离子活度传感器的测量原理有很多，电位分析法中的电位法是离子活度传感器常用的一种经典方法。电位法是根据测量到的某一电极的电极电位，从能斯特（Nernst）公式直接求得待测离子的活度。在电位分析中，构成电池的两个电极，一个为参比电极，其电极电位不受试液组成变化的影响；另一个为指示电极，其电极电位随待测离子浓度的变化而变化。将指示电极和参比电极一起浸入试液就组成电池体系。在通过电路中的电流接近于零的条件下测量指示电极的平衡电位，从而求得待测离子的浓度或活度。平衡电位是指在被测量的电化学体系中没有电流通过，即净电流为零时的电极电位。

指示电极最常用的是离子选择性电极，主要由敏感膜、内参比电极和内充液组成。离子选择性电极的分类如图所示。

离子选择性电极的分类

各种离子选择性电极的响应机理基本相似，关键在于离子选择性电极中敏感膜的膜电位。当含有敏感膜的离子选择性电极与外参比电极浸入含待测离子的溶液中时，由于离子扩散，会在两相界面上产生相间电位；在膜相内部，膜内外的表面和膜本体的两个界面上尚有扩散电位产生，其大小应该相同。离子选择性电极的电位为内参比电极的电位和膜电位之和。

离子选择性电极的主要性能参数有：①线性响应范围、检测下限。由于电极中敏感膜的离子添加剂、载体的含量和增塑性的含量不同，电极的响应范围也有所区别。离子选择性电极的电位与响应离子浓度的对数曲线为校准曲线，曲线在一定工作范围内的直线段为电极的线性响应范围，直线段的斜率为电极的响应斜率。理想的离子选择性电极的响应斜率应该接近59.16mV/dec。当待测离子浓度较低时，曲线就逐渐弯曲，直线段与弯曲段两延长线的交点就是探测下限。线性响应范围越宽，探测下限越低，离子选择性电极越好。②电位选择性系数。同一敏感膜，除待测离子外，还可以对多种离子同时产生不同程度的响应。离子选择性电极对各种离子的响应能力，可用电位选择系数（）表示。系数越小，表示电极对离子的选择性越好，离子对电极的干扰越小。③响应时间指参比电极、离子选择性电极从开始与待测溶液接触到电位稳定不变所经历的时间。响应时间与离子到达敏感膜的时间、待测溶液浓度大小、敏感膜结构和表面的洁净程度以及待测溶液的温度等均有关。④电极的pH适用范围。每一种电极的pH适用范围都是有所区别的。在对特定离子进行测定时，只有在合适的pH范围内才能让响应性能稳定。⑤稳定性是指离子选择性电极连续测定某一浓度的溶液，其电位波动幅度的大小。电极的稳定性是衡量电极性能好坏的标志。⑥电极的寿命、老化和中毒。电极的寿命受很多因素的影响，如机械损伤、溶液侵蚀、贮存方式不合理等。一般条件下，PVC膜电极的使用寿命为半年到一年，玻璃膜电极的寿命可达2～3年。电极的老化是指电极的敏感膜失去活性灵敏度下降的现象，表现在电极的线性响应范围缩小、响应斜率变低、响应时间延长等。电极中毒是指溶液中的离子与敏感膜上的活性材料发生反应，导致电极对离子活度不再具有能斯特响应功能的现象。

离子活度传感器广泛用于工业、化学、医学、食品、地质、土壤、环保、过程监测和在线监测等领域的离子活度测量。