平面光極技術：藍藻分解過程中監測DO和pH值高分辨變化的研究

一、引言

藍藻分解是湖泊、河流等水體中常見的生態過程，它對于水體的營養循環、生態健康乃至富營養化狀態都具有重要影響。在這一過程中，溶解氧（DO）和pH值的變化是評估藍藻分解進程及其環境效應的關鍵指標。近年來，平面光極技術以其高分辨率、非侵入性和實時性等特點，在藍藻分解過程監測中展現出巨大潛力。本文將介紹平面光極技術在藍藻分解過程中監測DO和pH值高分辨率變化的研究。

二、技術概述

平面光極技術是一種基于熒光成像原理的光學測量技術。它通過在透明載體（如聚合物薄膜）上涂覆特定的熒光或吸收性染料，檢測環境中目標化學物質（如DO、pH值等）的濃度變化。這些染料的熒光特性會隨著目標化學物質濃度的變化而改變，從而通過測量熒光的變化來推斷出化學參數的濃度。平面光極技術具有非侵入性、高時空分辨率和實時性等優點，能夠實現對水體中DO和pH值等參數的快速、準確監測。

三、平面光極技術在藍藻分解過程中的應用

在藍藻分解過程中，DO和pH值的變化受到多種因素的共同影響，包括藻類的光合作用、呼吸作用以及遷移行為等。為了準確監測這些參數的變化，研究人員利用平面光極技術進行了深入研究。

首先，通過構建實驗室微宇宙系統，模擬自然水體中的藍藻分解過程。在系統中設置平面光極傳感器，實時監測水-沉積物界面（SWI）上DO和pH值的動態變化。平面光極技術的高分辨率成像能力使得研究人員能夠觀察到DO和pH值在SWI處的細微變化，以及它們在不同時間和空間尺度上的分布特征。

其次，通過分析DO和pH值的日變化特征，研究人員揭示了藍藻分解過程中不同階段的特定模式。白天，隨著光照增強和藻類光合作用的進行，DO濃度逐漸升高，pH值也相應上升。夜間，由于藻類呼吸作用導致水體中CO2含量增加，DO濃度逐漸降低，pH值也相應下降。此外，當光合作用和呼吸作用受到抑制或不順暢時，DO和pH值的變化也會表現出有限增加和不確定性的特點。

最后，研究人員還利用平面光極技術分析了沉積物中DO和pH值的垂直梯度。他們發現，即使在藍藻分解的后期階段，沉積物中也并非無氧，DO和pH值仍能滲透到較深的沉積物層。這表明沉積物在藍藻分解過程中扮演著重要的角色，它們作為堿性環境的儲庫，可能對水體富營養化構成潛在風險。

平面光極技術在藍藻分解過程中監測DO和pH值高分辨率變化的研究為我們提供了寶貴的數據和見解。通過實時監測和分析這些參數的變化，我們能夠更深入地了解藍藻分解過程的機制及其對水環境的影響。未來，隨著技術的不斷進步和應用領域的拓展，平面光極技術有望在更多領域發揮重要作用，為環境保護和生態修復提供有力支持。

智感環境團隊基于平面光極技術開發了封閉式平面光極設備，并成功將其應用于沉積物-水微界面、水生動植物和土壤植物根際環境的研究。這些設備具備以下特點：

1. 實時、快速地獲取區域DO/pH/CO₂的分布。

2. 設備自帶封閉式箱體，滿足測定所需的暗室條件。

3. 設備與軟件配套使用，可集成校準、獲取圖像、處理圖像于一體。

4. 非侵入性成像測量，不破壞原生環境。

5. 配備高像素CMOS相機，實現時間分辨率毫秒級，空間分辨率亞毫米級。

此外，還有便攜式平面光極檢測儀PO1100，它小巧輕便、便于移動和攜帶，同樣能夠實時、快速地獲取區域O2/pH/CO2的分布。使用前，熒光傳感膜需要標定并繪制標準曲線，工作環境和存儲環境對溫度和濕度有一定要求。