復(fù)合pH電極原理詳解 —— 以堀場9618N-10D為例

更新時間：2026-03-24

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pH 電極是實驗室與工業(yè)酸堿度檢測的核心部件，而復(fù)合 pH 電極因結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷，已成為主流方案。本文以日本堀場 HORIBA 9618N-10D 微量樣品專用 pH 電極為對象，系統(tǒng)解析復(fù)合式 pH 電極的工作原理、結(jié)構(gòu)組成與測量機制。

一、復(fù)合 pH 電極的基本構(gòu)成

復(fù)合 pH 電極將測量電極與參比電極集成在同一殼體中，部分型號還集成溫度探頭，實現(xiàn)單支電極完成 pH 與溫度測量。9618N-10D 作為典型微型復(fù)合電極，整體結(jié)構(gòu)可分為三大部分：

pH 玻璃測量電極

負責(zé)感知氫離子濃度，核心為特制 pH 敏感玻璃膜，是產(chǎn)生電勢信號的關(guān)鍵部件。

參比電極系統(tǒng)

提供穩(wěn)定不變的基準(zhǔn)電勢，不受溶液 pH 與離子濃度影響，保證測量電勢差可準(zhǔn)確換算為 pH 值。

電極桿、液絡(luò)部、填充液與電纜

參比液通過液絡(luò)部（陶瓷隔膜）緩慢滲出，形成穩(wěn)定電化學(xué)回路；超細探頭結(jié)構(gòu)專為微量樣品設(shè)計，可測 50μL 樣本。

二、pH 測量的基本電化學(xué)原理

pH 測量基于能斯特方程（Nernst Equation），描述電極電勢與溶液氫離子活度的關(guān)系：

E=E°+F2.303RTlog[H+]

簡化為常用形式：

在 9618N-10D 電極中：

玻璃膜內(nèi)側(cè)為固定 pH 值的內(nèi)部緩沖液，外側(cè)與被測樣品接觸；
氫離子在玻璃膜表面發(fā)生交換，形成膜電勢；
參比電極輸出穩(wěn)定基準(zhǔn)電勢；
儀表測量兩者電勢差，并換算為對應(yīng) pH 值顯示。

理想條件下，pH 每變化 1 個單位，電勢變化約 59.2mV（25℃），這也是 pH 計校準(zhǔn)與讀數(shù)的理論基礎(chǔ)。

三、測量電極（玻璃電極）工作機制

9618N-10D 采用高響應(yīng)低阻抗玻璃膜，專為微量、小體積樣品優(yōu)化：

玻璃膜具有選擇性，只對氫離子敏感，對其他離子干擾小；

氫離子與玻璃表面水化層發(fā)生離子交換，形成雙電層與電勢差；

超細探頭直徑與半球形膜面設(shè)計，既保證響應(yīng)速度，又提高機械強度；

內(nèi)部填充緩沖液保持穩(wěn)定內(nèi)部 pH，使內(nèi)側(cè)電勢固定不變。

玻璃膜的質(zhì)量直接決定電極精度、響應(yīng)速度與使用壽命，也是堀場電極在微量檢測中穩(wěn)定性突出的核心原因。

四、參比電極的穩(wěn)定作用原理

參比電極必須提供恒定、不隨樣品變化的電勢，否則 pH 讀數(shù)會漂移、不穩(wěn)定。

9618N-10D 采用可填充式參比系統(tǒng)：

內(nèi)部填充高濃度 KCl 溶液，保證氯離子活度穩(wěn)定；

參比元件（如 Ag/AgCl）形成穩(wěn)定電化學(xué)電位；

液絡(luò)部（陶瓷隔膜）控制參比液緩慢滲出，連通測量回路，同時防止樣品倒灌污染；

可填充設(shè)計可維護液絡(luò)部，延長電極在復(fù)雜樣品下的耐用性。

若無穩(wěn)定參比，測量電勢將失去基準(zhǔn)，pH 值無法準(zhǔn)確計算。

五、溫度對測量的影響與補償原理

能斯特方程的斜率隨溫度變化，因此 pH 測量必須進行溫度補償。

9618N-10D 內(nèi)置溫度敏感元件，實現(xiàn)：

溫度改變能斯特斜率，儀器自動修正理論斜率；

消除樣品溫度差異帶來的系統(tǒng)誤差；

支持自動 / 手動溫度補償，提高不同溫度下的測量一致性。

六、微量樣品適配的結(jié)構(gòu)原理優(yōu)勢

與常規(guī)電極相比，9618N-10D 在原理實現(xiàn)上做了微型化優(yōu)化：

極小探頭尺寸，降低樣品需求量，可用于微量離心管；

低極化、高阻抗玻璃膜，在小體積樣品中仍能快速建立穩(wěn)定電勢；

液絡(luò)部結(jié)構(gòu)精細，不易堵塞，適合生物樣品、珍貴樣品檢測；

整體結(jié)構(gòu)緊湊，電化學(xué)回路穩(wěn)定，避免因體積過小導(dǎo)致信號波動。

七、總結(jié)

堀場 9618N-10D 復(fù)合 pH 電極，以能斯特響應(yīng)為理論核心，通過玻璃測量電極 + 參比電極一體化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)便捷、精準(zhǔn)的 pH 檢測。其原理可概括為：

氫離子在玻璃膜表面產(chǎn)生電勢差 → 參比電極提供穩(wěn)定基準(zhǔn) → 儀表計算電勢差并輸出 pH 值。