سنسورهای الکتروشیمیایی یکی از مهم‌ترین ابزارهای تشخیص و اندازه‌گیری گازها در صنایع، آزمایشگاه‌ها و محیط‌های ایمنی هستند. این سنسورها با استفاده از واکنش‌های الکتروشیمیایی، غلظت گازهای خاص را تشخیص داده و به‌صورت سیگنال الکتریکی ارسال می‌کنند. در وب‌سایت شیمی گلس، مجموعه‌ای کامل از سنسورهای الکتروشیمیایی از برندهای معتبر جهانی مانند Hach، Drager، Gastec عرضه می‌شود که پاسخگوی نیازهای صنعتی و آزمایشگاهی است.

سنسور الکتروشیمیایی چیست؟

سنسور الکتروشیمیایی یک ابزار دقیق برای تشخیص و اندازه‌گیری غلظت گازهای خاص در محیط است که بر پایه واکنش‌های شیمیایی بین گاز هدف، الکترودها و الکترولیت عمل می‌کند. این سنسور با تبدیل واکنش شیمیایی به جریان الکتریکی، سیگنالی تولید می‌کند که متناسب با میزان گاز موجود است. به دلیل حساسیت بالا، دقت مناسب، مصرف انرژی کم و پاسخ سریع، سنسورهای الکتروشیمیایی به‌طور گسترده در صنایع شیمیایی، تصفیه‌خانه‌ها، آزمایشگاه‌ها، سیستم‌های ایمنی و پایش محیطی به کار می‌روند و نقش مهمی در حفاظت از سلامت افراد و تجهیزات ایفا می‌کنند.

نحوه عملکرد سنسور الکتروشیمیایی به چه صورت است؟

نحوه عملکرد سنسور الکتروشیمیایی بر پایه یک اصل ساده ولی بسیار دقیق است:

• ورود گاز هدف به سنسور: گاز موردنظر از طریق یک غشاء نفوذپذیر وارد محفظه سنسور می‌شود. این غشاء به‌گونه‌ای طراحی شده که تنها گازهای خاص یا ترکیبات هدف بتوانند عبور کنند.
• واکنش الکتروشیمیایی روی الکترود: درون سنسور، سه الکترود اصلی وجود دارد: الکترود کار (Working Electrode)، الکترود مرجع (Reference Electrode) و الکترود کمکی (Counter Electrode). گاز هدف در سطح الکترود کار اکسید یا احیا می‌شود.
• تولید جریان الکتریکی متناسب با غلظت گاز: واکنش اکسایش-کاهش باعث ایجاد جریان الکتریکی در مدار می‌شود. شدت این جریان مستقیماً با غلظت گاز هدف در محیط متناسب است.
• اندازه‌گیری و تبدیل به سیگنال خروجی: مدار الکترونیکی سیگنال جریان را دریافت کرده و آن را به داده‌های عددی (مثلاً ppm یا ppb) تبدیل می‌کند که توسط سیستم نمایش داده می‌شود.

انواع سنسور الکتروشیمیایی

انواع سنسور الکتروشیمیایی بر اساس نوع گاز هدف، طراحی الکترود، و کاربرد صنعتی دسته‌بندی می‌شوند. در ادامه مهم‌ترین انواع آن‌ها را معرفی می‌کنم:

سنسورهای الکتروشیمیایی تک‌گازی (Single Gas Electrochemical Sensors)

طراحی شده برای تشخیص یک گاز خاص. مثل:

• سنسور کلر (Cl₂)
• سنسور آمونیاک (NH₃)
• سنسور سولفید هیدروژن (H₂S)
• سنسور منوکسید کربن (CO)

کاربرد: پایش صنعتی، ایمنی آزمایشگاه، تصفیه آب، صنایع شیمیایی.

سنسورهای چندگازی (Multi-Gas Electrochemical Sensors)

قابلیت شناسایی چند گاز به‌صورت هم‌زمان. اغلب در سیستم‌های قابل حمل تشخیص گاز استفاده می‌شوند.

• مزیت: صرفه‌جویی در فضا و هزینه.

سنسورهای الکتروشیمیایی سه‌الکترودی (Three-Electrode Sensors)

شامل الکترود کار، مرجع و کمکی. رایج‌ترین طراحی در سنسورهای دقیق.

• ویژگی: پایداری بالا و دقت بیشتر در اندازه‌گیری.

سنسورهای آمپرومتریک (Amperometric Electrochemical Sensors)

• غلظت گاز را بر اساس جریان الکتریکی تولیدشده اندازه‌گیری می‌کنند.
• کاربرد: اندازه‌گیری دقیق گازهای سمی در محدوده ppm یا ppb.

سنسورهای ولتامتریک (Voltammetric Electrochemical Sensors)

• ولتاژ اعمال‌شده بین الکترودها تغییر می‌کند تا واکنش‌های مختلف بررسی شود.
• کاربرد: کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی با نیاز به تشخیص چندین گونه شیمیایی.

سنسورهای گالوانیک (Galvanic Electrochemical Sensors)

• بدون نیاز به منبع تغذیه خارجی.
• کاربرد: پایش اکسیژن (O₂) و برخی گازهای واکنش‌پذیر.

کاربرد سنسورهای الکتروشیمیایی

کاربرد سنسورهای الکتروشیمیایی بسیار گسترده است و از محیط‌های صنعتی و آزمایشگاهی گرفته تا تجهیزات ایمنی و حتی حوزه پزشکی استفاده می‌شوند. مهم‌ترین کاربردها عبارتند از:

صنایع شیمیایی و پتروشیمی

• پایش و کنترل گازهای سمی مانند کلر (Cl₂)، سولفید هیدروژن (H₂S)، آمونیاک (NH₃).
• استفاده در واحدهای تولید، انبارداری و انتقال مواد شیمیایی برای پیشگیری از نشت و انفجار.

تصفیه آب و فاضلاب

• اندازه‌گیری کلر آزاد و کلر کل برای کنترل ضدعفونی.
• پایش اوزن و دی‌اکسید کلر در فرآیندهای گندزدایی.
• کنترل فرآیندهای تهویه و ایمنی پرسنل.

صنایع غذایی و نوشیدنی

• اندازه‌گیری باقیمانده‌های مواد ضدعفونی‌کننده مانند کلر یا پراکسید هیدروژن.
• پایش ایمنی هوا در اتاق‌های سردخانه یا تولید.

استخرها و مراکز ورزشی

• کنترل سطح کلر در آب استخر برای حفظ ایمنی کاربران.
• تشخیص نشت بخارات کلر در محیط بسته.

ایمنی صنعتی و کارگاهی

• استفاده در دستگاه‌های ثابت و قابل حمل تشخیص گاز برای هشدار سریع در برابر نشت گازهای خطرناک.
• نصب در سیستم‌های تهویه صنعتی برای پیشگیری از حوادث.

صنایع دارویی و بهداشتی

• پایش محیط‌های تولید دارو از نظر آلودگی‌های شیمیایی.
• کنترل محیط‌های حساس مانند اتاق‌های تمیز (Clean Rooms).

حوزه پزشکی و تحقیقاتی

• استفاده در آنالایزرهای خون و گازهای تنفسی.
• پایش گازهای خاص در آزمایش‌های بیولوژیکی.

مزایای استفاده از سنسور الکتروشیمیایی

مزایای استفاده از سنسور الکتروشیمیایی باعث شده که این تکنولوژی به یکی از پرکاربردترین روش‌های پایش و تشخیص گازها در صنایع مختلف تبدیل شود. مهم‌ترین مزایا عبارتند از:

حساسیت و دقت بالا

• قابلیت شناسایی غلظت‌های بسیار پایین گاز (حتی در حد ppm یا ppb).
• دقت اندازه‌گیری بالا برای تشخیص تغییرات کوچک در غلظت گاز.

پاسخ سریع

• زمان پاسخ‌دهی کوتاه (چند ثانیه تا چند دقیقه) که در شرایط اضطراری بسیار مهم است.
• امکان هشدار سریع برای جلوگیری از حوادث.

قابلیت انتخاب‌پذیری بالا

• بسیاری از سنسورهای الکتروشیمیایی برای گاز یا ترکیب خاصی طراحی شده‌اند، بنابراین تداخل با سایر گازها کمتر است.

مصرف انرژی کم

• عملکرد با انرژی پایین، مناسب برای تجهیزات قابل حمل و سیستم‌های باتری‌خور.

ابعاد کوچک و طراحی جمع‌وجور

• امکان نصب در دستگاه‌های کوچک و قابل حمل یا سیستم‌های بزرگ صنعتی.

هزینه نگهداری پایین

• نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای مشخص و تعویض سنسور پس از طول عمر مشخص (معمولاً ۲ تا ۳ سال).
• هزینه تعمیر و نگهداری نسبت به برخی روش‌های دیگر کمتر است.

سازگاری با شرایط مختلف محیطی

• قابلیت عملکرد در محدوده‌های وسیع دما، رطوبت و فشار.

نتیجه‌گیری

سنسورهای الکتروشیمیایی به‌دلیل دقت بالا، حساسیت فوق‌العاده، سرعت پاسخ مناسب و هزینه نگهداری پایین، یکی از بهترین گزینه‌ها برای پایش و تشخیص گازها در صنایع مختلف محسوب می‌شوند. این سنسورها با فناوری پیشرفته خود توانایی شناسایی غلظت‌های بسیار پایین گاز را دارند و در محیط‌های صنعتی، آزمایشگاهی، تصفیه‌خانه‌های آب، صنایع غذایی، دارویی و ایمنی صنعتی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب صحیح نوع سنسور، انجام کالیبراسیون دوره‌ای و رعایت دستورالعمل‌های تولیدکننده می‌تواند عملکرد پایدار و طولانی‌مدت آن را تضمین کند. استفاده از سنسورهای الکتروشیمیایی نه‌تنها ایمنی کارکنان و تجهیزات را افزایش می‌دهد، بلکه به ارتقای کیفیت پایش محیط و پیشگیری از خطرات احتمالی کمک شایانی می‌کند.