第一個pH 電極有一個充滿強電解質(zhì)的玻璃燈泡或氣泡，內(nèi)部有一個 Ag/AgCl（銀/氯化銀）半電池，Ag 線作為觸點。

原始 pH 電極和現(xiàn)代電極的工作原理并沒有太大變化，但是隨著技術(shù)的進步，出現(xiàn)了新的設(shè)計，例如組合電極、雙結(jié)電極、凝膠填充電極、甘汞結(jié)、固態(tài)電極、離子選擇電極和環(huán)氧樹脂身體電極

當(dāng)今大多數(shù) pH 電極類型被稱為組合電極。組合電極在一個外殼中包含玻璃氫離子 (H+) 敏感電極和附加參比電極。

pH 電極或組合電極如何工作？

組合或 pH 電極測量玻璃電極兩側(cè)之間的電位差。要測量電位，它必須是一個閉合電路。該電路通過電極的內(nèi)部溶液和被測量的外部溶液和pH計閉合。

當(dāng)電極浸入測試溶液中時，由于氫離子的正電荷，玻璃燈泡將氫離子感應(yīng)為毫伏 (mV)。電解液或內(nèi)部溶液從玻璃燈泡中獲取 mV 信號。然后將該信號傳遞到內(nèi)部電極。然后，Ag/AgCl 線將該信號傳遞到通向儀表的電極電纜。

含有電解質(zhì)或填充溶液的參比電極會產(chǎn)生一個恒定的 mV，該電壓會傳輸?shù)?Ag/AgCl 線。然后，電線傳遞信號，這可以被認為是對電極電纜進行測量的“控制”。

該電路由來自參比電極的微量內(nèi)部溶液流過由陶瓷芯制成的多孔膜而閉合。所謂的這種膜或結(jié)位于電極體上。

pH 計測量內(nèi)部電極和參比電極之間的差異，單位為毫伏直流電。然后儀表讀取此 mV 讀數(shù)并以 pH 單位顯示。

雙結(jié)電極如何工作？

如上所述，組合電極通過電解液流出的連接處與被測溶液分離。在被測溶液可能呈強酸性或強堿性，或處于高壓或高溫的不利條件下，電解液通過連接處的正向流動可以逆轉(zhuǎn)。一旦反轉(zhuǎn)，被測樣品會流入?yún)⒈仁?，污染參比電極，最終破壞電極。

在可能發(fā)生電解液反向流動的應(yīng)用中，使用雙結(jié)。為了保護參考不受污染，電極中內(nèi)置了第二個結(jié)。第二個結(jié)，或眾所周知的雙結(jié)電極，在被測溶液和參比電極之間有一個額外的腔室。在來自測試溶液的污染物到達參比電極之前，它必須首先擴散，不僅通過原始結(jié)，而且通過第二個結(jié)。額外的腔室用作緩沖液，減緩參比電極電解質(zhì)溶液的變化。雙結(jié)電極的優(yōu)點是使用壽命更長，在不利條件下工作良好。

甘汞電極如何工作？

由銀線和氯化銀和氯化鉀 (KCl) 電解質(zhì)構(gòu)成的通用電極適用于大多數(shù)不與銀反應(yīng)的水溶液。當(dāng)使用含有重金屬、蛋白質(zhì)、tris 緩沖液、有機物和低離子溶液的溶液時，這些溶液都會與銀發(fā)生反應(yīng)，通用電極的壽命會縮短。

甘汞復(fù)合電極由汞和氯化汞制成并具有 KCl 電解質(zhì)的參比電極構(gòu)成。它與上述溶液的反應(yīng)性較小，電極的使用壽命更長。

甘汞電極的缺點是它含有汞和汞化合物。它們被認為是危險材料，需要特定的處置措施。

雙結(jié)電極結(jié)構(gòu)技術(shù)的改進消除了對甘汞電極的需求。

離子選擇性場效應(yīng)晶體管 (ISFET) 如何工作？

離子選擇性場效應(yīng)晶體管 (ISFET) 或固態(tài)電極依賴于硅芯片，當(dāng)與測試溶液接觸時，該硅芯片會檢測和測量其表面和底層半導(dǎo)體材料之間的可變電壓電位。該可變電位與樣品中的氫離子濃度成正比，用于確定 pH 值。

ISFET 電極經(jīng)久耐用且易于維護。探頭由不銹鋼制成，由于沒有玻璃，因此非常適合食品工業(yè)。它們幾乎牢不可破。

ISFET 電極的其他優(yōu)點包括：堅固的 pH 感應(yīng)區(qū)域，可以用牙刷清潔；它們可以干燥儲存；具有快速響應(yīng)時間，可用于在 pH 值范圍內(nèi)測試極端水平的酸或堿。

ISFET的缺點是比傳統(tǒng)電極貴兩到三倍；它們不能提供與玻璃電極相同的穩(wěn)定性和準確性；它們有一個已知的漂移問題，并且大多數(shù)只能使用適用于 ISFET 技術(shù)的 pH 計。

離子選擇電極如何工作？

離子選擇電極 (ISE) 通常用于實時測量溶液中的特定離子濃度。電極由一個傳感器組成，該傳感器將溶解在溶液中的離子的活性轉(zhuǎn)換為電勢。而傳統(tǒng)的 pH 電極測量溶解的氫離子的電位；ISE可以測量許多物質(zhì)的離子電位；一些常見的例子是溶解在溶液中的氨、鎘、鈣、溴化物、氟化物、銅和氰化物。

ISE 只能與以毫伏刻度和 pH 刻度顯示讀數(shù)的 pH 計一起使用。測量值轉(zhuǎn)換為百萬分率 (ppm)。

電極的傳感部分不是玻璃燈泡，而是與離子特異性參考電極一起制成離子特異性膜。使用 ISE 離子強度調(diào)節(jié)劑時，需要離子特異性校準溶液和替代電解質(zhì)溶液。

ISE 用于水處理廠、制造設(shè)施和實驗室，需要對特定離子進行實時測量以獲取純化結(jié)果、質(zhì)量控制和溶液分析。

常見問題

問：玻璃體電極和環(huán)氧樹脂體電極有什么區(qū)別？

答：環(huán)氧樹脂體電極具有抗沖擊體，適合現(xiàn)場工作或粗暴處理。燈泡由玻璃制成，因此在處理時仍需小心謹慎。塑料體還限制電極與高溫溶液和溶劑一起使用。

問：可再填充（液體填充）和凝膠填充電極有什么區(qū)別？

答：在可再填充電極中，少量電解質(zhì)溶液通過連接處泄漏到測試溶液中，可以通過電極主體上的填充端口進行補充或重新填充。這有助于保持精度以及延長電極的使用壽命。

問：電極的預(yù)期壽命是多少？

答：一般來說，pH 電極可以使用一到兩年。決定預(yù)期壽命的因素很多。如果為某個應(yīng)用選擇了錯誤的電極，其壽命將會縮短。當(dāng)測試腐蝕性酸或堿時，工作壽命會縮短。最后，如果電極保養(yǎng)和存放不當(dāng)，電極的使用壽命可能會縮短。