloruro en agua o pasta dentalNitratos en agua potableNitratos en carnes procesadasSodio en Bevidas Corbonatadas

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TeoriaComo funciona la tecnologia de Ion Selectivo Cuamdo dos soluciones estan separadas por una membrana Ionica Permeable, las dos soluciones se van a equilibrar

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TeoriaComo funciona la tecnologia de Ion SelectivoSi la membrana es permeable a un solo tipo de Ion, esto desarrolla rapidamente una corriente la cual resiste movimientos posteriores de los Iones. La corriente que se desarrolla es proporsional a la diferencia de concentracion entre los dos ladosEl numero total de Iones que quedan dispersos es minimaEl electrodo de referencia completa el circuito junto con el electrodo de Ion Selectivo. Este electrodo permea solucion de relleno para establecer contacto con la muestraLa solucion de relleno del electorodo de referencia (usualmente KCL) mantiene el potencial del electrodo de referencia constante.

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TeoriaComo funciona la tecnologia de Ion SelectivoLos equipos para medicion de Ion Selectivo miden la diferencia del potencial de voltaje entre el electrodo de referencia y el electrodo de ISE.Los equipos para medicion de Ion Selectivo ORION Star Series and A+ Series reportan concentraciones por lo que no se requieren curvas manuales de calibracionLas curvas generadas son sofisticadas y se almacenan en la memoria del equipo.

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TeoriaComo se genera una curva tipica de calibracion de Ion Selectivo La curva se genera en base a la ecuacion de NERNST. La ecuacion de NERNST viene dada por: E = E0+S log A donde: E= Potencial medido. Este potencial se desarrolla en respuesta a la actividad del Ion que se esta midiendo. Eo= El potencial del electrodo cuando la actividad del ION es Cero (Zero) S= es la pendiente, la cual representa el cambio de mV por cambio en decada de actividad exhibida por el electrodo

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana de VidriopH, Na (Sodium)Estado SolidoF-(Flouride), Cl-(Chloride), Ag+/S2-(Silver/Sulfide), Cu 2+(Cupric)Membrana LiquidaCa2+(Calcium), K+(Potassium), NO3 (Nitrate)Gas SensorNH3(Ammonia), CO2(Carbon Dioxide),

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana de VidriopHSodium

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana de VidrioLa membrana de vidrio permite la transferencia de los Iones a traves del vidrioEl potencial que mide el electrodo es la diferencia entre los voltajes generado por el Ion en cuestion en cualquiera de los lados de la membrana.El elemento sensor es tipo de vidrio especial Existen electrodos combinados y de mitad de celdaSiempre almacene la membrana de vidrio humeda en solucion de almacenajeReacondicione si el electrodo empieza a estar lento

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana de VidrioEjemplo: SodioLimite de deteccion es 0.02 ppmDisponible en version combinada o de mitad de celdaElectrodo de mitad de celda se puede usar con electrodo de referencia Ross como Ag/AgCl

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Estado SolidoBromuroCadmioCloruroCloroCobreCianuroFloruroYoduroPlomopHPlata

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Estado SolidoEl elemento sensor o membrana es un material solido cristalino, generalmente una salEl contacto se hace por medio de un cable soldado a la parte posterior del elemento cristalinoLa membrana es inorganica tales como perdigones de sal comprimida Los perdigones de sal comprimidas se disuelven con el tiempo y necesitan ser reemplazadas con la exepccion de los Floruros que no se disuelve.Almacene el electrodo combinado en standares diluidosAlmacene el electrodo de mitad de celda secoPulir los electrodos de Estado Solido para mejorar el tiempo de respuesta si el mismo empieza a tener respuestas lentasEl electrodo de referencia recomendado es de tipo manga con junta liquidaLa solucion de relleno del electrodo de referencia tiene que ser de un contenido ionico alto y que no reaccione e interfiera con la muestra. No use soluciones de KCL para niveles bajos de Cl- o K+El Ion Ag++ en soluciones de relleno va a reaccionar con sulfuros, proteinas, etc.

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Estado SolidoEjemplo: CloruroMetodos aprovado por la EPALimite de deteccion 1.8 ppmDisponible como electrodo combinado

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana LiquidaAmonioCalcioCloruroNitratoNitritoPercloratospHPotasioSurfactanteDureza en Agua

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana LiquidaLa membrana es un intercambiador ionico o un transportador de iones neutro (K+) en suspencion en PVCEl Ion en cuestion se intercambia o se acomada en un espacio especial el cual genera la diferencia de voltaje a traves de la membranaAlmacene el electrodo en standares diluidos para un corto plazoAlmacene el modulo seco en el vial cuando se tratra de un largo plazo

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Membrana LiquidaEjemplo: NitratosMetodo aprovado por la EPA para agua potableLimite de deteccion 0.1 ppmDisponible como electrodo combinado o de mitad de celda

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Electrodos Sensores de GasesAmoniaco (NH3)Dioxido de CarbonoDioxido de NitrogenoOxigeno

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Electrodos Sensores en GasLos electrodos Sensores en Gas funcionan midiendo los cambios de pH causado por la difusion de gas a traves de una membrana hidrofobica pero perosa. El electrodo responde a gases disueltos en la solucion. El gas disuelto se permea a traves de la membrana dentro de un volumen pequeno de solucion atrapado entre la membrana del electrodo y la superficie plana de un electrodo de pH. La reaccion entre el gas y la solucion produce un cambio de pH el cual es capturado por el electrodo de pH. Este pH es despues relacionado a la concentracion del Ion en custion presente en la muestraA corto plaza almacene en standares diluidosA largo plazo almacene seco

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Tipos de Electrodos de Ion Selectivo (ISE)Electrodos Sensores en GasEjemplo: AmoniacoMetodo Aprovado por la EPALimite de deteccion es 0.01 ppmElectrodo combinadoMembranas reemplazables

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Tecnicas de Medicion de ISEMedicion Directa

Metodos Incrementales

Titulacion

Metodos Gran

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Tecnicas de MedicionMedicion DirectaEl metodo de medicion directa es el preferido en la mayoria de los casos, aproximadamente en el 90% de las muestrasEs ideal para muestras con matrices similares o cuando las mismas se pueden ajustar con soluciones de ajuste ionico o ISA.Se calibra por comparasion con standares conocidosLas mediciones despues de la calibracion pueden realizarse sobre un amplio rango de concentracionesPresicion de +/- 2%. Rapido entre 2 y 3 minutosNo es recomendable para cuando se requiere una precision por debajo de 2% o cuando las matrices de las muestras son muy diferentesTampoco se recomienda para muestras muy concentradas.

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Tecnicas de MedicionMedicion DirectaSiempre calibrar con 2 puntos para la porcion lineal de la curvaPara mediciones de concentraciones bajas se requiere calibracion no lineal con multi puntos o corregir el blancoDebe considerarse los siguientes puntos a realizar mediciones de concentraciones bajas:Solubilidad del material de la membranaAbsorcionContaminacionPresencia de InterferenciasTiempo de respuesta

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Tecnicas de MedicionMedicion DirectaCalibre cada 2 horasSiempre calibre con estandares que abarquen el rango de la concentracion esperadaSiempre use standares cuyos valores de concentracion esten separado por multiplo de 10Rango de la pendiente para iones monovalentes -> 54 a 60 mVRango de la pendiente para iones divalentes -> 26 a 30 mVUtilize los equipos de ISE ORION modelo 4, 5 y Dual Star los cuales calculan el blanco a partir de la curva de calibracion, lo cual equivale a trazar una curva suave a traves de los tres puntos de calibracion mas altos de la curva y extrapolar hasta la concentracion cero.

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Tecnicas de MedicionMetodos Incrementales Adicion conocidaEsta tecnica consiste en anadir cantidades conocida del ion que se esta midiendo a la muestra.

Se recomienda para muestras con altas concentraciones asi como con matrices diferentes

Se recomienda para muestras con matrizes complejas

Precision mejora hasta +/- 0.5%

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos. Calibracion-Concentracion-BlancoCalibracion-Concentracion-Correcion del blanco

Estandares deben abarcar la concentracion de la muestraPara niveles de concentracion bajos, se requieren mas de dos estandares para poder carectirizar la curvaEs recomendable corregir el blanco. Lo equipos de ISE ORION modelos 4, 5 y Dual Star tienen la capacidad de realizar una correccion automatica del blanco o ABC. Este algorritmo en el software es el equivalente a trazar una curva recta a traves de los 3 puntos mas altos de la curva de calibracion y extrapolar hasta el valor de concentracion cero

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos - ISA Use Ajustadores de Fuerza Ionica o Ion Strenght Adjuster ISA

ISA son soluciones ajustadores de alto contenido ionico que se le anade a los estandares y muestras para minimizar la diferencias en la fortaleza ionica y de esta manera mantener constante el coeficiente de actividadISA se requieren para mediciones directas exitosas asi como para los metodos incrementales.Las interferencias pueden eliminarse usando ISALos ISA mantienen las matrices de las muestras constante (coeficiente de actividad)ISA puede ajustar los valores de pH a los rangos adecuados para la medicion del Ion en cuestion

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos - pH pH es usualmente un parametro critico

El valor ideal de pH para medicion de niveles de concentracion bajos de Floruro (por debajo de 10ppm) es entre 4.5 y 5.5Para medir niveles de sodio bajo se requiere un pH altoEl nivel de pH debe estar por encima de 11 cuando se esta usando el electrodo de Amoniaco NH3 para medir Amonio NH4Los ISA mantienen las matrices de las muestras constante (coeficiente de actividad)ISA puede ajustar los valores de pH a los rangos adecuados para la medicion del Ion en cuestion

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos - Temperatura Temperatura1. La temperatura tiene efectos sobre la pendiente del electrodo Eo y el coeficiente de actividad. El punto Isopotencial para ISE usualmente no se encuentran en el rango de medicion, por lo tanto compensacion de temperatura no aplica, por lo tanto:

CALIBRE Y MIDA A UNA TEMPERATURA CONSTANTE (MAX +/- 2oC)

2. En promedio para iones ISE monovalentes 1oC de cambio en la temperatura produce un error del 2%3. En promedop para iones ISE divalentes 1oC de cambio en la temperatura produce un error del 4%

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos - Interferencias InterferenciasLos electrodos de Ion Selectivo son afectados a veces por otros iones presente en la muestra. Esto puede producir:Resultados Incorrectos concentracion muy alta existe una interferencia realDana la membranaResultados Incorrectos concentracion muy baja AcomplejamientoLos Iones que interfieren algunas veces pueden eliminarse viapHPrecipitacionOxidacion Complexation - AcomplejamientoUsar Tisab para romper el acomplejamiento del Ion en cuestion en la muestraUsar tecnicas incrementales

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos - Interferencias InterferenciasEjemplos:Agentes acomplejadores pueden estar presentesFloruro pueden estar acomplejado con aluminiopH en las muestras puede estar en el rango no adecuadoAmoniaco puede estar presente como ion amonioMatrices Ionicas pueden variar de muestra a muestraCloruros en muestras de aguas de campo2. Las interferencias introducen un error gradual en algunos casos. Por ejemplo a 10 ppm nitratos, un nivel de cloruros causa un error del 10%3. Para algunos ISE existen supresores de interferencia. Por ejemplo Sodio ISA remueve la interferencia de Ioned de H+ para los electrodos de sodio

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos Electrodo de Referencia Electrodo de Referencia

La funcion del electrodo de referencia es completar el circuito de medicionEl electrodo de referencia provee un potencial de referencia estableEscoja el electrodo de referencia apropiado:Junta sencillaJunta dobleSolucion de Relleno. La solucion de relleno debe cumplir con los siguientes requisitos:Estabilizar el voltaje de referenciaAlta en concentracion ionicaQue no interfiera con los IonesQue no reaccione con la muestraQue no tenga ningun ion de interes

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos Agitacion AgitacionLos electrodos de Ion Selectivo son sensibles al movimiento por lo tanto es necesario que se este agitando continuamenteTenga cuidado con los agitadores que producen calor ya que estos podrian cambiar el comportamiento de los Iones en cuestion presentes en la muestra

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Consideraciones PracticasEl Plan de los 8 Puntos Mantenimiento MantenimientoObserve los procedimientos correctos de almacenajeLimpie el electrodoRellene el electrodo de referencia con solucion de relleno

POR FAVOR LEAN EL MANUAL !!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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Otras Recomendaciones Para mejorar la precision y performance de su medicion de ISE utilize:

Electrodos Ionplus combinados

Juntas Sure-Flow para mejor limpieza

Las muestra de poco volumen

Reduzca los efectos causados por la temperatura

Las soluciones de relleno ORION Optimun Results previenen la contaminacion de las muestras

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Electrodos Ionplus

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ISE presentado por los creadores del Ion Selectivo A usted le parecio que toda la informacion en esta presentacion es confusa y no le resuelve su problema y que es puro Bla Bla Bla ? Su respuestas seguramente serian: SI es confusa NO me resuelve mi problema SI es puro Bla Bla Bla Si usted contara con la aplicacion para hacer sus analisis asi como todos los insumos (equipos, electrodos y soluciones) necesarios para hacer dichos analisis, Cual seria su repuesta?

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The End