Cảm biến pH

Cảm biến pH , còn được gọi là đầu dò hoặc điện cực, là một công cụ quan trọng cho phép người dùng xác định độ kiềm hoặc độ axit của dung dịch. Màng thủy tinh ở cuối nhạy cảm với ion H ⁺ . Ngoài ra, nhiều cảm biến pH của chúng tôi cũng cung cấp phép đo oxi hóa khử.

Mặt ngoài của màng thủy tinh tạo thành một lớp gel khi gặp dung dịch nước. Một lớp gel tương tự cũng được hình thành ở mặt trong của màng thủy tinh, do cảm biến chứa đầy dung dịch điện phân dạng nước. Các ion H ⁺ trong và xung quanh lớp gel có thể khuếch tán vào hoặc ra khỏi lớp này, tùy thuộc vào giá trị pH. Do đó, nồng độ ion H ⁺ của dung dịch được đo. Nếu dung dịch có tính kiềm, các ion H ⁺ khuếch tán ra khỏi lớp và điện tích âm được thiết lập ở mặt ngoài của màng. Vì điện cực thủy tinh có bộ đệm bên trong với giá trị pH không đổi, nên điện thế trên bề mặt bên trong của màng không đổi trong quá trình đo. Do đó, điện thế của cảm biến pH là sự khác biệt giữa điện tích bên trong và bên ngoài của màng.

Mục đích của cảm biến tham chiếu là cung cấp điện thế tham chiếu ổn định đã xác định để đo điện thế của cảm biến pH. Để có thể làm được điều này, cảm biến tham chiếu cần được làm bằng thủy tinh không nhạy cảm với các ion H ⁺ trong dung dịch. Nó cũng phải mở với môi trường mẫu mà nó được nhúng vào. Để đạt được điều này, một lỗ hoặc mối nối được tạo ra trong trục của cảm biến tham chiếu qua đó dung dịch bên trong hoặc chất điện phân tham chiếu có thể chảy vào mẫu. Cảm biến tham chiếu và cảm biến pH (nửa tế bào) phải ở trong cùng một dung dịch để đo chính xác.

Có một số hệ thống tham khảo có sẵn. Chúng bao gồm các hệ thống bạc/bạc clorua, iốt/iođua và thủy ngân/calomel, cũng như một số điều chỉnh. Tuy nhiên, hệ thống bạc/bạc clorua hầu như luôn được sử dụng trong các phép đo pH hiện đại. Điện thế của hệ thống tham chiếu này được xác định bởi chất điện phân tham chiếu và phần tử tham chiếu bạc/bạc clorua. Điều quan trọng là chất điện phân tham chiếu có nồng độ ion cao dẫn đến điện trở thấp.

Trong các cảm biến kết hợp, cảm biến pH (cảm biến thủy tinh) và cảm biến tham chiếu được cấu tạo ở dạng hai ống/buồng đồng tâm. Điện cực pH bao bọc điện cực tham chiếu, chúng được liên kết với nhau thông qua mối nối gốm. Hai điện cực này, mặc dù kết hợp với nhau, hoạt động riêng biệt. Sự khác biệt duy nhất là dễ dàng xử lý một cảm biến, thay vì hai.

Người ta cũng có thể chứa một cảm biến nhiệt độ trong cùng một cơ thể với độ pH và các yếu tố tham chiếu. Điều này cho phép thực hiện các phép đo bù nhiệt độ. Các điện cực như vậy được gọi là điện cực 3 trong 1.

Tất cả hướng dẫn sử dụng đều cung cấp thông tin cần thiết về việc bảo quản cảm biến pH ngắn hạn và dài hạn.

• Luôn luôn: Trong chất điện phân tham chiếu cho cả lưu trữ ngắn hạn và dài hạn. Điều này cho phép sử dụng ngay cảm biến pH khi cần và đảm bảo thời gian đáp ứng ngắn.
• Đôi khi: Trong dung dịch đệm pH 4 và 7 giữa các phép đo để giữ cho màng ngậm nước.
• Không bao giờ: Sử dụng nước khử ion vì điều này sẽ làm cạn kiệt chất điện phân tham chiếu giàu ion. Ngoài ra, không bảo quản điện cực khô vì điều này sẽ làm hỏng màng, khiến cảm biến pH có thời gian phản hồi lâu hơn. Khi được bảo quản khô trong thời gian dài, nhiều cảm biến pH phải được kích hoạt lại bằng cách ngâm trong vài giờ trước khi lắp đặt để có được kết quả đo tối ưu. Nếu các biện pháp này không đủ, cảm biến có thể hoạt động trở lại bằng cách xử lý nó bằng dung dịch kích hoạt lại đặc biệt, sau đó điều hòa tiếp theo trong chất điện phân tham chiếu.
  

Khi sử dụng và bảo quản cảm biến pH theo khuyến nghị, tuổi thọ dự kiến là từ 1 đến 3 năm. Tuy nhiên, một số yếu tố có thể làm giảm tuổi thọ của cảm biến pH. Một trong số đó là việc sử dụng nó để đo các mẫu nóng hoặc rất kiềm. Các yếu tố khác có thể là hư hỏng cơ học do bảo quản không đúng cách. Ngoài ra, nếu dung dịch bảo quản bị khô hoặc rò rỉ ra ngoài do bảo quản ở nhiệt độ cao, đóng băng hoặc các nguyên nhân khác, tuổi thọ của đầu dò có thể giảm đáng kể.

Độ dốc và độ lệch của hiệu chuẩn là các chỉ số tốt về chất lượng của cảm biến pH. Khi các giá trị này vượt qua các giới hạn nhất định, điện cực pH có thể được coi là đã sử dụng hết. Giới hạn dưới và trên cho độ dốc là 85% và 105% và cho phần bù -35 mV và 35 mV. Ngoài ra, xin lưu ý rằng tín hiệu không ổn định hoặc thời gian phản hồi rất lâu trong dung dịch hiệu chuẩn pH cho thấy cảm biến pH đã xuống cấp trầm trọng. Những hiện tượng này thường liên quan đến độ dốc và độ lệch không đều.

Một số cảm biến kỹ thuật số nội tuyến của chúng tôi cũng cung cấp chẩn đoán dự đoán cho biết khi nào phải thay thế cảm biến.