平(ping)面(mian)光(guang)極分析儀（Planar Optode Analyzer）是(shi)壹(yi)套(tao)精密(mi)的系(xi)統(tong)，它通(tong)過(guo)優(you)秀的設(she)計，將復(fu)雜(za)的化(hua)學(xue)傳感(gan)原(yuan)理與先進的光(guang)學成像(xiang)技術(shu)無縫集成。其(qi)核心(xin)思(si)想可(ke)以概括為：利用壹張“智能"的化(hua)學(xue)傳感(gan)膜(mo)將不(bu)可見的化(hua)學(xue)濃度信息(xi)轉化(hua)為(wei)可見的光(guang)學信號(hao)（熒(ying)光(guang)），再用高靈(ling)敏度的(de)相機(ji)“拍攝"下(xia)這(zhe)些(xie)光(guang)學信號(hao)，最終通過(guo)軟(ruan)件解(jie)碼，生成壹幅(fu)幅(fu)定量的(de)化(hua)學(xue)濃度分布(bu)圖。 讓我們(men)層(ceng)層深(shen)入(ru)，拆(chai)解(jie)這(zhe)壹(yi)神奇的過(guo)程(cheng)。
整(zheng)個(ge)系(xi)統(tong)的(de)靈(ling)魂，是(shi)壹(yi)張(zhang)厚(hou)度(du)通常(chang)只(zhi)有幾十到(dao)壹百微(wei)米(mi)（μm）的(de)柔(rou)性(xing)傳感(gan)膜(mo)。這(zhe)張(zhang)看似普(pu)通的薄(bo)膜(mo)，是(shi)實(shi)現(xian)化(hua)學(xue)信號(hao)向(xiang)光(guang)學信號(hao)轉換的(de)關鍵。它主要由(you)兩部分構(gou)成：高(gao)分子(zi)基(ji)質（Polymer Matrix）和嵌(qian)入(ru)其(qi)中(zhong)的(de)特(te)異性(xing)指示(shi)劑染(ran)料（Indicator Dye）。
對(dui)溶解(jie)氧(yang)的(de)測(ce)量(liang)是(shi)平(ping)面(mian)光(guang)極技術成熟(shu)且廣(guang)泛的(de)應(ying)用。其(qi)原(yuan)理基(ji)於壹(yi)種被稱(cheng)為“動(dong)態熒光(guang)淬滅"（Dynamic Fluorescence Quenching）的(de)物理(li)化(hua)學(xue)現象。
核心(xin)染(ran)料： 通(tong)常(chang)采用鉑（Pt）或鈀(ba)（Pd）的(de)金屬卟啉配(pei)合物（如(ru)PtTFPP）。這(zhe)類(lei)染(ran)料具有優(you)良(liang)的光(guang)物理(li)特性(xing)：它們(men)被(bei)特(te)定波(bo)長的(de)光(guang)激發(fa)後，會發射出壽命(ming)較(jiao)長（微(wei)秒(miao)級(ji)）的(de)磷光(guang)/熒光(guang)。
- 工(gong)作(zuo)原(yuan)理： 氧(yang)氣分(fen)子(zi)（O₂）是(shi)壹(yi)種極其(qi)高(gao)效(xiao)的(de)熒光(guang)淬滅劑。當(dang)壹個(ge)被(bei)激(ji)發(fa)的(de)染(ran)料分子(zi)與壹個(ge)氧(yang)氣(qi)分(fen)子(zi)發(fa)生碰撞時，染(ran)料分子(zi)會將其(qi)能(neng)量(liang)傳(chuan)遞給氧(yang)氣(qi)分子(zi)，自身(shen)則以(yi)非輻射的(de)方式(shi)返(fan)回基(ji)態，從而(er)導(dao)致(zhi)熒(ying)光(guang)發射被(bei)“淬滅"。環境中(zhong)氧(yang)氣(qi)濃度越(yue)高，這(zhe)種碰撞淬滅的(de)頻(pin)率就(jiu)越(yue)高，宏觀上表(biao)現(xian)為熒(ying)光(guang)強度(du)越(yue)弱(ruo)、熒(ying)光(guang)壽命(ming)越(yue)短。
定量關(guan)系(xi)： 這(zhe)種關系(xi)可(ke)以(yi)用經典的(de)斯特(te)恩-沃(wo)爾默(mo)方(fang)程(cheng)（Stern-Volmer Equation）來(lai)精確描述：
I₀ / I = 1 + Ksv [O₂] 或 τ₀ / τ = 1 + Ksv [O₂]
其(qi)中(zhong)，I₀ 和 τ₀ 是(shi)在無氧環境下(xia)的熒(ying)光(guang)強度(du)和壽命(ming)，I 和 τ 是(shi)在氧濃(nong)度為(wei) [O₂] 時(shi)的(de)熒(ying)光(guang)強度(du)和壽命(ming)，Ksv 是(shi)斯(si)特(te)恩(en)-沃(wo)爾默(mo)常(chang)數(shu)，代(dai)表(biao)染(ran)料對氧(yang)氣的(de)淬滅敏感(gan)度(du)。通(tong)過(guo)事(shi)先標定得到(dao)Ksv，就(jiu)可(ke)以根(gen)據(ju)測(ce)得(de)的(de)熒(ying)光(guang)強度(du)或壽命(ming)反(fan)算(suan)出精確的氧氣(qi)濃(nong)度(du)。測(ce)量(liang)熒(ying)光(guang)壽命(ming)相(xiang)比強度(du)更(geng)為穩健，因為它不(bu)受(shou)染(ran)料濃度(du)、激發(fa)光(guang)強度(du)波(bo)動(dong)等(deng)因素的(de)影(ying)響。
高(gao)分(fen)子(zi)基(ji)質： 染(ran)料被固(gu)定在對氧(yang)氣具有高(gao)滲(shen)透(tou)性(xing)的高(gao)分(fen)子(zi)基(ji)質中(zhong)，如(ru)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)（Polystyrene）或矽膠(jiao)（Silicone）。基(ji)質的(de)作(zuo)用是(shi)為(wei)染(ran)料提供(gong)壹個(ge)穩定的物理(li)支撐(cheng)，同(tong)時(shi)允許氧氣(qi)分(fen)子(zi)自由(you)地擴散(san)進出，與染(ran)料發生作(zuo)用。
pH傳感(gan)膜(mo)的(de)原(yuan)理則(ze)有所(suo)不(bu)同，它利用了某(mou)些熒(ying)光(guang)染(ran)料的光(guang)譜特性(xing)會隨(sui)環境中(zhong)質子(zi)（H⁺）濃(nong)度(du)（即(ji)pH值）變(bian)化(hua)而(er)改(gai)變(bian)的特(te)點。
核心(xin)染(ran)料： 常(chang)用的pH指示(shi)劑染(ran)料是(shi)熒(ying)光(guang)素（Fluorescein）的(de)衍(yan)生物或其(qi)他對pH敏感(gan)的(de)染(ran)料。這(zhe)類(lei)染(ran)料通常(chang)存(cun)在兩種形態：質子(zi)化(hua)的(de)酸(suan)性(xing)形態和去質子(zi)化(hua)的(de)堿性(xing)形態，這(zhe)兩種形態具有不(bu)同的吸(xi)收(shou)或發射光(guang)譜。
工(gong)作(zuo)原(yuan)理： 以(yi)比率(lv)熒(ying)光(guang)法（Ratiometric Fluorescence）為例，染(ran)料可能(neng)在壹個(ge)波(bo)長（λ₁）下(xia)的(de)熒光(guang)強度(du)隨(sui)pH升高而(er)增(zeng)強，而(er)在另壹個(ge)波(bo)長（λ₂，通(tong)常(chang)是(shi)等(deng)消(xiao)光(guang)點）下(xia)的(de)熒光(guang)強度(du)保持(chi)不(bu)變(bian)。通過(guo)測(ce)量(liang)這(zhe)兩個(ge)波(bo)長下(xia)的(de)熒光(guang)強度(du)比值（I₁ / I₂），就(jiu)可(ke)以建立(li)壹(yi)個(ge)與pH值精確對應的(de)關(guan)系(xi)。這(zhe)種比率(lv)測(ce)量(liang)方(fang)法非常(chang)巧(qiao)妙(miao)，因為它可(ke)以(yi)消(xiao)除激發(fa)光(guang)波(bo)動(dong)、染(ran)料光(guang)漂白(bai)、探測(ce)器靈(ling)敏度變(bian)化(hua)等(deng)帶來(lai)的誤(wu)差(cha)，使得測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)極為穩定和可(ke)靠(kao)。
高(gao)分子(zi)基(ji)質： 用於固(gu)定pH染(ran)料的基(ji)質通(tong)常(chang)是(shi)親(qin)水性(xing)的水凝(ning)膠(jiao)（Hydrogel），如(ru)聚(ju)丙(bing)烯酰胺，它能(neng)確保質子(zi)在膜內(nei)快(kuai)速(su)平衡。
直(zhi)接測(ce)量(liang)CO₂的(de)光(guang)學傳(chuan)感(gan)器較(jiao)為少見，因此(ci)平面(mian)光(guang)極通常(chang)采用壹種基於pH測(ce)量(liang)的(de)間(jian)接方法，其(qi)設(she)計靈(ling)感(gan)來(lai)源(yuan)於經典的(de)Severinghaus電(dian)極。
多層結(jie)構(gou)： CO₂傳(chuan)感(gan)膜(mo)結(jie)構(gou)更(geng)為復(fu)雜，它是(shi)壹(yi)個(ge)“三(san)明(ming)治"結(jie)構(gou)。最外層是(shi)壹(yi)張(zhang)對(dui)CO₂氣(qi)體有高滲(shen)透(tou)性(xing)但(dan)對(dui)離子(zi)不(bu)滲透(tou)的(de)疏(shu)水膜(mo)（如矽膠(jiao)）。中(zhong)間(jian)層是(shi)壹(yi)個(ge)封裝了pH敏感(gan)染(ran)料和碳酸(suan)氫鹽緩(huan)沖(chong)液(ye)（如(ru)NaHCO₃）的微(wei)小液(ye)室或水凝(ning)膠(jiao)層(ceng)。最內(nei)層(ceng)則(ze)是(shi)壹(yi)個(ge)光(guang)學隔離層，防止(zhi)樣品自身(shen)的顏(yan)色或熒光(guang)幹擾(rao)。
工(gong)作(zuo)原(yuan)理： 當(dang)樣品(pin)中(zhong)的(de)CO₂分(fen)子(zi)擴(kuo)散(san)穿(chuan)過(guo)最外層的疏水膜(mo)，進入(ru)中(zhong)間(jian)的緩(huan)沖(chong)液(ye)層(ceng)後，會與水發(fa)生反(fan)應(ying)，建立(li)如(ru)下化(hua)學(xue)平衡：
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
這(zhe)個(ge)反(fan)應(ying)會改變(bian)緩(huan)沖(chong)液(ye)中(zhong)H⁺的(de)濃(nong)度，即(ji)改(gai)變(bian)其(qi)內(nei)部的pH值。這(zhe)個(ge)pH值的(de)變(bian)化(hua)隨(sui)即(ji)被(bei)封裝在其(qi)中(zhong)的(de)pH敏感(gan)染(ran)料所感(gan)知(zhi)，並(bing)通(tong)過(guo)上(shang)述的pH傳感(gan)原(yuan)理轉化(hua)為(wei)熒光(guang)信號(hao)的(de)改變(bian)。最終，通過(guo)標定熒光(guang)信號(hao)與外部CO₂濃度(du)的(de)關系(xi)，實(shi)現(xian)對CO₂的定量測(ce)量(liang)。這(zhe)種方法的響應(ying)時(shi)間(jian)通常(chang)比DO和pH傳(chuan)感(gan)稍慢(man)，因為它涉(she)及(ji)氣(qi)體的(de)跨(kua)膜擴(kuo)散(san)和化(hua)學(xue)平衡的(de)建立(li)過(guo)程(cheng)。
此(ci)外，為了確保測(ce)量(liang)的(de)準(zhun)確性(xing)，所有(you)傳(chuan)感(gan)膜(mo)的(de)最外層通常(chang)還(hai)會塗覆(fu)壹層(ceng)黑色(se)的光(guang)學隔離層（Optical Isolation Layer），以(yi)阻止環境光(guang)和激(ji)發(fa)光(guang)直(zhi)接照射到(dao)樣品上(shang)，並(bing)防止(zhi)樣品自身(shen)的熒(ying)光(guang)或顏色(se)幹擾(rao)測(ce)量(liang)，確保相(xiang)機(ji)捕(bu)捉(zhuo)到(dao)的是(shi)純凈(jing)的(de)、僅(jin)來自傳(chuan)感(gan)膜(mo)的(de)信號(hao)。
咨(zi)詢(xun)電(dian)話(hua)