Sensore di pH on-line a elettrodo combinato in vetro

Principio di misura

Il sensore di pH on-line si basa sulla cella elettrochimica formata da un elettrodo di vetro a membrana selettiva agli ioni idrogeno e da un elettrodo di riferimento Ag/AgCl immerso in elettrolita KCl 3 M. La differenza di potenziale generata segue l'equazione di Nernst, con pendenza teorica di 59,16 mV per unità di pH a 25 gradi Celsius. Il segnale ad alta impedenza viene amplificato dal trasmettitore e compensato in temperatura tramite Pt100 o Pt1000 integrato.

I sensori industriali integrano un setto poroso (giunzione) tra elettrolita e processo, in ceramica, PTFE o anulare aperto. La scelta della giunzione determina la robustezza in presenza di solidi sospesi, oli o film biologici tipici delle acque grezze e dei reflui.

Range tipico

Su acque potabili la lettura tipica è 6,5-9,5 pH (D.Lgs. 18/2023). Su reflui industriali il range operativo si estende a 2-12 pH, mentre per impianti di neutralizzazione acida o caustica si arriva ai limiti dello strumento. Le acque ultra-pure (osmosi, demineralizzata) presentano una bassa conducibilità che rende la misura instabile: in questi casi si usano elettrodi ad alta impedenza con flow-cell dedicata.

Calibrazione

La taratura on-line si esegue con tamponi NIST tracciabili a 4,01, 6,86 e 9,18 pH (a 25 gradi Celsius). La procedura a due punti (4,01 e 6,86 oppure 6,86 e 9,18) è sufficiente per uso potabile; per range estesi si usa il tre punti. ISO 15839 descrive le prove di prestazione dei sensori on-line (scostamento, deriva, ripetibilità, tempo di risposta).

Il trasmettitore registra la pendenza in mV/pH (target 95-102%) e l'offset al punto zero (idealmente 0 mV a pH 7). Pendenza troppo bassa o offset elevato indicano un elettrodo da pulire o sostituire, secondo i criteri del costruttore.

Manutenzione e drift

Un elettrodo in buone condizioni ha una deriva contenuta. Su acque cariche di solidi o microrganismi il drift sale rapidamente per intasamento della giunzione e formazione di film sul bulbo. La pulizia si esegue con soluzione di HCl 0,1 M (per depositi calcarei), pepsina/HCl (per proteine) o tiourea (per solfuri).

Il bulbo va sempre conservato in KCl 3 M; l'asciugatura provoca disidratazione del gel layer e perdita irreversibile della sensibilità.

Quando usarlo

Il pH on-line è indispensabile su impianti di potabilizzazione (correzione pre/post coagulazione, controllo cloro), su torri evaporative, su impianti di neutralizzazione reflui, su reattori biologici e su circuiti di osmosi inversa per evitare scaling alcalino o corrosione acida sulle membrane.

Confronto con metodo normato di laboratorio

Il metodo di riferimento di laboratorio è la norma UNI EN ISO 10523 (pH potenziometrico). Il gestore fissa uno scostamento massimo accettabile tra sensore on-line e misura di confronto; se viene superato, il sensore va pulito, ritarato o sostituito.

Integrazione SCADA / IoT

I trasmettitori moderni espongono uscite 4-20 mA HART, Modbus RTU/TCP, Profibus PA o Ethernet/IP per integrazione PLC e SCADA. Le piattaforme IoT (MQTT su gateway industriali) consentono trending, allarmi su soglia e calcolo automatico del drift contro un campione spot di laboratorio.

Limiti

Il sensore non è un metodo analitico di laboratorio e non sostituisce le analisi di legge. Soffre di poisoning da solfuri, cianuri e proteine; alle alte temperature servono esecuzioni speciali; richiede manutenzione regolare.