سنسور PH (انگلیسی : pH Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور PH (انگلیسی : pH Sensor) :
سنسور pH (یا الکترود pH) وسیله ای است که اسیدیته یا قلیاییت یک محلول آبی را اندازه گیری می کند. pH به صورت لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن (
\[ H^+ \]) تعریف می شود:
\[ pH = -\log_{10}[H^+] \]. محدوده pH از ۰ (بسیار اسیدی) تا ۱۴ (بسیار قلیایی) متغیر است، با ۷ به عنوان خنثی. اندازه گیری pH در صنایع شیمیایی، دارویی، غذایی، کشاورزی، و پایش محیط زیست حیاتی است.
رایج ترین سنسور pH، الکترود شیشه ای (glass electrode) است. این الکترود از یک لوله شیشه ای تشکیل شده که در انتهای آن یک غشای نازک از شیشه مخصوص (حساس به یون H⁺) قرار دارد. درون لوله، یک محلول بافر با pH ثابت (معمولا KCl) و یک الکترود مرجع داخلی (نقره/کلرید نقره) وجود دارد. یک الکترود مرجع خارجی (که اغلب در همان محفظه یا به صورت جداگانه قرار می گیرد) نیز با محلول نمونه در تماس است.
وقتی الکترود شیشه ای در محلول نمونه قرار می گیرد، بین دو طرف غشای شیشه ای (داخل و خارج) اختلاف پتانسیل ایجاد می شود که متناسب با لگاریتم نسبت غلظت یون H⁺ در دو طرف است. با کالیبره کردن سیستم با محلول های بافر با pH معلوم، می توان این اختلاف پتانسیل را به pH تبدیل کرد. ولتاژ اندازه گیری شده توسط یک تقویت کننده با امپدانس ورودی بسیار بالا (چون مقاومت الکترود شیشه ای بسیار بالاست) خوانده می شود.
علاوه بر الکترود شیشه ای، سنسورهای pH حالت جامد (با استفاده از FET حساس به یون - ISFET) نیز وجود دارند که در آنها غشای حساس به یون مستقیما روی گیت یک ترانزیستور اثر میدانی قرار دارد. این سنسورها کوچک تر، مستحکم تر و با پاسخ سریع تر هستند.
مزایا (الکترود شیشه ای):
دقت و تکرارپذیری بالا.
محدوده اندازه گیری وسیع.
معایب:
شکننده بودن (شیشه).
نیاز به کالیبراسیون دوره ای.
خشک شدن الکترود در صورت عدم استفاده.
امپدانس خروجی بالا.
\[ E = E_0 + \frac{2.303 RT}{F} \log[H^+] = E_0 - \frac{2.303 RT}{F} pH \]که
\[ E \]پتانسیل اندازه گیری شده،
\[ E_0 \]پتانسیل استاندارد،
\[ R \]ثابت گازها،
\[ T \]دمای مطلق و
\[ F \]ثابت فارادی است.
کاربردها: آزمایشگاه های شیمی و زیست شناسی، صنایع غذایی (تولید نوشیدنی ها، لبنیات)، تصفیه آب و فاضلاب، کشاورزی (خاک)، و آبزی پروری.
