平(ping)面光(guang)極技(ji)術：環境監(jian)測的(de)高(gao)分(fen)辨(bian)率可視化(hua)革(ge)新

在(zai)環境科學(xue)研究與生(sheng)態監(jian)測領(ling)域(yu)，精準(zhun)捕(bu)捉(zhuo)水體、土壤等介質(zhi)中關(guan)鍵參(can)數(shu)的時空(kong)分(fen)布(bu)壹直(zhi)是(shi)核(he)心(xin)挑(tiao)戰(zhan)。平(ping)面光(guang)極（PO）技(ji)術作為融(rong)合(he)光(guang)電(dian)與熒光(guang)分(fen)析(xi)的前沿(yan)手段(duan)，憑借(jie)原(yuan)位(wei)、實(shi)時、高(gao)分(fen)辨(bian)率的(de)二(er)維(wei)成(cheng)像能(neng)力，為解析(xi)  溶解(jie)氧(yang)、pH、CO₂等(deng)環境指標的微(wei)觀變化(hua)提(ti)供(gong)了革(ge)命(ming)性工(gong)具，正深(shen)刻(ke)改(gai)變(bian)著人(ren)類(lei)對(dui)環境過程的認知(zhi)方(fang)式(shi)。

技(ji)術原理：從熒光(guang)信(xin)號到(dao)可視化(hua)圖(tu)譜(pu)的(de)跨越(yue)

平(ping)面光(guang)極技(ji)術的核(he)心(xin)是(shi)基於(yu)熒光(guang)傳(chuan)感(gan)與數(shu)字(zi)成像的(de)協(xie)同作用。其核(he)心(xin)組件(jian)是(shi)固定有(you)特(te)異(yi)性(xing)熒光(guang)染(ran)料的平(ping)面薄(bo)膜(mo)（光(guang)極膜），當(dang)被(bei)特(te)定波長(chang)的激(ji)發(fa)光(guang)（如 Xe 燈(deng)或(huo) LED）照(zhao)射(she)時，膜中的(de)光(guang)敏(min)物(wu)質(zhi)會與待(dai)測分(fen)析(xi)物(wu)（如溶解(jie)氧(yang)、H⁺、CO₂）發(fa)生(sheng)特異(yi)性(xing)相互(hu)作用，導(dao)致熒光(guang)信(xin)號（強(qiang)度、壽命(ming)或(huo)波長(chang)）產生(sheng)可量(liang)化變化。這些變(bian)化(hua)被(bei)高(gao)分(fen)辨(bian)率 CCD 相機(ji)捕(bu)捉(zhuo)後，經(jing)算(suan)法(fa)處理轉(zhuan)化(hua)為目(mu)標參數(shu)的濃(nong)度分(fen)布(bu)圖(tu)譜(pu)，最(zui)終(zhong)實(shi)現從光(guang)學(xue)信號到(dao)化學(xue)信息(xi)的(de)可視化(hua)呈(cheng)現。

不(bu)同類(lei)型的(de)熒光(guang)膜(mo)針(zhen)對特(te)定(ding)指標設(she)計(ji)：

• 溶解(jie)氧(yang)檢(jian)測：依(yi)賴(lai)釕（Ⅱ）聯(lian)吡(bi)啶(ding)絡合(he)物(wu)等(deng)染(ran)料，其熒光(guang)強(qiang)度隨氧(yang)濃(nong)度升(sheng)高(gao)而(er)降(jiang)低（熒光(guang)猝滅(mie)效(xiao)應），通(tong)過紅(hong)光(guang)信(xin)號衰(shuai)減(jian)程(cheng)度定量(liang)氧(yang)含(han)量；

• pH 檢(jian)測：采(cai)用 HPTS 等(deng)對(dui) H⁺敏(min)感(gan)的染(ran)料，其質(zhi)子化(hua)狀態隨 pH 變化引(yin)發熒光(guang)發(fa)射(she)光(guang)譜(pu)偏(pian)移，通(tong)過不(bu)同波長(chang)下的(de)信(xin)號比(bi)率(lv)實現定量；

• CO₂檢(jian)測：利(li)用 CO₂與(yu)膜(mo)內緩(huan)沖體系反應引(yin)發的(de) pH 變(bian)化(hua)，間(jian)接(jie)通(tong)過熒光(guang)信(xin)號反(fan)演(yan) CO₂濃(nong)度，綠(lv)光(guang)信(xin)號的(de)強(qiang)度變化(hua)是(shi)關鍵依(yi)據(ju)。

這種(zhong)檢(jian)測機(ji)制(zhi)使平(ping)面光(guang)極的空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率可達(da)亞毫(hao)米級(ji)，時間(jian)響(xiang)應快至(zhi) 1 秒(miao)，為捕(bu)捉(zhuo)微尺(chi)度環境變化(hua)提(ti)供(gong)了可能(neng)。

技(ji)術演(yan)進(jin)：從(cong)單壹指標到(dao)多場(chang)景應用的(de)突(tu)破

平(ping)面光(guang)極技(ji)術的發展歷(li)程(cheng)清(qing)晰展現(xian)了其不(bu)斷拓(tuo)展的(de)能(neng)力邊界(jie)：
       1996 年(nian)，Glud 等人(ren)發明了平(ping)面光(guang)極，實現(xian)了沈積(ji)物(wu) - 水(shui)界(jie)面溶解(jie)氧(yang)的(de)二(er)維(wei)分(fen)布(bu)監(jian)測，開(kai)創(chuang)了該(gai)技(ji)術的應用先(xian)河(he)；
       2010 年(nian)後，技(ji)術快速叠代(dai)，可監(jian)測參(can)數(shu)擴(kuo)展至(zhi) pH、CO₂、H₂S、Fe²⁺等(deng)，應用場(chang)景從沈積(ji)物(wu)延伸(shen)至(zhi)土壤、植物(wu)根際甚(shen)至(zhi)人(ren)體組織(zhi)；
       2011 年(nian)，Larsen 等人(ren)提(ti)出顏(yan)色(se)比(bi)率(lv)成像方(fang)法(fa)，顯著提(ti)升(sheng)了信(xin)號解(jie)析(xi)的穩定(ding)性(xing)，我國學者(zhe)也(ye)開始(shi)在(zai)該(gai)領(ling)域(yu)開展系(xi)統(tong)性(xing)研(yan)究；
       近年(nian)來，隨著材料科學與成像技(ji)術的進(jin)步(bu)，平(ping)面光(guang)極已能(neng)與(yu) DGT（擴散梯(ti)度薄膜(mo)）、FISH（熒光(guang)原(yuan)位雜交）等(deng)技(ji)術聯(lian)用，實(shi)現(xian)環境參數(shu)與微(wei)生(sheng)物(wu)群(qun)落(luo)、重金屬(shu)分(fen)布(bu)的多維(wei)度耦(ou)合(he)分(fen)析(xi)。

核(he)心(xin)優勢(shi)：突破傳(chuan)統(tong)監(jian)測的(de)技(ji)術瓶(ping)頸(jing)

相較於電(dian)極法(fa)、滴定法(fa)等傳(chuan)統(tong)手段(duan)，平(ping)面光(guang)極技(ji)術的優勢(shi)集中體現在(zai)四(si)個維(wei)度：

• 原位(wei)同步監(jian)測：無(wu)需擾動(dong)待(dai)測體系，可在(zai)自然(ran)狀(zhuang)態下同時獲取(qu)多種(zhong)參(can)數的空(kong)間(jian)分(fen)布(bu)，避免(mian)了采(cai)樣過程對微環境的破(po)壞；

• 可逆(ni)性與(yu)可重復性(xing)：光(guang)極膜可重復使用，同壹區(qu)域可進(jin)行長(chang)期動(dong)態(tai)監(jian)測，降(jiang)低(di)了實(shi)驗成(cheng)本(ben)並提(ti)升(sheng)了數(shu)據(ju)連(lian)貫性(xing)；

• 超高(gao)分(fen)辨(bian)率：亞(ya)毫(hao)米級(ji)空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率與(yu)秒(miao)級(ji)時間(jian)響(xiang)應，能(neng)捕(bu)捉(zhuo)傳統(tong)方(fang)法(fa)無法(fa)識(shi)別(bie)的微(wei)觀(guan)梯(ti)度（如根際氧(yang)泄(xie)漏的(de)毫(hao)米級(ji)分(fen)布(bu)）；

• 技(ji)術互補(bu)性：可與(yu)中子(zi)成像、LA-ICP-MS 等(deng)技(ji)術聯(lian)用，形(xing)成(cheng)多參數(shu)、多尺度的綜(zong)合(he)分(fen)析(xi)體系，為解析(xi)環境過程提(ti)供(gong)更全(quan)面的(de)證(zheng)據(ju)鏈。

應用場(chang)景：從實驗室到(dao)野外(wai)的全(quan)領(ling)域(yu)覆蓋

平(ping)面光(guang)極技(ji)術已在(zai)環境監(jian)測的(de)多個領(ling)域(yu)展現(xian)出不(bu)可替代(dai)的(de)價值：

在(zai)水 - 土界面研(yan)究中，該(gai)技(ji)術可清(qing)晰呈(cheng)現沈積(ji)物(wu)表(biao)層(ceng)溶解(jie)氧(yang)的(de)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)，揭示鉤蝦等(deng)底棲生(sheng)物(wu)擾動(dong)對(dui)氧(yang)擴(kuo)散的影(ying)響，以及藻(zao)類(lei)光(guang)合(he)作用與(yu)微(wei)生(sheng)物(wu)呼(hu)吸(xi)作用的(de)耦(ou)合(he)關(guan)系。例(li)如，通(tong)過監(jian)測太(tai)湖沈積(ji)物(wu) - 水(shui)界(jie)面的(de)氧(yang)分(fen)布(bu)，研究者(zhe)發現(xian)生(sheng)物(wu)擾動(dong)可使有(you)機(ji)物(wu)降(jiang)解(jie)速率提(ti)升(sheng) 30% 以上。

在(zai)植物(wu)根際微(wei)環(huan)境研究中，平(ping)面光(guang)極能(neng)直(zhi)觀捕(bu)捉(zhuo)根系泌氧(yang)（ROL）引(yin)發的(de) pH 與(yu)溶解(jie)氧(yang)梯(ti)度，揭示苦草、 Sedum 等(deng)植(zhi)物(wu)通(tong)過調節根際酸堿(jian)環(huan)境適(shi)應逆(ni)境的機(ji)制(zhi)。研(yan)究顯示(shi)，磷(lin)缺乏(fa)條(tiao)件下，植(zhi)物(wu)根系可通(tong)過分(fen)泌酸性磷(lin)酸酶(mei)與調節根際氧(yang)濃(nong)度，提(ti)升(sheng)養(yang)分(fen)利(li)用率(lv)。

在(zai)汙染控(kong)制(zhi)與(yu)修(xiu)復領域，該(gai)技(ji)術助(zhu)力解析(xi)生(sheng)物(wu)炭對(dui)土壤 pH 的調控(kong)效(xiao)應、海(hai)草根際泌氧(yang)對(dui)硫(liu)化物(wu)侵(qin)蝕(shi)的防(fang)禦(yu)機(ji)制(zhi)，以及鐵(tie)膜(mo)附(fu)近(jin)磷(lin)、砷(shen)等元(yuan)素(su)的遷移規律，為汙染修(xiu)復策略(lve)優化提(ti)供(gong)了微(wei)觀依(yi)據(ju)。

設(she)備(bei)體系：適(shi)應多元(yuan)場(chang)景的技(ji)術支(zhi)撐(cheng)

隨著應用需求的拓(tuo)展，平(ping)面光(guang)極設(she)備(bei)已形(xing)成(cheng)多類(lei)型、多規格(ge)的(de)產品矩陣。智感(gan)環境研發(fa)的Easysensor系(xi)列則填(tian)充(chong)了野(ye)外監(jian)測的(de)空(kong)白，其便攜(xie)式(shi)分(fen)析(xi)儀(yi)可實(shi)現原位樣品檢(jian)測，封(feng)閉(bi)式(shi)設(she)備(bei)支(zhi)持(chi)模(mo)擬實(shi)驗(yan)，而(er)野(ye)外原位投放系統(tong)能(neng)耐受水下高(gao)壓環(huan)境，滿足河流(liu)、湖泊等(deng)自然(ran)場(chang)景的長期監(jian)測需求。

配(pei)套(tao)分(fen)析(xi)軟件可實(shi)現熒光(guang)信(xin)號的(de)自動(dong)校(xiao)準(zhun)、濃(nong)度計算(suan)與圖(tu)譜(pu)生(sheng)成，支(zhi)持(chi)數(shu)據(ju)導(dao)出與(yu)二(er)次分(fen)析(xi)，大幅(fu)降低(di)了技(ji)術應用的(de)門(men)檻。