El principio de medición amperométrica del cloro

Medición de cloro: comprenda cómo se realiza
Muchos líquidos son esenciales en nuestra vida diaria.
Algunos de ellos, son, por ejemplo, el agua, las bebidas, los productos lácteos, los productos químicos, los ácidos y bases o los productos farmacéuticos.
La calidad de estos líquidos está determinada por sus propiedades químicas y físicas. Para evaluar estas propiedades se utilizan varios principios de medición. Uno de estos métodos consiste en medir el contenido de cloro en líquidos para evaluar su capacidad de desinfección.
La desinfección destruye patógenos como bacterias u hongos y previene la propagación de enfermedades. El cloro participa en numerosas reacciones químicas durante el proceso de producción, lo que lo convierte en un elemento esencial tanto para la industria como para la salud pública. La desinfección se logra aplicando cloro libre o dióxido de cloro, ozono o radiación ultravioleta al agua. Mantener unos niveles residuales de cloro es esencial en varios procesos de tratamiento del agua para garantizar que el agua potable segura.

El cloro libre, también conocido como ácido hipocloroso, es el desinfectante más importante en el tratamiento del agua gracias a su potente efecto desinfectante, su casi total ausencia de olor y su capacidad para proporcionar un efecto residual.
En 1908, el físico estadounidense Jon L. Leal implementó por primera vez la cloración regular en el suministro público de agua en Nueva Jersey, logrando una drástica reducción de las enfermedades transmitidas por el agua.
Examinemos en detalle la desinfección con cloro libre. En el tratamiento del agua potable, se emplean diversas estrategias de cloración para garantizar una distribución y un consumo seguros. La eficacia desinfectante y el equilibrio químico del cloro libre varían según el pH del agua. Cuando el pH es superior a 8, el cloro libre pierde su efectividad como desinfectante. A valores de pH inferiores a 4 incluso se libera gas cloro peligroso. La máxima eficacia del cloro libre se alcanza con un pH entre 4 y 8. Una medición paralela del pH para compensarlo evita la distorsión de los valores medidos.

La medición del cloro libre puede realizarse mediante principios amperométricos o fotométricos y es fundamental para mantener los niveles adecuados de desinfectante en los sistemas de distribución de agua. En el caso de la medición fotométrica, se mezcla un reactivo con la muestra de agua. Este reactivo reacciona con el cloro libre, produciendo una muestra de color rojizo característico. Cuanto más cloro libre haya disponible, mayor será la intensidad del color. A continuación se mide la intensidad de este color, basándose en que el color rojizo absorbe o atenúa la luz a una longitud de onda específica. El yoduro de potasio se emplea frecuentemente en métodos de análisis del cloro, especialmente en el método DPD, para medir el cloro total.
Centrémonos ahora en el principio de medición amperométrica. Por lo general, un sensor amperométrico está formado por un cátodo de oro, también llamado electrodo de trabajo y un electrodo de plata/cloruro de plata que forma el ánodo.

Se aplica un voltaje de CC a ambos electrodos. El cátodo y el ánodo se encuentran en una cámara de reacción que está llena de un electrolito. Una membrana separa la cámara de reacción del producto a medir. La membrana está hecha de un PVDF superhidrofóbico. Esta permite la difusión del cloro libre gaseoso mientras repele los iones de hipoclorito debido a su carga negativa. La membrana muestra un comportamiento similar al de las membranas celulares de las bacterias, por ejemplo.
Cuando el sensor se sumerge en un producto que contiene cloro libre, las moléculas de HOCl se difunden a través de la membrana del sensor y se reducen a iones de cloruro en el cátodo de oro en la cámara de reacción. En el ánodo, la plata reacciona con el cloruro de plata liberando electrones. Esta reacción genera una corriente que fluye a través del sistema de descarga que está conectado al ánodo y al cátodo. Esta corriente es proporcional a la concentración de cloro libre.

La corriente se procesa en el transmisor y se muestra como concentración en mg/l. Al medir el cloro libre, es necesario también determinar el valor del pH para compensar su disociación dependiente de dicho pH. Si la compensación de pH del transmisor está activada, el valor de pH se ajusta de acuerdo con una curva preestablecida, de modo que el transmisor muestra los valores medidos con precisión.
El principio de medición amperométrico facilita la medición continua de la concentración de cloro, y requiere un mantenimiento muy bajo. El cloro residual libre es esencial para neutralizar posibles contaminantes durante la distribución y asegurar una desinfección efectiva. La monitorización del cloro contribuye a optimizar la dosificación, incluyendo la cloración marginal y la supercloración/decloración, y reduce los costes operativos.

La medición del cloro es fundamental para la desinfección segura del agua en diversas aplicaciones, como, por ejemplo, la desinfección de aguas residuales requerida legalmente, la desinfección de agua potable, la desalinización de agua de mar, en centrales eléctricas, la desinfección de alimentos envasados, latas y botellas reutilizables, así como en agua de piscinas. La medición del cloro residual total es esencial en el tratamiento de aguas residuales municipales para asegurar que su descarga en cuerpos de agua naturales sea segura.

¿Qué es el cloro?
El cloro, cuyo símbolo es Cl y número atómico el 17, es un elemento químico que, a temperatura ambiente, se presenta como un gas de color amarillo verdoso. En la tabla periódica pertenece al grupo de los halógenos. Debido a su posición en la tabla periódica, el cloro es altamente reactivo y, por lo general, se encuentra en la naturaleza formando compuestos iónicos. El cloro se encuentra de forma abundante tanto en la corteza terrestre como en el agua del mar, generalmente en forma de salmuera. En el ámbito comercial, la mayor parte del cloro elemental se produce a partir de la salmuera mediante procesos como la electrólisis. Esto hace que el cloro elemental sea fácilmente accesible para diversas aplicaciones industriales y de desinfección.

Tipos de cloro en el agua
En el tratamiento del agua, el cloro puede existir en tres formas: cloro libre, cloro combinado y cloro total. El cloro libre hace referencia al cloro disponible para desinfectar y matar activamente patógenos dañinos como bacterias y virus. El cloro combinado, por otro lado, se forma cuando el cloro libre reacciona con materia orgánica o amoníaco en el agua, dando lugar a compuestos que son menos efectivos como desinfectantes. El cloro total es la suma del cloro libre y el cloro combinado. Entender estas distinciones es crucial para garantizar un tratamiento eficiente del agua y asegurar la seguridad y calidad de su suministro.

Medición de la concentración de cloro
Medir con precisión la concentración de cloro es esencial para garantizar la eficacia de los procesos de tratamiento y desinfección del agua. Una técnica que se utiliza habitualmente es el método DPD, en el que se añade un reactivo a la muestra de agua y se observa el cambio de color resultante. Este método permite medir el cloro libre, el cloro combinado, el dióxido de cloro y el cloro total. Otras técnicas incluyen el uso de tiras de prueba, que proporcionan una manera fácil y rápida de medir la concentración de cloro, aunque pueden no ser tan precisas. Los colorímetros, que miden la cantidad de luz coloreada absorbida por una muestra, y los sensores amperométricos en línea/analizadores en línea, que proporcionan mediciones continuas en tiempo real, se utilizan de forma habitual en diversas aplicaciones.