La valeur de pH est utilisée comme unité de mesure de l'acidité ou de l'alcalinité d'un fluide. Le verre de la membrane du capteur fournit un potentiel électrochimique qui dépend de la valeur de pH du produit. Ce potentiel est généré par l'accumulation sélective des ions H + sur la couche externe de la membrane. Il se forme alors à cet endroit une couche limite électrochimique avec une différence de potentiel électrique. Un système de référence Ag/AgCl intégré est utilisé comme électrode de référence. La tension mesurée est convertie en valeur pH à l'aide de l'équation de Nernst.
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Comment fonctionne la mesure potentiométrique du pH
Le cœur de la mesure potentiométrique du pH est la détection des différences de potentiel avec des électrodes spéciales. Entrons dans le vif du sujet :
Électrodes en verre
Dans les électrodes classiques en verre, le composant clé est une ampoule de verre sensible au pH à l'extrémité d'un tube en verre. A l'intérieur de l'électrode, une solution neutre de chlorure de potassium tamponnée à pH 7 baigne un fil argent/chlorure d'argent qui forme le contact électrique.
Un deuxième fil de chlorure d'argent/argent inséré dans un tube en verre externe trempe dans une autre solution de chlorure de potassium. C'est le système de référence. Une petite jonction sépare le système de référence de la solution mesurée, assurant le raccordement électrique entre eux.
Lorsque l'électrode est immergée dans une solution, l'électrode détecte une différence de concentration d'ions hydrogène entre la face interne et externe de la membrane en verre. Cette différence de concentration crée une différence de potentiel mesurable qui est ensuite convertie en valeur pH.
Comment fonctionne l'ampoule en verre
Imaginez immerger le capteur dans une solution comme de l'acide chlorhydrique dilué. Les petits ions hydrogène migrent dans la couche limite de la membrane en verre et créent une séparation de charge pendant que les ions chlorure plus gros restent en dehors.
À l'intérieur de l'ampoule, la teneur en ions hydrogène est constante à pH 7. Si la teneur externe en ions hydrogène est plus élevée (solutions acides), une différence de potentiel est créée, avec un pH inférieur à 7. Pour les solutions neutres, la teneur en ions hydrogène est identique des deux côtés, avec un pH 7. Pour une faible teneur en ions hydrogène, le pH est supérieur à 7.
Capteurs sans verre
Pour les industries n'acceptant pas le verre dans leur process, les électrodes ISFET sont une alternative robuste. L'ampoule de verre classique est remplacée par une couche sensible au pH intégrée dans un transistor semiconducteur métal-oxyde (MOS).
Lorsque des ions hydrogène positifs interagissent avec cette couche, ils créent une séparation des charges et la zone entre la source et le drain devient conductrice. La polarisation du transistor engendre un courant directement lié au pH de la solution. Comme les capteurs de verre, les électrodes ISFET nécessitent également un système de référence stable protégé par une jonction pour être précis.
La précision pour chaque application
Le principe potentiométrique mis en œuvre par Endress+Hauser offre une précision maximale dans la mesure du pH. Cette technologie est utilisée dans de nombreuses industries et permet de meilleurs rendements de produits, moins de déchets, et une application là où les capteurs de verre ne peuvent pas être utilisés.
Avec les capteurs en verre ou les électrodes ISFET, la mesure potentiométrique du pH est la base de l'analyse physico-chimique. La science et la technologie mises à l'œuvre assurent des résultats fiables.
