離子帶有正電荷（例如H +）或負(fù)電荷（例如OH -）。作為電荷載體，所有溶解的離子都會(huì)對(duì)其周圍環(huán)境施加電力。雖然溶液在宏觀尺度上可能是電中性的，但離子的影響在微觀尺度上可能是巨大的。
離子濃度相對(duì)較高的溶液可能會(huì)產(chǎn)生異常低的離子濃度測(cè)定結(jié)果。因此，溶液開(kāi)始表現(xiàn)得好像某些離子不再存在一樣。這種明顯的離子損失是由溶液中離子的相互作用引起的，最終導(dǎo)致與理想行為的顯著偏差。為了考慮這種相互作用，必須考慮離子活度（也稱為有效離子濃度）而不是離子濃度。因此，pH 值是氫離子活性的量度。
pH值通常用來(lái)表示氫離子活性。在 pH 范圍內(nèi)，pH 值低于 7 代表酸性溶液（氫離子活性大于氫氧根離子活性），而高于 7 的值代表堿性溶液。當(dāng)pH = 7時(shí)，氫離子和氫氧根離子活性相等。
從表 1 中可以看出，氫 (H + ) 和氫氧根 (OH - ) 離子活性的可能范圍可以跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)。為了輕松管理和表示各種離子活動(dòng)，使用對(duì)數(shù) pH 標(biāo)度。
pH 值變化 1.0 pH 單位表明氫離子活性相差一個(gè)數(shù)量級(jí)（即 10 倍）。例如，pH 4 時(shí)的氫離子活性是 pH 5 時(shí)的 10 倍。
由于 pH 值的對(duì)數(shù)性質(zhì)，簡(jiǎn)單地平均 pH 值并報(bào)告它們是不正確的。相反，報(bào)告中值 pH 值或提供觀察到的 pH 值范圍更為合適。
方程 [4] 表示根據(jù)氫離子活性以 10 為底的負(fù)對(duì)數(shù)確定 pH 值。
[4] pH = -lg a H +
目視法、光度法和電位法可用于測(cè)量溶液的氫離子活性。視覺(jué)和光度法依靠特定有機(jī)顏料的顏色變化來(lái)確定 pH 值。視覺(jué)方法通過(guò)視覺(jué)指示劑（例如 pH 試紙）完成，而光度測(cè)定則涉及用光照射樣品并測(cè)量吸光度。
目視或光度測(cè)定 pH 值的應(yīng)用受到限制。如果待測(cè)溶液渾濁或具有固有顏色，則測(cè)量結(jié)果將不可靠。一些測(cè)量溶液還含有化學(xué)鍵，這些化學(xué)鍵會(huì)通過(guò)氧化或還原破壞顏色指示劑并產(chǎn)生不正確的結(jié)果。
電位法通過(guò)使用 pH 敏感電極的電位作為測(cè)量信號(hào)來(lái)測(cè)定 pH，然后由 pH 計(jì)顯示。電位測(cè)量方法不存在視覺(jué)和光度測(cè)量方法的缺點(diǎn)，因?yàn)殡娢粶y(cè)量傳感器非常靈敏、選擇性強(qiáng)，并且?guī)缀蹩梢杂糜谌魏螒?yīng)用。
氫、金屬（例如銻）和玻璃電位電極之間存在區(qū)別，其中玻璃 pH 電極是常用的 pH 傳感器。有關(guān)氫電極和金屬電極的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)查看 WTW pH 手冊(cè)！
玻璃 pH 傳感器是離子選擇性電極(ISE)的一個(gè)例子。該系統(tǒng)由對(duì)特殊離子類型（本例中為氫離子）發(fā)生反應(yīng)的 ISE 和參比電極組成，兩者共同浸入待測(cè)樣品中。
氫離子選擇電極提供受溶液氫離子活性影響的電化學(xué)勢(shì)（例如信號(hào)）。然而，參比電極保持不依賴于樣品成分的電化學(xué)電勢(shì)。這些電勢(shì)之間的差異，即 pH 計(jì)上顯示的電壓 (mV)，根據(jù)能斯特方程確定 pH 值。
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