PH/ORP復合式電極是水質監測、生化反應及工業過程控制中的核心傳感器，通過單支電極同時測量溶液的酸堿度(pH)與氧化還原活性(ORP)，其工作原理與精密結構設計密不可分。
一、核心工作原理：
1.pH測量原理：基于氫離子(H?)選擇性響應的能斯特方程。電極敏感膜(通常為玻璃膜，含Na?O-SiO?-CaO成分)與溶液接觸時，膜內外表面因H?濃度差異形成電位差(膜電位)，其大小符合能斯特公式：E=E?+(2.303RT/F)×lg[H?](25℃時簡化為E=E?-0.0591pH)。其中，E?為標準電位，R為氣體常數，T為絕對溫度，F為法拉第常數。參比電極(如Ag/AgCl電極)提供穩定的參比電位(通常為0.197V 25℃)，與玻璃膜電位組成原電池，通過測量電動勢差值計算pH值。
2.ORP測量原理：反映溶液中氧化劑與還原劑的相對濃度，通過測量溶液與參比電極間的氧化還原電位差實現。ORP電極通常采用鉑金(Pt)或金(Au)惰性金屬作為感應元件，當其與溶液接觸時，溶液中的氧化還原物質(如Fe³?/Fe²?、O?/H?O)在鉑表面發生電子轉移，形成與氧化還原電位相關的電勢差(E=E?+(RT/nF)×ln(氧化態/還原態))。復合電極將ORP電位與pH電位通過電路分離，分別輸出信號。
二、精密結構解析：
復合式電極采用“雙功能集成”結構，通常由以下核心部件組成：
1.pH敏感玻璃膜：位于電極頂端，為半球形或平頭結構(根據測量需求選擇)，厚度約0.1mm。其表面經過特殊處理(如拋光或涂層)，確保對H?的高選擇性(僅響應H?，忽略其他陽離子干擾)，同時具備機械強度(耐磨損)。玻璃膜內部填充內參比溶液(通常為0.1mol/L HCl或3.3mol/L KCl，含固定H?濃度)，通過Ag/AgCl內參比電極與玻璃膜形成穩定的pH測量回路。
2.ORP感應元件：多為直徑1-3mm的鉑金圓盤(或金片)，嵌入電極側面或頂端(與pH膜間隔絕緣)。鉑表面光滑且化學惰性，不會參與氧化還原反應，僅作為電子傳遞媒介，捕捉溶液中氧化還原物質的電子轉移信號。
3.參比系統：包括外參比電極(通常為Ag/AgCl電極)與鹽橋(多孔陶瓷或纖維材質)。外參比電極浸泡在外參比溶液(3.3mol/L KCl凝膠或液體)中，通過鹽橋與被測溶液形成離子通路(允許K?、Cl?擴散平衡電位，阻止溶液直接混合)。鹽橋的微孔結構(孔徑1-10μm)既保證離子交換速率，又防止溶液污染參比電極。
4.電極桿與連接頭：電極桿(通常為玻璃或塑料材質)用于支撐內部組件，外部為耐腐蝕材料(如PPS塑料)；連接頭(如BNC或DIN接口)將電極信號傳輸至pH/ORP計，內部包含導線(pH信號線、ORP信號線、參比電極線)與絕緣層(避免信號干擾)。部分復合電極集成溫度傳感器(如PT100)，用于自動溫度補償(因pH與ORP均受溫度影響)。
三、協同工作優勢：單支電極同時輸出pH與ORP信號，避免了分體式電極的安裝誤差(如兩點距離偏差)，簡化了測量流程(無需頻繁更換電極)，尤其適合需要同步監測酸堿度與氧化還原活性的場景(如污水處理曝氣池、生物反應器)。通過精密的結構設計與電化學原理的結合，pH/ORP復合式電極成為環境監測與工業控制中關鍵的“智能感官”。
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