生物地球化學(xué)研究是關(guān)于大氣、海水、底棲生物和地殼在小空間尺度上質(zhì)量和能量之間的傳遞和調節過(guò)程。例如在單個(gè)細胞內，孔隙沉積物、巖石、集料、微生物席或生物膜。在過(guò)去的二十年里，隨著(zhù)電分析化學(xué)與微電子技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展出的微電極技術(shù)在探索海洋微環(huán)境和海洋界面、海洋化學(xué)生命間的相互作用等領(lǐng)域成為可能。微電極在這些領(lǐng)域的其中一些探索是在實(shí)驗室微環(huán)境領(lǐng)域里完成的，這可能是由于原位探測技術(shù)是在極端或動(dòng)態(tài)環(huán)境中(富營(yíng)養化海、深海、熱液噴口)。本文綜述了微電極在提供構成海洋環(huán)境的化學(xué)反應基本信息方面所起的作用。

Unisense微電極研究系統的應用

測試了海洋沉積物樣品中氧的剖面濃度。應用了溶氧微電極，氧化還原電極以及PH電極三種微電極對海洋沉積物及沉積物界面處的的氧、pH、氧化還原電位等進(jìn)行了原位測試，其中氧電極、氧化還原電極以及PH-100的矯正采用了標準方法校準，即采用了兩點(diǎn)矯正法獲取了相應的標準曲線(xiàn)。其中對在所取的沉積物測量之前和測試期間，沉積物中的氧的微剖面測試采用的是自動(dòng)馬達微推進(jìn)器，該馬達推進(jìn)器的移動(dòng)步徑1um。

實(shí)驗結果

微電極技術(shù)是一種分析手段，在工程應用和自然科學(xué)研究方面存在應用前景。然而微電極在已經(jīng)存在應用的海洋研究領(lǐng)域報道較少。本論文綜述了基于微電極技術(shù)研究在海洋化學(xué)的的研究領(lǐng)域取得的相關(guān)進(jìn)展。Revsbech教授首次報道了使用微電極剖面系統測量了海岸沉積物氧氣剖面圖。此項研究成果在研究方式上具有創(chuàng )新性，本論文報道的例子激勵了后續研究人員在隨后進(jìn)行現場(chǎng)應用的開(kāi)發(fā)工作生產(chǎn)出了更多可靠和耐用的微電極傳感器。

圖1、具有雙用途的“微電極”及作為電化學(xué)傳感器示意圖。圖(A)表示的是一種微小的傳感表面，通常位于玻璃的尖端區域毛細管結構(B和C)。圖B、C分別表示的是O2微電極和金-合金組成的尖端微電極。微電極的應用需要在一個(gè)完整的電化學(xué)電池中測量電流的設備，這些組件被認為是一個(gè)更大的分析系統的一部分，而不是傳感器的一部分。

圖2、圖a表示的是Clark-type氧微電極。圖b表示的是pH玻璃微電極構型示意圖，圖c表示的是在聚醚醚酮和玻璃毛細管中構建出的伏安電極。

圖3、三種類(lèi)型的單微電極傳感器的技術(shù)參數，已廣泛應用于化工領(lǐng)域和海洋學(xué)研究領(lǐng)域

圖4、在俄勒岡州的海底邊緣(110米水深)的現場(chǎng)同時(shí)測量獲得了兩組氧氣剖面數據，使用了尖端外徑為25 um的克拉克型微電極(Unisense OX-25傳感器)。圖中每個(gè)樣本點(diǎn)數據代表的是延遲1秒后取的5個(gè)讀數平均值。傳感器A的平均信噪比較與傳感器B高，氧微電極傳感器測試產(chǎn)生了一個(gè)剖面圖，其中關(guān)于的氧深度為零的問(wèn)題得到了更大的確定性。

圖5、通過(guò)對三種不同下沉速度下獲取的海洋聚集體（沉積物）氧的徑向分布方程的模擬圖(左圖)，以及同一團聚體中DBL厚度和氧通量作為下沉速度的函數(右圖)。每個(gè)測量點(diǎn)表示的是一個(gè)測試數據平均值。

總結

生物地球化學(xué)研究是關(guān)于大氣、海水、底棲生物和地殼在小空間尺度上質(zhì)量和能量之間的傳遞。本論文的研究人員綜述了一種微電極技術(shù)（丹麥unisense）在海洋化學(xué)方面的應用，微電極技術(shù)在研究單個(gè)細胞內，孔隙沉積物、巖石、集料、微生物席或生物膜等領(lǐng)域具有非常好的技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)是基于近年來(lái)快速發(fā)展的光纖和二階管技術(shù)的結合發(fā)展出微電極測試技術(shù)，主要在研究海洋沉積物及海洋水體方面提供了高質(zhì)量的數據，實(shí)現了對環(huán)境敏感的海洋化學(xué)的物種方面的研究。該微電極技術(shù)也可實(shí)現對存在海洋極端或動(dòng)態(tài)環(huán)境中(富營(yíng)養化海、深海、熱液噴口)的相關(guān)研究，海洋領(lǐng)域的研究人員結合微電極技術(shù)獲得的新發(fā)現和新數據也為全球生物地球化學(xué)模型提供了充足的數據。此項技術(shù)（unisense微電極技術(shù)）也為海洋科學(xué)家在未來(lái)十年對廣闊的海洋進(jìn)行觀(guān)測和研究提供了充足的技術(shù)保障以及關(guān)于海洋過(guò)程和化學(xué)物種形成提供了新見(jiàn)解。