复合pH电极原理详解 —— 以堀场9618N-10D为例

发布时间：2026/3/24

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pH 电极是实验室与工业酸碱度检测的核心部件，而复合 pH 电极因结构紧凑、使用便捷，已成为主流方案。本文以日本堀场 HORIBA 9618N-10D 微量样品专用 pH 电极为对象，系统解析复合式 pH 电极的工作原理、结构组成与测量机制。

一、复合 pH 电极的基本构成

复合 pH 电极将测量电极与参比电极集成在同一壳体中，部分型号还集成温度探头，实现单支电极完成 pH 与温度测量。9618N-10D 作为典型微型复合电极，整体结构可分为三大部分：

pH 玻璃测量电极

负责感知氢离子浓度，核心为特制 pH 敏感玻璃膜，是产生电势信号的关键部件。

参比电极系统

提供稳定不变的基准电势，不受溶液 pH 与离子浓度影响，保证测量电势差可准确换算为 pH 值。

电极杆、液络部、填充液与电缆

参比液通过液络部（陶瓷隔膜）缓慢渗出，形成稳定电化学回路；超细探头结构专为微量样品设计，可测 50μL 样本。

二、pH 测量的基本电化学原理

pH 测量基于能斯特方程（Nernst Equation），描述电极电势与溶液氢离子活度的关系：

E=E∘+F2.303RTlog[H+]

简化为常用形式：

在 9618N-10D 电极中：

玻璃膜内侧为固定 pH 值的内部缓冲液，外侧与被测样品接触；
氢离子在玻璃膜表面发生交换，形成膜电势；
参比电极输出稳定基准电势；
仪表测量两者电势差，并换算为对应 pH 值显示。

理想条件下，pH 每变化 1 个单位，电势变化约 59.2mV（25℃），这也是 pH 计校准与读数的理论基础。

三、测量电极（玻璃电极）工作机制

9618N-10D 采用高响应低阻抗玻璃膜，专为微量、小体积样品优化：

玻璃膜具有选择性，只对氢离子敏感，对其他离子干扰小；

氢离子与玻璃表面水化层发生离子交换，形成双电层与电势差；

超细探头直径与半球形膜面设计，既保证响应速度，又提高机械强度；

内部填充缓冲液保持稳定内部 pH，使内侧电势固定不变。

玻璃膜的质量直接决定电极精度、响应速度与使用寿命，也是堀场电极在微量检测中稳定性突出的核心原因。

四、参比电极的稳定作用原理

参比电极必须提供恒定、不随样品变化的电势，否则 pH 读数会漂移、不稳定。

9618N-10D 采用可填充式参比系统：

内部填充高浓度 KCl 溶液，保证氯离子活度稳定；

参比元件（如 Ag/AgCl）形成稳定电化学电位；

液络部（陶瓷隔膜）控制参比液缓慢渗出，连通测量回路，同时防止样品倒灌污染；

可填充设计可维护液络部，延长电极在复杂样品下的耐用性。

若无稳定参比，测量电势将失去基准，pH 值无法准确计算。

五、温度对测量的影响与补偿原理

能斯特方程的斜率随温度变化，因此 pH 测量必须进行温度补偿。

9618N-10D 内置温度敏感元件，实现：

温度改变能斯特斜率，仪器自动修正理论斜率；

消除样品温度差异带来的系统误差；

支持自动 / 手动温度补偿，提高不同温度下的测量一致性。

六、微量样品适配的结构原理优势

与常规电极相比，9618N-10D 在原理实现上做了微型化优化：

极小探头尺寸，降低样品需求量，可用于微量离心管；

低极化、高阻抗玻璃膜，在小体积样品中仍能快速建立稳定电势；

液络部结构精细，不易堵塞，适合生物样品、珍贵样品检测；

整体结构紧凑，电化学回路稳定，避免因体积过小导致信号波动。

七、总结

堀场 9618N-10D 复合 pH 电极，以能斯特响应为理论核心，通过玻璃测量电极 + 参比电极一体化结构实现便捷、精准的 pH 检测。其原理可概括为：

氢离子在玻璃膜表面产生电势差 → 参比电极提供稳定基准 → 仪表计算电势差并输出 pH 值。

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