在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,土壤基質(zhì)既作為植物生長必須的支持介質(zhì),同時還能儲存植物生長的必須的養(yǎng)分和水分,作物根系從中按需選擇吸收,為作物提供所需要的水、氣、肥生長環(huán)境。pH值是栽培基質(zhì)重要理化參數(shù)之一,對基質(zhì)肥力和養(yǎng)分有重要影響。實時掌握栽培基質(zhì)pH值,為調(diào)節(jié)栽培過程水肥狀況提供依據(jù),對實現(xiàn)設(shè)施栽培現(xiàn)代化,提高設(shè)施農(nóng)業(yè)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)至關(guān)重要。傳統(tǒng)檢測土壤pH值，采用的是取土樣，在實驗室經(jīng)過晾曬風(fēng)干、過濾、稱重溶解到一定比例的純水中，測其懸浮液的pH，得出土壤pH值。這個檢測方法檢測時間比較久，而且檢測過程也相對復(fù)雜。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，顯然不太適合。所以人們就研發(fā)出固態(tài)pH傳感器。固態(tài)pH傳感器不用取土，直接將傳感器插入土壤就能出結(jié)果，檢測速度快，操作也簡單，也更能反應(yīng)出原位土壤pH對于作物生長的影響。
華東師范大學(xué)的杜元生老師就曾在新型全固態(tài)pH傳感器進行研究。他提出兩種全固態(tài)pH傳感器,即摻Y(jié)鋯酸鋇陶瓷pH傳感器以及Zr/ZrO_2PH傳感器,對制備方法及性能進行了研究。其結(jié)果表明,以磷酸為內(nèi)參比制備的摻Y(jié)鋯酸鋇陶瓷pH傳感器,在20℃下響應(yīng)較慢,但擬合度高,符合線性關(guān)系,斜率為-36.5 mV/pH。而在80℃下響應(yīng)較快,擬合度也較高,但斜率有所下降;以硅鎢酸為內(nèi)參比制備的摻Y(jié)鋯酸鋇陶瓷pH傳感器,20℃下響應(yīng)比磷酸快,擬合度高,達到了 99.18%,符合線性關(guān)系,斜率為-29.44mV/pH。(3)通過高溫氧化法和電化學(xué)氧化法制備了 Zr/ZrO_2PH傳感器,并調(diào)節(jié)制備條件,研究不同方法和不同條件下制備的傳感器性能之間的差異。采用高溫氧化法制備時,用Na2CO3熔鹽氧化制備的傳感器性能。在pH為4～12.47范圍內(nèi),響應(yīng)值非常穩(wěn)定,且線性擬合度高,斜率為-28.16mV/pH。采用陽極氧化法制備時,對比了有機電解液和無機電解液對氧化膜表面納米結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)采用無機電解液且第二步氧化時間為1h時,線性擬合度好,在pH為1.68～12.47范圍內(nèi)斜率達到了-31.51 mV/pH。
江蘇大學(xué)徐坤博士對基于修飾膜的全固態(tài)pH傳感器及其應(yīng)用進行研究。分析了 pH傳感器的研究現(xiàn)狀,針對目前pH傳感器無法對土壤基質(zhì)環(huán)境實現(xiàn)pH原位檢測,結(jié)合土壤基質(zhì)特殊的理化性狀,提出了一種由Nafion修飾的pH銻檢測電極和殼聚糖-石墨烯修飾的固態(tài)Ag/AgCl參比電極組成的全固態(tài)pH傳感器,并開展其傳感機理及土壤基質(zhì)pH原位檢測應(yīng)用研究。提出以Nafion修飾的銻電極作為檢測電極,以殼聚糖-石墨烯修飾的Ag/AgCl參比電極作為參比電極的基于修飾膜的全固態(tài)pH傳感器;對所研制的基于修飾膜的全固態(tài)pH傳感器進行了試驗研究,結(jié)果表明,傳感器的靈敏度為52.3mV/pH,接近理想能斯特響應(yīng)斜率,響應(yīng)時間在20s左右,短時間連續(xù)測量的偏差小于2mV,長時間使用時,其響應(yīng)斜率偏差小于2mV/pH;將所研制的基于修飾膜的全固態(tài)pH傳感器應(yīng)用于常見的樣本測試,結(jié)果表明,在水系樣本中,其測量誤差明顯小于在土壤基質(zhì)浸提液中的測量誤差,且其在酸性環(huán)境下的測量誤差要大于中性和堿性環(huán)境下的測量誤差;相對于數(shù)字pH檢測儀其測量的誤差都保持在0.6個單位以內(nèi),相對誤差基本保持在10%以內(nèi)。
想要提高pH傳感器的精度，還是需要在原理和材料上下功夫。目前武漢漢林苑研發(fā)的土壤pH計HLY-216，采用的電位法，能直接插入土壤檢測。其精度能達到0.05pH，這在國產(chǎn)產(chǎn)品中，精度是相對比較高的，帶有溫度補償功能。這個產(chǎn)品即可以檢測原位pH，用于傳統(tǒng)的檢測土壤pH的方法也是沒問題的。其性價比高，穩(wěn)定性和重復(fù)性都很好。適合科研實驗，農(nóng)業(yè)、園藝業(yè)和林業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用。
