Arnold O. Beckman, el gran filántropo e inventor del mundo de la química analítica.

Seguro que de alguna que otra manera, fuera en el instituto o si ya te dedicaras a cuestiones más académicas, te has encontrado delante de un aparato que, habitualmente consta de dos “palitos” (también conocidos como electrodos) que deben sumergirse en una disolución, apareciendo en la pantalla del aparato al que están conectados, un valor que puede oscilar entre 0 a 14. Si, claro que le pones “cara”, se trata de los pHmetros, esos aparatos de análisis que nos permiten determinar la concentración de protones e hidroxilos presentes en una disolución (bueno en realidad, se miden otros cationes, pero para que el recuerdo te venga más claro), es decir, nos “miden” cuánto de ácida o básica es una solución. Pues hoy vamos a homenajear a quien inventó un aparato en apariencia tan sencillo, pero que tiene su “cosa” científico-histórica-tecnológica. Si quieres saber más sobre el origen de los pHmetros, ya sabes… Sigue leyendo! El pH son la siglas de “potencial de hidrógeno” o “potencial de hidrogeniones“, esto es, la concentración de iones H+ o H3O+ presentes en una disolucion, que determinan según su valor, la acidez o alcalinidad de dicha solución. Este término fue acuñado por el bioquímico danés S. P. L. Sørensen, quien en 1909 a través de sus trabajos en los laboratorios de la industria cervecera Calsberg, estableció la fórmula que permitía determinar este valor de pH como el logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrógeno o hidrogeniones. Esto es,

Puesto que en el agua, tanto hay hidrógenos como hidrogeniones, realmente lo que obtenemos es lo que se conoce como “producto iónico del agua“, que si lo aplicamos a la primera fórmula del pH, obtendremos la siguiente sucesión matemática:

Una vez que ya hemos aclarado qué es el pH, lo siguiente que nos podemos preguntar es cómo se miden esos valores. Pues realmente hay dos tipos de medidas de pH: las medidas por medio de indicadores y papeles tornasol (los primeros son substancias químicas que en función del valor de pH cambian de color (ej: fenolftaleína), los segundos son papeles porosos impregnados en una sustancia liberada por ciertas especies de líquenes, cuyo invento se le atribuye al químico francés Louis Joseph Gay-Lussac, aunque otros autores se lo atribuyen a Wulff) y las medidas potenciométricas o eléctricas que nos proporcionan los pHmetros o potenciómetros. Estos últimos son instrumentos, milivoltímetro con una escala que convierte el valor de potencial del eletrodo en unidades de pH, que miden la diferencia de potencial entre dos electrodos; un electrodo de referencia (de calomel o cloruro de mercurio, HgCl)  y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno (en cuyo extremo o bulbo, generalmente hay una membrana con de vidrio sumergida en una solución de ácido clorhídrico (HCl) y cloruro de plata (AgCl). La diferencia de potencial se produce entre el interior del electrodo de vidrio y las concentraciones de H+ y/o H30+ de la solución donde se sumergen. A través del cable que se dispone en el interior de ambos electrodos, se trasmite dicha diferencia de potencial para llegar al aparato y por medio de un amplificador, dar la medida del valor de pH de esa solución con exactitud, sobre la que se está midiendo su acidez o alcalinidad. El primer inventor de tal aparato fue el ingienerio químico norteamericano, Arnold Orville Beckman (1900-2004), quien tras su paso por la Universidad de Illinois donde se licenció en Ingeniería Química en 1922, especializándose en química física materia por la que intentaría doctorarse en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), siendo interrumpido por motivos familiares (a su mujer la trasladaron de su oficina en California a Nueva York) lo que le permitió entrar en contacto con la electrónica a través de su trabajo en en el departamento de ingeniería de Western Electric. En esta empresa, Beckman aprendería a desarrollar controles de calidad para la fabricación de tubos al vacío y a trabajar con circuítos. Posteriormente, en 1928 regresaría a Caltech para obtener su doctorado en fotoquímica, hecho que propició que en 1940 patentara el prototipo del primer espectrofotómetro de ultravioleta – visibles (UV- vis) (Bruce Merrifield, Premio Nobel de Química en 1984, lo calificó como “probablemente el instrumento más importante jamás desarrollado hacia el avance de la biociencia) y posteriormente el espectrofotómetro infrarrojo visible. Tras su post-doctorado, pasó a formar parte del grupo de profesores asociados de esta universidad en el departamento de química, donde poco a poco, pasó de ser investigador a trabajar como consultor científico con otras empresas. 

Sería de esta manera, cuando en 1934 un antiguo compañero de la Universidad de Illinois, Glen Joseph quien trabajaba en un laboratorio de Sunkist Growers, le pidió ayuda para que diseñara un instrumento eléctrico más resistente para la tarea de medir la acidez del zumo de limón, ya que Joseph intentaba medir electroquímicamente la concentración de iones de hidrógeno en el jugo de limón, pero los electrodos de hidrógeno dañados por el dióxido de azufre y los electrodos de vidrio no reactivos producían señales débiles y eran frágiles. Beckman, familiarizado con el vidrio soplado, la electricidad y la química, sugirió un diseño que amplificara los resultados obtenidos con los electrodos de Glen Joseph y terminó construyendo, el acidímetro, precursor del legendario primer medidor de pH electrónico de éxito comercial. Tras la gran acogida que tuvo el diseño de Beckman, este vio la oportunidad de patentar la idea y crear acidímetros o pHmetros portátiles a un precio de 195-205$ cada uno, que serían vendidos a los investigadores de las diferentes universidades del país. A pesar de encontrarse en plena recuperación de la gran crisis económica del 29, la empresa iniciada por Arnold Beckman en 1935, Laboratorios Técnicos Nacionales (NTL), consiguió un éxito considerable al vender en sus dos primeros años de andadura casi medio millar de estos pHmetros originales. Este pHmetro consistía en un electrodo de vidrio situado en una caja móvil en la parte delantera del aparato, lo que permitía colocarlo en la muestra analizada; moviendo el conmutador central calibrado en una escala de pH (“pH dial“) hasta que se observaba un valor cero en el galvanómetro situado en la parte superior derecha, se modificaba el valor de la corriente producida por el circuito eléctrico del pH-metro, la cual era anulada por la producida por el electrodo con la muestra, por lo que, cuando el galvanómetro marcaba cero, se consideraba que ambas corrientes eran idénticas y, de este modo, se podía estimar el pH de la muestra. Para que la operación fuera correcta, era necesario que la escala del conmutador central hubiera sido previamente calibrada, lo que se realizaba mediante el ajuste de cero. El principal destino de estos instrumentos eran los laboratorios de investigación, afirmando que ofrecían una gran variedad de usos, con gran precisión en la medida del pH y de los potenciales de oxidación- reducción de las soluciones problema.

La innovación marcó la revolución de instrumentación del siglo XX que provocó que la frontera de la investigación básica, sea más accesible para un número cada vez mayor de investigadores y que ha hecho posible el crecimiento exponencial del conocimiento científico. El pHmetro diseñado inicialmente por A. O. Beckman fue evolucionando y mejorando su apariencia, su capacidad para emitir resultados más precisos sobre los niveles de pH y sus electrodos hasta la actualidad, donde podemos observar diferentes tipos de modelos con ambos electrodos, con uno sólo o con distintos tipos de electrodos en función de las soluciones a medir. En 1997, la compañía se convirtió en Beckman Coulter, Inc., que hoy fabrica instrumentación y productos científicos relacionados utilizados ampliamente en medicina, ciencia, industria, control de la contaminación, educación, exploración espacial y muchos otros campos.

Además de su papel en el desarrollo de dos de los instrumentos más empleados en la los laboratorios de análisis químico, el Dr. Beckman y su esposa Mabel M. Beckman contribuyeron con casi 350 millones de dólares americanos para el avance de la investigación y la educación. Esto puede verse gracias a la creación del Instituto Beckman en el Instituto de Tecnología de California, el Instituto Láser de Beckman en la Universidad de California en Irvine, el Beckman de la Universidad de Stanford, el Centro de Ingeniería Molecular y Genética, el Centro de Historia de la Química de la Universidad de Pensilvania y el Instituto de Investigación Beckman de la Ciudad de la Esperanza, un instituto dedicado a la prevención y cura de enfermedades que amenazan la vida. También destacó su  labor filantrópica a través los programas Beckman Scholars y Beckman Young Investigators para apoyar a jóvenes científicos a nivel universitario. Cada año, la Fundación Beckman selecciona una lista de universidades y colegios, cada uno de los cuales selecciona estudiantes de su institución para el Programa de Becas Beckman. El Programa de Investigadores Jóvenes de Beckman brinda apoyo a los investigadores junior en su primera etapa académica, sobre todo aquellos cuyas carreras académicas en ciencias químicas y de la vida, particularmente involucran métodos, instrumentos y materiales que pueden abrir nuevas vías de investigación en la ciencia . El Premio Nobel James D. Watson dijo esto de él: “Las contribuciones de Arnold Beckman a la ciencia y a la sociedad provinieron, en parte, de su extraño talento para crear estos nuevos instrumentos y su decisión de ponerlos a disposición de la industria y la ciencia por igual. Todo ello ha sido amplificado por su apoyo filantrópico único de la misma investigación prospectiva que su innovación promovió ”.

Otras contribuciones al mundo científico de Arnold Beckman fueron el fundar los cimientos de lo que hoy conocemos como “Silicon Valley” a través del apoyo científico y financiero que realizó sobre la compañía de William Shockley , inventor del transistor, así como en el desarrollo de instrumentos para medir la calidad del aire cuando en época de post-guerra, el smog se había convertido en un grave problema ambiental en la región de Los Ángeles California, llegando a crear la fundación sin fines de lucro “Air Pollution Foundation” para apoyar la investigación sobre soluciones al problema del smog.

Arnold O. Beckman fue fundador y miembro vitalicio de la Instrument Society of America, miembro de la Academia Nacional de Ingeniería y de la Sociedad Americana de Química, de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia y la Asociación de Científicos Clínicos. También fue miembro honorario de la Academia Americana de Artes y Ciencias y miembro de la Royal Society of Arts de Gran Bretaña. En 1957 fue nombrado miembro honorario del American Institute of Chemists, un honor otorgado a sólo al 1% de sus miembros.En 1978, pasó a ser considerado como miembro honorario de la American Association for Clinical Chemistry (AACC) y nueve años más tarde, en 1987, se convirtió en el 65º miembro del Salón de la Fama de los Inventores Nacionales en Akron, Ohaio (EE.UU) . En 1988 ganó la Medalla Nacional de Tecnología. En 1989, el ex presidente estadounidense, George H.W. Bush, le otorgó el Premio de la Medalla Nacional de la Ciencia. En 1998, los lectores de Chemical and Engineering News votaron a Beckman como uno de los químicos más influyentes del siglo XX. En 1999 fue galardonado con la Medalla de Bienestar Público, el más alto honor de la Academia Nacional de Ciencias. En 2000, Arnold Beckman fue galardonado con la Edición Milenio Especial de la Medalla de Oro Othmer en la Chemical Heritage Foundation, ahora Instituto de Historia de la Ciencia, en reconocimiento al hecho de que estableció una industria, ayudó a definir una era, y enriqueció el patrimonio químico nacional e internacional.  En 2004, año de su fallecimiento, obtuvo el Premio al Logro de toda la Vida.

Ahora cuando tengáis delante un pHmetro, ya sabréis cuales han sido sus orígenes, que en este caso, se basaron en la unión de la innovación tecnológica y su colaboración con la industria alimentaria, aunque luego tuviera su desarrollo en otros ámbitos científicos. Fascinante, a qué si? Espero que os haya gustado esta entrada, como a mi descubrir este perfil tan interesante y saber que el pHmetro con el que hago curvas de valoración y/o calibraciones, tiene su origen en un hombre tan honorable como era Arnold O. Beckman.

¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                                                            TatianaDC

 

Fuentes:                                                    http://www.karl-belser.com/History/Beckman_Arnold.pdf                            http://www.sciencehistory.org/historical-profile/arnold-o-beckman  http://www.uv.es/~bertomeu/material/museo/instru/phmetros/phmetro5.htm    http://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/beckman-arnold-orville    http://pubs.acs.org/subscribe/archive/tcaw/10/i10/html/10profile.html                                http://www.famousscientists.org/arnold-orville-beckman/  http://www.sciencehistory.org/historical-profile/arnold-o-beckman http://clinchem.aaccjnls.org/content/50/8/1486  http://www8.nationalacademies.org/onpinews/newsitem.aspx?RecordID=01131999        http://www.invent.org/inductees/arnold-o-beckman                                                        http://en.wikipedia.org/wiki/Arnold_Orville_Beckman http://beckman.illinois.edu/about/beckman/arnold-and-mabel http://www.nndb.com/people/830/000047689/ http://www.blog.mcientifica.com.br/tag/orville-arnold-beckman/ http://www.nationalmedals.org/laureates/arnold-o-beckman http://instrumentosdemedicion.org/quimica/phmetro/ http://www.uv.es/bertomeu/material/museo/instru/pdf/10.pdf  https://www.the-scientist.com/commentary/an-appreciation-of-arnold-beckman-56131 http://repositorio.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/297/TO-16386.pdf?sequence=1&isAllowed=y http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2011/11/16/acidos-bases-y-cintas-de-ph/ http://www.escuelapedia.com/el-papel-tornasol/  http://www.academiatesto.com.ar/cms/los-electrodos-de-ph    http://www.elsiglodetorreon.com.mx/noticia/1282793.mide-tu-ph.html                       http://es.wikipedia.org/wiki/PH-metro                                            http://es.wikipedia.org/wiki/PH

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