生物地球化学研究是关于大气、海水、底栖生物和地壳在小空间尺度上质量和能量之间的传递和调节过程。例如在单个细胞内，孔隙沉积物、岩石、集料、微生物席或生物膜。在过去的二十年里，随着电分析化学与微电子技术的进步发展出的微电极技术在探索海洋微环境和海洋界面、海洋化学生命间的相互作用等领域成为可能。微电极在这些领域的其中一些探索是在实验室微环境领域里完成的，这可能是由于原位探测技术是在极端或动态环境中(富营养化海、深海、热液喷口)。本文综述了微电极在提供构成海洋环境的化学反应基本信息方面所起的作用。


Unisense微电极研究系统的应用


测试了海洋沉积物样品中氧的剖面浓度。应用了溶氧微电极，氧化还原电极以及PH电极三种微电极对海洋沉积物及沉积物界面处的的氧、pH、氧化还原电位等进行了原位测试，其中氧电极、氧化还原电极以及PH-100的矫正采用了标准方法校准，即采用了两点矫正法获取了相应的标准曲线。其中对在所取的沉积物测量之前和测试期间，沉积物中的氧的微剖面测试采用的是自动马达微推进器，该马达推进器的移动步径1um。


实验结果


微电极技术是一种分析手段，在工程应用和自然科学研究方面存在应用前景。然而微电极在已经存在应用的海洋研究领域报道较少。本论文综述了基于微电极技术研究在海洋化学的的研究领域取得的相关进展。Revsbech教授首次报道了使用微电极剖面系统测量了海岸沉积物氧气剖面图。此项研究成果在研究方式上具有创新性，本论文报道的例子激励了后续研究人员在随后进行现场应用的开发工作生产出了更多可靠和耐用的微电极传感器。

图1、具有双用途的“微电极”及作为电化学传感器示意图。图(A)表示的是一种微小的传感表面，通常位于玻璃的尖端区域毛细管结构(B和C)。图B、C分别表示的是O2微电极和金-合金组成的尖端微电极。微电极的应用需要在一个完整的电化学电池中测量电流的设备，这些组件被认为是一个更大的分析系统的一部分，而不是传感器的一部分。

图2、图a表示的是Clark-type氧微电极。图b表示的是pH玻璃微电极构型示意图，图c表示的是在聚醚醚酮和玻璃毛细管中构建出的伏安电极。

图3、三种类型的单微电极传感器的技术参数，已广泛应用于化工领域和海洋学研究领域

图4、在俄勒冈州的海底边缘(110米水深)的现场同时测量获得了两组氧气剖面数据，使用了尖端外径为25 um的克拉克型微电极(Unisense OX-25传感器)。图中每个样本点数据代表的是延迟1秒后取的5个读数平均值。传感器A的平均信噪比较与传感器B高，氧微电极传感器测试产生了一个剖面图，其中关于的氧深度为零的问题得到了更大的确定性。

图5、通过对三种不同下沉速度下获取的海洋聚集体（沉积物）氧的径向分布方程的模拟图(左图)，以及同一团聚体中DBL厚度和氧通量作为下沉速度的函数(右图)。每个测量点表示的是一个测试数据平均值。


总结


生物地球化学研究是关于大气、海水、底栖生物和地壳在小空间尺度上质量和能量之间的传递。本论文的研究人员综述了一种微电极技术（丹麦unisense）在海洋化学方面的应用，微电极技术在研究单个细胞内，孔隙沉积物、岩石、集料、微生物席或生物膜等领域具有非常好的技术优势，该技术是基于近年来快速发展的光纤和二阶管技术的结合发展出微电极测试技术，主要在研究海洋沉积物及海洋水体方面提供了高质量的数据，实现了对环境敏感的海洋化学的物种方面的研究。该微电极技术也可实现对存在海洋极端或动态环境中(富营养化海、深海、热液喷口)的相关研究，海洋领域的研究人员结合微电极技术获得的新发现和新数据也为全球生物地球化学模型提供了充足的数据。此项技术（unisense微电极技术）也为海洋科学家在未来十年对广阔的海洋进行观测和研究提供了充足的技术保障以及关于海洋过程和化学物种形成提供了新见解。