Il valore del pH viene utilizzato come unità di misura dell'acidità o dell'alcalinità di un fluido. Il vetro della membrana del sensore fornisce un potenziale elettrochimico che dipende dal valore di pH del fluido. Questo potenziale viene generato dall'accumulo selettivo di ioni H+ sullo strato esterno della membrana. Di conseguenza, in questo punto si forma uno strato limite elettrochimico con una differenza di potenziale elettrico. Un sistema di riferimento Ag/AgCl integrato funge da elettrodo di riferimento. La tensione misurata viene convertita nel valore di pH corrispondente utilizzando l'equazione di Nernst.
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Come funziona la misura potenziometrica del pH
Fondamentalmente, la misura potenziometrica del pH consiste nel rilevare le differenze di potenziale con elettrodi speciali. Vediamo di capire meglio:
Elettrodi di vetro
Negli elettrodi di vetro tradizionali, il componente chiave è un bulbo di vetro sensibile al pH posto all'estremità di un tubo di vetro. All'interno dell'elettrodo, una soluzione neutra di cloruro di potassio tamponata a pH 7 circonda un filo di argento/cloruro di argento che è il collegamento elettrico.
Un secondo filo di argento/cloruro di argento in un'altra soluzione di cloruro di potassio è il sistema di riferimento in un tubo di vetro esterno. Una piccola giunzione separa il sistema di riferimento dalla soluzione misurata, il collegamento elettrico ma non la soluzione.
Quando è immerso in una soluzione, l'elettrodo rileva la differenza nella concentrazione di ioni idrogeno attraverso la membrana di vetro. Questa differenza di concentrazione crea una differenza di potenziale misurabile che viene poi convertita nel valore di pH.
Modalità di funzionamento del bulbo di vetro
Immaginate di immergere il sensore in una soluzione come l'acido cloridrico diluito. Gli ioni idrogeno più piccoli penetrano lo strato limite della membrana di vetro e creano una separazione delle cariche mentre gli ioni cloruro più grandi rimangono all'esterno.
All'interno del bulbo, la concentrazione degli ioni idrogeno è costante a pH 7. Se la concentrazione degli ioni idrogeno esterni è più alta (soluzioni acide) si crea una differenza di potenziale, pH inferiore a 7. Per le soluzioni neutre, la concentrazione degli ioni idrogeno è la stessa su entrambi i lati, pH 7. Per una minore concentrazione di ioni idrogeno all'esterno, pH superiore a 7.
Sensori senza vetro
Per i settori industriali che non possono utilizzare il vetro, gli ISFET sono una valida alternativa. Sostituiscono il tradizionale bulbo di vetro con uno strato sensibile al pH integrato in un transistor MOS (Metal-Oxide-Semiconductor).
Quando gli ioni idrogeno positivi interagiscono con questo strato creano una separazione delle cariche e l'area tra la sorgente e il dreno diventa conduttiva. Il flusso di corrente è direttamente correlato al pH della soluzione. Come i sensori in vetro anche gli ISFET, per essere precisi, necessitano di un sistema di riferimento stabile protetto da una giunzione.
Precisione per ogni applicazione
Il principio potenziometrico implementato da Endress+Hauser assicura la massima precisione nella misura del pH. Questa tecnologia è utile in molti settori e consente di migliorare la resa del prodotto, ridurre gli scarti e gestire applicazioni in cui i sensori in vetro non possono essere utilizzati.
Che si tratti di sensori in vetro o ISFET, la misura potenziometrica del pH è la base dell'analisi dei liquidi. La scienza e la tecnologia su cui si basa garantiscono risultati affidabili.
