Gli analizzatori della qualità dell'acqua utilizzano principalmente la misurazione con elettrodi ionoselettivi-per un rilevamento accurato. Lo strumento include elettrodi per pH, fluoro, sodio, potassio, calcio, magnesio e un elettrodo di riferimento. Ciascun elettrodo è dotato di una membrana ionoselettiva- che reagisce con gli ioni corrispondenti nel campione. La membrana funge da scambiatore di ioni; la reazione con le cariche ioniche altera il potenziale di membrana, consentendo la rilevazione del potenziale tra la soluzione, il campione e la membrana. La differenza di potenziale tra i due lati rilevati della membrana genera una corrente. Il campione, l'elettrodo di riferimento e la soluzione dell'elettrodo di riferimento formano un "anello", mentre la membrana, la soluzione dell'elettrodo interno e l'elettrodo interno formano l'altro.
La differenza di concentrazione di ioni tra la soluzione dell'elettrodo interno e il campione genera una tensione elettrochimica attraverso la membrana dell'elettrodo di lavoro. Questa tensione viene trasmessa all'amplificatore tramite l'elettrodo interno altamente conduttivo e, analogamente, anche l'elettrodo di riferimento è collegato all'amplificatore. Una curva di calibrazione si ottiene misurando una soluzione standard con una precisa concentrazione di ioni nota, determinando così la concentrazione di ioni nel campione.
Quando gli ioni dell'analita nella soluzione entrano in contatto con l'elettrodo, avviene la migrazione ionica all'interno della falda acquifera della matrice dell'elettrodo ionoselettivo. La variazione di carica degli ioni migratori crea un potenziale, che a sua volta provoca una variazione di potenziale tra le superfici della membrana, generando una differenza di potenziale tra l'elettrodo di misura e l'elettrodo di riferimento.
