La potenciometría es una técnica analítica electroquímica que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos en una solución para determinar la concentración de iones específicos. Se utiliza ampliamente en medición de pH, análisis con electrodos selectivos de iones y detección de puntos finales en valoraciones.
Principios Fundamentales
Una celda electroquímica consta de un electrodo de referencia con potencial constante y un electrodo indicador cuyo potencial varía con la concentración del analito. El potencial de celda medido sigue la Ecuación de Nernst: E = E° - (RT/nF) ln Q, donde E° es el potencial estándar, R es la constante de los gases, T es la temperatura, n es el número de electrones, F es la constante de Faraday y Q es el cociente de reacción. A 25°C, la ecuación se simplifica a E = E° - (0.0592/n) log Q por cada cambio de década en la concentración de iones.
Sistemas de Electrodos
Los electrodos de referencia como plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) o el electrodo de calomelanos saturado (SCE) proporcionan un potencial estable y conocido independiente de la composición de la muestra. El electrodo de pH de vidrio utiliza una membrana de vidrio selectiva a iones hidrógeno que genera un potencial proporcional al pH de la solución, según E = constante + 0.0592 pH. Los electrodos selectivos de iones (ISE) emplean membranas selectivas para iones específicos, como fluoruro usando un cristal de LaF3, potasio usando una membrana de valinomicina, calcio o nitrato. Los electrodos de estado sólido utilizan membranas de sales escasamente solubles, como el electrodo de sulfuro de plata para detección de sulfuro o plata.
Instrumentación
Un pHmetro o potenciómetro mide el voltaje entre el par de electrodos con alta impedancia de entrada (10^12 Ω o superior) para evitar el paso de corriente. La compensación de temperatura es esencial, ya que la pendiente de Nernst depende de la temperatura. Se requiere calibración con soluciones tampón estándar (pH 4, 7, 10) o soluciones iónicas estándar antes de la medición.
Técnicas Prácticas de Medición
En potenciometría directa, el electrodo se sumerge en la muestra y el potencial se lee directamente después de la calibración. En la valoración potenciométrica, se monitorea el potencial a medida que se añade el valorante; el punto final corresponde al mayor cambio de potencial por unidad de volumen de valorante. En la adición estándar, se añade una cantidad conocida de analito a la muestra y el cambio de potencial se utiliza para calcular la concentración original.
Aplicaciones
La potenciometría se utiliza para medición rutinaria de pH en laboratorios, monitoreo ambiental y control de procesos industriales; determinación de fluoruro en agua potable y pasta dental usando el ISE de fluoruro; valoración potenciométrica de haluros, metales pesados y ácidos en matrices complejas; y análisis clínico de electrolitos (Na+, K+, Ca2+, Cl-) en suero sanguíneo y orina.
