Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
Instrumentação Eletrônica
Professor: Luciano Fontes
Aluno: Marcelo Araújo Xavier
Medidor de pH
Intrumentação Eletrônica - Medidor de pH
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Unidade I
 I.I – Definição de pH
 I.I.I – Equação de Nernst
 I.II – Tipos de medidores
 I.III - História do medidor de PH
 I.IV - Diagrama de blocos do instrumento
 I.V – Sensor
 I.VI.I – Tipos de eletrodos
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Definição de pH
 Ph indica a quantidade cátions
H

em uma solução.
 A concentração desses íons pode variar em uma larga escala
14
(1M -10 M).
 Dificuldade do uso de números diferindo em uma larga escala de
magnitude.
 Em 1909, o bioquímico Søren Sørensen, desenvolveu a escala de pH e
introduziu a definição de pH:

Cálculos simples de soluções diluídas de ácidos ou bases.
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Definição de pH
 Concentração versus Atividade.
 Comportamento dos íons depende da atividade ao invés das
concentrações.
10
3
 Em caso de soluções muito diluídas – abaixo de
M a diferença
pode-se desprezar o efeito das atividades. Em soluções mais
concentradas o fator atividade é predominante.
 Definição mais precisa:
 Denominado de ‘pH termodinâmico’ em contraste a ‘concentração de
ph’.
 Os medidores de ph medem os valores do ph termodinâmico,
utilizando a equação de Nernst.
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Equação de Nernst
 A equação de Nernst foi formulada pelo químico e físico alemão Walther
Hermann Nernst.
 Correlaciona a Energia livre de Gibb deltaG e a EMF de um sistema
químico.
 Descreve o potencial elétrico de uma célula eletroquímica como função das
concentrações dos íons que participam da reação.
Q = quociente da reação;
E
0
= potencial elétrico do eletrodo;
R = constante universal dos gases;
T = temperatura em Kelvins;
F = constante de Faraday;
n = número de elétrons transferidos na meia reação
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Tipos de medidores
 Fitas de pH (papéis de pH);
 Medidores de pH;
 Métodos a partir da calorimetria.
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Fitas de pH (papéis de pH)
 Usadas para se obter uma estimativa do pH.
 São feitas de papel impregnadas com indicadores de pH.
 Uso feito a partir da imersão do papel na solução. Deve-se esperar
alguns segundos e comparar a cor do papel com uma escala prédefinida.
 Existem vários tipos de papel de pH. Os mais comuns fornecem uma
escala de medida de 1 a 14.
 Existem alguns que checam escalas menores ou indicam apenas se a
solução é ácida (vermelho) ou básica (azul).
 Os indicadores de pH são, em geral, ácidos ou bases fracas, que variam
de cor dependendo do estado de dissociação.
 Raramente são colocados diretamente na solução.
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Medidores de pH
 Utilizam eletrodos como elemento em contato direto com a solução.
 A corrente obtida a partir do potencial elétrico no eletrodo é
amplificada a partir do uso de amplificadores de ganho elevado.
 O sistema básico é o de todo instrumento de medição: sensor,
conformador de sinal, processador de sinal e interface homem
máquina. Os elementos utilizados para cada função dependem dos fins
da medição bem como do tipo de solução a ser avaliado o pH.
 Dois tipos de medidores de pH: os de bancada e os portáteis. Os de
bancada são geralmente mais precisos.
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História do medidor de PH
 Em 1906 Fritz Haber and Zygmunt Klemensiewicz, construíram um
eletrodo de vidro que tinha o potencial dependente da atividade de
íons.
 Problemas devidos a alta resistência interna dos eletrodos de vidro.
 Primeiro medidor de pH foi construído em 1934 por Arnold Beckman.
 Propôs o uso e um simples amplificador de alto ganho usando dois
tubos a vácuo.
 Facilidade de medir correntes amplificadas com o uso de
miliamperímetros.
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História do medidor de PH
Primeiro medidor de pH. Foto do modelo original feito em 1934.
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História do medidor de PH
Modelo G
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História do medidor de PH
 Baixa confiabilidade do eletrodo de vidro.
 Os resultados dependiam da profundidade que o eletrodo era imerso.
 Em 1937 o eletrodo foi redesenhado.
 Outras empresas começaram a fabricar medidores de pH.
Na Europa, Dannish Radiometer colocou no mercado seu primeiro
medidor de pH em outubro de 1937 (modelo PHM1).
 Os medidores de pH seguem, nos dias atuais, a mesma idéia geral: pH
externo, eletrodos de referência, amplificador de alto ganho e
amperímetro.
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Diagrama de blocos do instrumento
Amp. Op.
eletrodo
Circuito
processador de
sinal
Display
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Sensor
Eletrodos
 Seletividade:
Eletrodos ideiais – potencial dependente apenas da atividade dos íons H+.
 A fonte do potencial na superfície do eletrodo provém dos íons
anexados a superfície do vidro.
 Outros íons podem interferir na medição do pH.
 A equação de Nicolsky-Eisenman descreve o comportamento desses
íons.
onde ki é definido como coeficientes de seletividade.
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Tipos de Eletrodo
 Primeiro eletrodo de pH foi construído em 1908 por Fritz Haber and
Zygmunt Klemensiewicz.
 Princípio
Uma diferença de potencial surge nos lados do vidro devido a diferença de
atividade dos íons H+ ambos os lados. Esse potencial é medido com a
ajuda de eletrodos de referência e é proporcional ao pH fora do vidro.
 Tipos mais usados
 Eletrodo combinado;
 Eletrodo de dupla junção;
 Eletrodos de estado sólido.
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Tipos de Eletrodo
Eletrodo combinado
 São maioria dos Eletrodos disponíveis no mercado.
 Apresentam ambos os vidros de eletrodo sensível e de referência
alojados em um único conjunto.
 Construção definida a partir do processo de medida. A medição é
baseada na diferença de potencial entre os lados do vidro do eletrodo.
 É necessário um circuito fechado através da solução e do medidor de
pH.
 Deve-se isolar o eletrodo de referência da solução para não se
contaminarem.
 Conexão feita através de um pequeno buraco no corpo do eletrodo.
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Tipos de Eletrodo
Eletrodo de combinação
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Tipos de Eletrodo
Eletrodo de dupla junção
 Alternativa para o Eletrodo de combinação.
 Aumenta o tempo de vida dos eletrodos de gel.
 Uma câmara é adicionada entre o eletrodo de referência e a solução
externa.
 Essa câmara funciona como um buffer para a mudança na composição
do eletrodo de referência.
 A contaminação devido a solução externa é difundida através de duas
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Tipos de Eletrodo
Eletrodo de dupla junção
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Tipos de Eletrodo
Eletrodos de estado sólido
 São construídos em torno de Transistores de Efeito de Campo
Selecionadores de Íon (ISFET).
 Princípio básico de funicionamento é o controle da corrente que flui entre
os dois elementos semicondutores.
 Ao invés de medir diferença de potencial entre os dois lados do vidro,
mede-se a corrente através do transistor.
 Os eletrodos de ISFET são menores e mais robustos quando comparados
com os convencionais.
 Precisam de uma interface especial para serem usados com os medidores
de ph padrões.
 As mediçoes são menos precisas comparadas com os eletrodo
convencionais.
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Unidade II
 II.I – Amplificadores de ganho elevado
 II.II – Circuitos processadores de sinal
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