平(ping)面(mian)光(guang)極案例(li)：pH感(gan)應(ying)光極封裝(zhuang)與(yu)光(guang)學(xue)釋(shi)放及(ji)其(qi)現(xian)場(chang)使用(yong)壽命(ming)評(ping)估

    本(ben)次為您(nin)分(fen)享(xiang)壹(yi)篇由(you)加(jia)州理工學(xue)院和瑞士洛(luo)桑(sang)聯邦(bang)理(li)工(gong)學(xue)院研(yan)究團(tuan)隊在《Journal of Soils and Sediments》上發(fa)表的壹篇學術(shu)論文(wen)"Improving planar optode lifetime: encapsulation and optical release  of pH‑sensing optodes and assessment of their lifetime in situ"。主(zhu)要(yao)研(yan)究了關(guan)於(yu)如何(he)提(ti)高(gao)平面(mian)光(guang)極（planar optode）在土壤(rang)中(zhong)的使用壽命(ming)。平(ping)面(mian)光(guang)極是壹種(zhong)重(zhong)要(yao)的工具，用於(yu)探測土壤(rang)中(zhong)的pH值(zhi)、氧(yang)氣（O₂）水(shui)平(ping)和(he)二(er)氧(yang)化碳(tan)（CO₂）水平等關鍵(jian)參數(shu)，這些參數與(yu)根(gen)際（rhizosphere）的生物(wu)學和(he)生化過程(cheng)密切相關。然而，現有的光極存(cun)在壹個(ge)重(zhong)要(yao)的限制，即由(you)於(yu)材(cai)料在土壤(rang)中(zhong)的降解(jie)，導致其(qi)使用壽命(ming)較(jiao)短。為了解(jie)決(jue)這個問(wen)題，本(ben)文(wen)提(ti)出了壹種(zhong)新(xin)的方法(fa)，即通過將(jiang)光極封裝(zhuang)在黑色染(ran)料石蠟中來延長(chang)其使(shi)用壽命(ming)。這種(zhong)方法(fa)允許在不同(tong)的土壤條件(jian)下(xia)進行長(chang)期(qi)測量。具體來說(shuo)，研(yan)究人員使(shi)用(yong)了商業(ye)上(shang)可(ke)獲得(de)的平面(mian)pH感(gan)應(ying)光極，並將(jiang)其封裝(zhuang)在平均(jun)厚(hou)度為700微米的黑色染(ran)料石蠟中。封裝(zhuang)的光極只在特定的時(shi)間通過(guo)控(kong)制的光脈沖暴露(lu)在環(huan)境中。此(ci)外(wai)，研(yan)究人員設(she)計了壹(yi)個(ge)3D打印的支(zhi)架，其(qi)中包含多(duo)個(ge)微通道(dao)，用(yong)於(yu)支(zhi)撐(cheng)光極並在釋放(fang)期(qi)間幫助(zhu)吸收(shou)融化(hua)的石蠟。

       實(shi)驗(yan)結果(guo)表明，封裝(zhuang)的光極在土壤(rang)中(zhong)的使用壽命(ming)顯(xian)著延長(chang)，與(yu)未封裝(zhuang)的光極相比，觀(guan)察到(dao)傳(chuan)感(gan)器在土壤(rang)中(zhong)的使用壽命(ming)延長(chang)了15倍(bei)。封裝(zhuang)方法(fa)有效(xiao)地(di)保護了(le)光(guang)極不受降(jiang)解(jie)，保持了它們的響(xiang)應(ying)和準(zhun)確(que)性。在另壹(yi)項(xiang)為期(qi)7天(tian)的現場(chang)研(yan)究中，研(yan)究人員展(zhan)示了(le)這種(zhong)封裝(zhuang)方法(fa)使(shi)光極能夠(gou)在pH值(zhi)從6.22到(dao)7.91的不同類(lei)型的土壤中壹(yi)致且(qie)可(ke)靠(kao)地(di)工(gong)作。總之(zhi)，本(ben)文(wen)提(ti)出的新型封裝(zhuang)方法(fa)顯(xian)著延長(chang)了平(ping)面(mian)光(guang)極在土壤(rang)中(zhong)的使用壽命(ming)，這種(zhong)方法(fa)使(shi)根(gen)際的長(chang)期(qi)監(jian)測成為可(ke)能(neng)，提(ti)供(gong)了高(gao)空(kong)間分(fen)辨(bian)率(lv)的非侵入(ru)性、實(shi)時(shi)測量。

       智感(gan)環(huan)境團(tuan)隊基(ji)於(yu)平面(mian)光(guang)極技術開(kai)發(fa)了(le)封閉(bi)式平面(mian)光(guang)極設備(bei)，並(bing)成功將(jiang)其應(ying)用於(yu)沈積物(wu)-水微界(jie)面(mian)、水(shui)生(sheng)動植物(wu)和土(tu)壤植物(wu)根(gen)際環(huan)境的研(yan)究。這些設備具(ju)備以(yi)下(xia)特點：

1. 實(shi)時(shi)、快(kuai)速地(di)獲取區(qu)域DO/pH/CO₂的分(fen)布(bu)。

2. 設(she)備自帶(dai)封閉(bi)式箱(xiang)體(ti)，滿足測定所(suo)需(xu)的暗室條(tiao)件(jian)。

3. 設備(bei)與(yu)軟件(jian)配套使(shi)用(yong)，可(ke)集(ji)成校準(zhun)、獲取圖像、處(chu)理(li)圖像於(yu)壹體。

4. 非(fei)侵入(ru)性成像測量，不破(po)壞(huai)原(yuan)生(sheng)環(huan)境。

5. 配備高(gao)像素(su)CMOS相機，實(shi)現時(shi)間分(fen)辨(bian)率(lv)毫(hao)秒級，空(kong)間分(fen)辨(bian)率(lv)亞(ya)毫(hao)米級。

此(ci)外(wai)，還有便攜(xie)式平面(mian)光(guang)極檢測儀PO1100，它(ta)小巧輕便、便於(yu)移動和(he)攜帶(dai)，同樣能夠(gou)實(shi)時(shi)、快(kuai)速地(di)獲取區(qu)域O2/pH/CO2的分(fen)布(bu)。使(shi)用前，熒光傳(chuan)感(gan)膜(mo)需(xu)要(yao)標(biao)定(ding)並繪制(zhi)標(biao)準(zhun)曲(qu)線，工(gong)作環(huan)境和存(cun)儲環(huan)境對溫(wen)度(du)和(he)濕(shi)度有壹(yi)定(ding)要(yao)求。