Un sensore di idrogeno solforato (H2S) è un sensore di gas che può essere costruito secondo diverse specifiche di progettazione per rilevare i livelli di idrogeno solforato creati durante i processi industriali e biologici. Tali sensori sono molto importanti in vari settori a causa del fatto che l’idrogeno solforato è un gas estremamente tossico. L’inalazione di 500-1000 parti per milione (ppm) in volume provoca quasi sempre immediata perdita di coscienza e morte. Alcune unità di sensori di idrogeno solforato sono componenti di emergenza monouso, mentre altri modelli di sensori H2S sono realizzati per rilevare ripetutamente il gas e durare per molti anni.
Molte industrie hanno bisogno del sensore di idrogeno solforato, ma tra le più comuni ci sono l’industria petrolchimica, dove è un sottoprodotto naturale della produzione di petrolio greggio e gas naturale, e gli impianti di trattamento delle acque reflue municipali. Le aree correlate che producono idrogeno solforato includono la piscicoltura o l’acquacoltura, lo stoccaggio di letame per fertilizzanti e regioni in cui esistono gas vulcanici o sorgenti termali. Anche le raffinerie e gli impianti di cokeria che convertono il carbone in coke attraverso un processo di riscaldamento in un ambiente privo di ossigeno sono luoghi in cui un sistema di rilevamento del sensore di idrogeno solforato è fondamentale. Anche cartiere, acciaierie e concerie producono il gas e, poiché è un sottoprodotto naturale della decomposizione della materia organica da parte dei batteri, è anche un potenziale pericolo in diversi tipi di fabbriche di trasformazione alimentare.
La capacità di rilevare naturalmente livelli pericolosi ma molto bassi di idrogeno solforato nell’aria può essere difficile per diversi motivi. Uno dei motivi è che si tratta di un gas incolore e trasparente, più pesante dell’aria, per cui tende a depositarsi a livelli bassi negli edifici dove inizialmente può passare inosservato. Mentre ha un odore di uova marce a basse concentrazioni, l’odore diventa dolce a livelli più alti, il che può confondere i sensi. Esistono, quindi, diversi metodi per rilevare il gas nei campioni biologici rispetto alle concentrazioni nell’aria o nell’acqua.
Un design tipico per un sensore portatile per uso continuo si basa su una cella a combustibile con sistema microelettromeccanico (MEM) che può funzionare in un intervallo da -22° a 122° Fahrenheit (da -30° a 50° Celsius) e utilizza il principio del resistenza. Il sensore MEMs è costruito su un materiale semiconduttore di ossido di metallo (MOS) di microscopiche pellicole di ossido di stagno o di metallo dorato che rispondono ai cambiamenti nella resistenza elettrica quando il gas di idrogeno solforato li attraversa. Tali sensori hanno tempi di risposta rapidi e possono essere precisi fino a 25 parti per miliardo (ppb), ma, il più delle volte, sono progettati per rilevare solo livelli più elevati di gas. Sono economici, tuttavia, e sono comunemente impiegati in condizioni climatiche difficili, come nella prospezione e nella perforazione di petrolio e gas.
Un sensore di idrogeno solforato progettato per rilevare il gas nell’acqua e nei fanghi si basa anche sul principio della potenziometria, ovvero le variazioni della forza elettromotrice nell’acqua. I rilevatori d’acqua possono misurare i livelli di gas a meno di 0.3 ppb e sono spesso integrati nei misuratori di pH standard utilizzati nell’industria del trattamento delle acque reflue. Tuttavia, per essere precisi, richiedono una calibrazione frequente, che di solito è programmata una volta al mese. Un frequente problema del sensore di deriva si verifica con le unità necessarie per misurare livelli così fini, il che è un’indicazione che la lettura di output visualizzata è sfalsata rispetto al valore misurato effettivo. In un sensore di idrogeno solforato utilizzato in un ambiente liquido, una gamma di deriva di ±0.5 millivolt (mV) è standard, ma la deriva può spesso raggiungere fino a 2 mV in un mese nelle letture.
Altri tipi di sensori di idrogeno solforato sono integrati in unità portatili trasportate da personale dei servizi di emergenza in grado di rilevare altri gas pericolosi come il monossido di carbonio. Tipi simili di unità collocate nelle strutture sono resistenti alla corrosione e agli esplosivi, che sono due proprietà del gas idrogeno solforato. Sono in grado di funzionare da due a cinque anni con un consumo energetico molto basso e nessuna degradazione nella capacità di rilevamento continuo dopo essere stati esposti al gas.
Il livello di sensibilità e i tempi di risposta inferiori a un minuto sono stati migliorati negli ultimi anni per il sensore di idrogeno solforato incorporando materiali ingegnerizzati su scala nanometrica. Ciò supporta le nuove normative negli Stati Uniti a partire dal 2010. L’American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) ha ridotto i livelli di esposizione accettabili al gas per una media ponderata di otto ore da 10 ppm a 1 ppm e un livello di esposizione a breve termine di 15 ppm fino a 5 ppm.