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ACS SENSORS:全固态电位传感器对河口和海岸沉积物中盐度的原位连续测量

发表时间:2023-11-24 09:39

文章信息:

**作者:李引豪

通讯作者:丁家旺

通讯单位:中国科学院烟台海岸带研究所

期刊:ACS SENSORS

DOI:10.1021/acssensors.2c02690


摘要:

盐度对于理解河口和海岸沉积物的环境和生态过程至关重要。由于沉积物含水量低、存在颗粒吸附的特征,沉积物中盐度的原位测量是缺失的。本文提出了一种新的电位传感器原理,用于沉积物中盐度的实时原位测量。该传感器系统基于薄膜采样和两个全固体电极,分别是一个阳离子选择电极(六氰铁酸铜,CuHCF)和一个阴离子选择电极(Ag/AgCl)。自发的水电解质提取和氧化还原反应可以在两个电极上产生与盐度直接相关的Nernstian响应。该电位传感器允许在宽盐度范围(1 - 50 ppt)、高分辨率(<1 ppt)和低含水量(<30%)下采集盐度,并已应用于河口和沿海沉积物中盐度的原位测量和金属循环过程的解释。此外,该传感器与无线监测系统耦合,显示了遥感能力,成功捕获了潮期上覆水和孔隙水的盐度动态过程。该传感器具有成本低、通用性强和适用性强的特点,是一种有价值的工具,可以促进对河口和沿海沉积物中盐度和盐度驱动的溶解物质变化的理解。


(A)用水平和垂直电位盐度传感器测量沉积物的示意图。(B)水平电位式盐度传感器测量河口和沿海地区的沉积物盐度,包括粉土(a, b)和砂基质(c)。通过ICP - MS (a, HR-Peeper收集的孔隙水)、垂直电位式盐度传感器(B,现场测量)和盐度计(c)获得的粉土(c)(37°27′12″N, 121°27′36″E)和砂(D)(37°27′60″N, 121°27′57″E)基质中盐度和铁(Fe)浓度的垂直分布剖面。误差线表示三次测量的标准偏差。


无线电信号控制系统对盐度的连续测量。(A)实验室得到的上覆水和孔隙水盐度。(B)现场部署的实物图像。(C)野外上覆水盐度、孔隙水盐度和掩体高度的时间剖面图。当地的潮汐时间是根据潮汐表确定的。


结论:

在这项工作中,开发了电位盐度传感器,可以提供比商业上可用的仪器/策略更准确和更快的盐度采集,用于现场沉积物的盐度测量/监测。薄膜采样与电位传感器结合,解决了吸附微小颗粒和低含水量的问题。此外,电位式盐度传感器的通用性还体现在两个方面:(1)可以根据不同的应用场合灵活设计电位式盐度传感器;(2)可以使用不同的小型化器件来获取电位信号。该新型盐度计具有成本低、制备简单、适用性广等优点,可实现对上覆水和孔隙水盐度的连续监测,为了解动态过程极为频繁的河口和沿海地区生物地球化学过程提供了方法学支持。为实现河口和沿海地区超长时间的原位连续监测,可以通过使用替代采样或传感材料,进一步提高电位式盐度传感器的机械强度、稳定性和抗污垢能力。


Yinhao Li, Zhibo Liao, Xindong Lin, Jiawang Ding, Wei Qin, In Situ Continuous Measurement of Salinity in Estuarine and Coastal Sediments by All-Solid Potentiometric Sensors, ACS Sensors. 2023, 8, 4, 1568–1578,   https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.2c02690.



文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.2c02690


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