PH/ORP复合式电极是水质监测、生化反应及工业过程控制中的核心传感器，通过单支电极同时测量溶液的酸碱度(pH)与氧化还原活性(ORP)，其工作原理与精密结构设计密不可分。
一、核心工作原理：
1.pH测量原理：基于氢离子(H⁺)选择性响应的能斯特方程。电极敏感膜(通常为玻璃膜，含Na₂O-SiO₂-CaO成分)与溶液接触时，膜内外表面因H⁺浓度差异形成电位差(膜电位)，其大小符合能斯特公式：E=E₀+(2.303RT/F)×lg[H⁺](25℃时简化为E=E₀-0.0591pH)。其中，E₀为标准电位，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数。参比电极(如Ag/AgCl电极)提供稳定的参比电位(通常为0.197V 25℃)，与玻璃膜电位组成原电池，通过测量电动势差值计算pH值。
2.ORP测量原理：反映溶液中氧化剂与还原剂的相对浓度，通过测量溶液与参比电极间的氧化还原电位差实现。ORP电极通常采用铂金(Pt)或金(Au)惰性金属作为感应元件，当其与溶液接触时，溶液中的氧化还原物质(如Fe³⁺/Fe²⁺、O₂/H₂O)在铂表面发生电子转移，形成与氧化还原电位相关的电势差(E=E₀+(RT/nF)×ln(氧化态/还原态))。复合电极将ORP电位与pH电位通过电路分离，分别输出信号。
二、精密结构解析：
复合式电极采用“双功能集成”结构，通常由以下核心部件组成：
1.pH敏感玻璃膜：位于电极顶端，为半球形或平头结构(根据测量需求选择)，厚度约0.1mm。其表面经过特殊处理(如抛光或涂层)，确保对H⁺的高选择性(仅响应H⁺，忽略其他阳离子干扰)，同时具备机械强度(耐磨损)。玻璃膜内部填充内参比溶液(通常为0.1mol/L HCl或3.3mol/L KCl，含固定H⁺浓度)，通过Ag/AgCl内参比电极与玻璃膜形成稳定的pH测量回路。
2.ORP感应元件：多为直径1-3mm的铂金圆盘(或金片)，嵌入电极侧面或顶端(与pH膜间隔绝缘)。铂表面光滑且化学惰性，不会参与氧化还原反应，仅作为电子传递媒介，捕捉溶液中氧化还原物质的电子转移信号。
3.参比系统：包括外参比电极(通常为Ag/AgCl电极)与盐桥(多孔陶瓷或纤维材质)。外参比电极浸泡在外参比溶液(3.3mol/L KCl凝胶或液体)中，通过盐桥与被测溶液形成离子通路(允许K⁺、Cl⁻扩散平衡电位，阻止溶液直接混合)。盐桥的微孔结构(孔径1-10μm)既保证离子交换速率，又防止溶液污染参比电极。
4.电极杆与连接头：电极杆(通常为玻璃或塑料材质)用于支撑内部组件，外部为耐腐蚀材料(如PPS塑料)；连接头(如BNC或DIN接口)将电极信号传输至pH/ORP计，内部包含导线(pH信号线、ORP信号线、参比电极线)与绝缘层(避免信号干扰)。部分复合电极集成温度传感器(如PT100)，用于自动温度补偿(因pH与ORP均受温度影响)。
三、协同工作优势：单支电极同时输出pH与ORP信号，避免了分体式电极的安装误差(如两点距离偏差)，简化了测量流程(无需频繁更换电极)，尤其适合需要同步监测酸碱度与氧化还原活性的场景(如污水处理曝气池、生物反应器)。通过精密的结构设计与电化学原理的结合，pH/ORP复合式电极成为环境监测与工业控制中关键的“智能感官”。
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