海(hai)水(shui)水(shui)質監測(ce)傳(chuan)感器：技(ji)術(shu)演(yan)進(jin)、關鍵突(tu)破(po)與海(hai)洋研究新(xin)維(wei)度

壹(yi)、從單(dan)點(dian)測(ce)量(liang)到(dao)多參數協(xie)同(tong)：海(hai)水(shui)水(shui)質傳(chuan)感器的(de)技(ji)術(shu)演(yan)進(jin)
海(hai)水(shui)水(shui)質監測(ce)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，核心(xin)是傳(chuan)感器從(cong)單(dan)壹功(gong)能(neng)向(xiang)集(ji)成(cheng)化(hua)、智能(neng)化(hua)的(de)跨(kua)越(yue)。早(zao)期(qi)以(yi)人(ren)工采樣結(jie)合(he)實(shi)驗(yan)室(shi)分(fen)析(xi)為(wei)主(zhu)，存(cun)在(zai)時效性(xing)差、空間覆蓋率低(di)等(deng)局(ju)限(xian)。20 世(shi)紀 70 年(nian)代，電(dian)化學傳(chuan)感器的(de)出(chu)現(xian)推(tui)動監測(ce)走(zou)向(xiang)現(xian)場(chang)化(hua)，極譜(pu)法(fa)溶(rong)解氧(yang)電(dian)極、離子(zi)選(xuan)擇(ze)性(xing)電(dian)極等(deng)實(shi)現(xian)了(le)部分(fen)參數的(de)原(yuan)位(wei)測(ce)量(liang)，但仍(reng)受限(xian)於(yu)單(dan)點(dian)、單(dan)參數檢(jian)測(ce)模(mo)式。

進(jin)入 21 世(shi)紀，光學(xue)技(ji)術(shu)與微機電(dian)系統(tong)（MEMS）的進(jin)步(bu)帶領(ling)著(zhe)傳(chuan)感器邁(mai)入(ru)多(duo)參數集(ji)成(cheng)階(jie)段(duan)。熒(ying)光(guang)法(fa)葉(ye)綠素傳(chuan)感器、光(guang)譜(pu)法(fa)濁(zhuo)度傳(chuan)感器等(deng)光(guang)學(xue)設(she)備的(de)應(ying)用，大幅提(ti)升了(le)檢(jian)測(ce)靈(ling)敏度與穩(wen)定(ding)性；微流控芯片(pian)技術(shu)的(de)引入，則使 COD 分(fen)析(xi)儀(yi)、營(ying)養(yang)鹽分(fen)析(xi)儀(yi)等(deng)實(shi)現(xian)微型化，可(ke)在(zai)小體(ti)積(ji)樣品(pin)中完成(cheng)多(duo)指標(biao)快(kuai)速分(fen)析(xi)。近年(nian)來，人(ren)工智能(neng)與物(wu)聯網(wang)技(ji)術(shu)的(de)融合，進(jin)壹步(bu)推動傳(chuan)感器向(xiang)智能(neng)化(hua)、網(wang)絡化升(sheng)級(ji)，實(shi)現(xian)了(le)數(shu)據的(de)實(shi)時(shi)傳(chuan)輸(shu)與智能(neng)分(fen)析(xi)。

二(er)、關鍵技(ji)術(shu)突(tu)破(po)：提(ti)升監測(ce)精(jing)度與效率(lv)
在(zai)海(hai)水(shui)水(shui)質傳(chuan)感器的(de)關鍵技(ji)術(shu)領(ling)域，多(duo)項創新(xin)推(tui)動監測(ce)能(neng)力(li)實(shi)現(xian)質的飛躍。材料(liao)科學(xue)方(fang)面(mian)，納(na)米(mi)塗(tu)層(ceng)技(ji)術(shu)有(you)效解(jie)決了傳(chuan)感器抗(kang)生(sheng)物(wu)附著(zhe)與腐蝕問題(ti) —— 例(li)如，采用二(er)氧(yang)化鈦(tai)納米(mi)塗層(ceng)的光學溶(rong)解(jie)氧(yang)傳(chuan)感器，將(jiang)光(guang)學(xue)窗(chuang)口(kou)維(wei)護周期(qi)從 1 個(ge)月延(yan)長至 6 個(ge)月以(yi)上，顯著降(jiang)低(di)了運維(wei)成(cheng)本。

傳(chuan)感原理創新(xin)層(ceng)面(mian)，平(ping)面波導(dao)技(ji)術(shu)與表(biao)面增強拉(la)曼(man)光譜(pu)（SERS）的結(jie)合，使石油烴傳(chuan)感器檢(jian)測(ce)限(xian)達(da)到(dao) ppb 級別(bie)，可(ke)快速(su)識別海(hai)水(shui)中(zhong)痕量(liang)石(shi)油汙(wu)染物(wu)；基(ji)於(yu)微電(dian)極陣列(lie)的(de)多參數傳(chuan)感器，則(ze)通過(guo)在(zai)毫米(mi)級(ji)芯片(pian)上集(ji)成(cheng) pH、溶(rong)解氧(yang)、離子(zi)濃(nong)度等(deng)多(duo)個(ge)傳(chuan)感單(dan)元(yuan)，實(shi)現(xian)了(le)微尺(chi)度區域水(shui)質參數的(de)同(tong)步(bu)測(ce)量(liang)，為(wei)生(sheng)物(wu)膜、沈(chen)積(ji)物(wu) - 水(shui)界面等(deng)復雜(za)微環(huan)境研究提供了(le)技(ji)術(shu)支(zhi)撐。

三(san)、前(qian)沿應(ying)用：解鎖海(hai)洋生(sheng)態研究新(xin)維(wei)度
       海(hai)水(shui)水(shui)質傳(chuan)感器的(de)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)，為(wei)海(hai)洋生(sheng)態系(xi)統(tong)研究開辟了(le)新(xin)視角(jiao)。在(zai)深海(hai)熱(re)液區(qu)監測(ce)中(zhong)，耐(nai)高(gao)溫(wen)、高(gao)壓的(de)多參數傳(chuan)感器陣(zhen)列(lie)可(ke)實(shi)時(shi)獲(huo)取(qu)熱(re)液流體的(de)溫(wen)度、pH、硫化物(wu)濃(nong)度等(deng)數(shu)據(ju)，助力(li)科學(xue)家(jia)探(tan)索惡(e)劣(lie)環(huan)境下(xia)的生命(ming)活動與物(wu)質循環(huan) —— 例如(ru)，在(zai)東太平洋海(hai)隆的監測(ce)中(zhong)，通過(guo)連(lian)續追(zhui)蹤溶解(jie)氧(yang)與營(ying)養(yang)鹽變(bian)化(hua)，揭(jie)示了熱(re)液活動對周邊(bian)生態系(xi)統(tong)的影(ying)響(xiang)機制(zhi)。

在(zai)海(hai)洋碳(tan)循環(huan)研究領(ling)域，高(gao)精(jing)度溶解無(wu)機碳(tan)（DIC）傳(chuan)感器與 pH 傳(chuan)感器的(de)協(xie)同(tong)應(ying)用，將海(hai)洋酸(suan)化監測(ce)精(jing)度提升至(zhi) ±2μmol/kg（DIC）和(he) ±0.01pH 單(dan)位(wei)，為(wei)驗(yan)證全(quan)球(qiu)碳循環(huan)模(mo)型、預測(ce)海(hai)洋酸(suan)化趨勢(shi)提(ti)供了(le)關鍵數(shu)據，在(zai)《巴(ba)黎(li)協(xie)定(ding)》框架(jia)下(xia)的(de)海(hai)洋碳(tan)匯核算中發(fa)揮了重(zhong)要(yao)作(zuo)用。

盡管成(cheng)果(guo)顯著，傳(chuan)感器仍(reng)面(mian)臨多(duo)重(zhong)挑(tiao)戰(zhan)：技術(shu)上(shang)，多參數設(she)備的(de)長期(qi)穩定(ding)性與可(ke)靠性(xing)待突(tu)破(po)，如(ru)部分(fen)營(ying)養(yang)鹽傳(chuan)感器連(lian)續(xu)監測(ce)超(chao) 3 個(ge)月後(hou)，測(ce)量(liang)誤(wu)差累積(ji)可(ke)達(da) 15% 以(yi)上，影(ying)響(xiang)數據(ju)準(zhun)確性；應(ying)用中，數據(ju)標準(zhun)化與互(hu)操作(zuo)性不足，不同廠商設(she)備的(de)數據(ju)格(ge)式、校準(zhun)標準(zhun)存在(zai)差異，導(dao)致多源(yuan)數(shu)據(ju)融合受阻。