氧浓度是海洋学以及其他生物或环境科学中最常用的测量参数之一。Winkler滴定法在一定程度上被认为是测量溶液中氧气浓度的标准方法，但Winkler方法在测定非常低的原位O2水平遇到困难，主要原因是该方法需要在采样中添加试剂时导致引入了O2。Clark型电极是测量氧气浓度较为常用的方法，它是基于氧气在阳极的还原反应，该方法不需要引入易受污染的试剂的加入，原则上可以使用此类传感器来解决极低的O2浓度的测试，但是此种氧传感器零点未的信号变化等因素会引起的温度和压力变化结合电子补偿，因此此种类型的检测极限通常1-2μmol L–1。本论文的研究人员介绍了一种新型内置型的安培氧传感器（STOX型），具有现场零位标定的能力，并在东热带南太平洋的低氧区（OMZ）中得到了广泛的应用。


微电极的应用


unisense新型（STOX）溶氧微电极结合AD信号转换器与PA2000皮安表结合使用，实现在海洋低氧区域中的氧浓度的原位测试，该传感器接入到Seabird测试采样设备中的轻金属合金圆柱体中，选取STOX传感器作为海洋区域中氧气的浓度的测试数据输出端。


实验结果


电化学传感器STOX型O2微电极包含一个初级感知的阴极区和一个次级阴极区，当进行极化时，可以防止O2进入传感器。这种设计可以使实现在现场的零点校准，并使传感器的检测下限达到1-10 nmol L-1（O2），即使在水深处区域与电导-温度-深度(CTD)剖面仪上应用时也能达到所述的精度。STOX型O2传感器是在加拉西亚3号远征期间使用，证明了秘鲁海湾区的低氧区(OMZ)的核心区域的氧浓度小于含<2nmol L-1。在与船上反应器的使用表明，该设备可以实现数小时至数天监测低氧区(水中氧浓度<200 nmol L-1)中O2浓度变化。STOX型传感器中O2浓度的降低线性曲线表明，该传感器的半饱和常数非常低(<20 nmol L-1)，可以应用与海洋微生物群落的氧呼吸速率测试。

图1、左半边图表示的是STOX微电极传感器前端示意图，右半边图显示的是STOX传感器中的所有阳极和阴极部分的构造图。

图2、STOX传感器的前阴极的开关周期的信号值，测量的第一个点是空气饱和水，然后在加入了抗坏血酸钠的缺氧溶液(A)。在低电流下的信号被详细地显示出来(B)，说明在这种情况下，STOX传感器前阴极去除O2的效率大概只有98.7%。

图3、STOX传感器在546毫升的校准瓶中校准过程中的传感器信号值。加入小体积的空气饱和水前体系的低信号值表示了体系中O2的浓度为10 nM。上述浓度(nM)的条形图表明，在没有任何O2消耗的情况下，氧的最初浓度为10nm应该出现在图中显示的这个时期。

图4、校准过程中获得的校准曲线。校正曲线校正初始浓度为10nm,O2在抗坏血酸盐溶液中的指数衰减。图中所示的传感器电流值是带有前保护开和关的之间形成的信号差值。

图5、含氧反应器中氧浓度随时间变化的函数，一种来自含有最低氧浓度的天然水样。加两次氧饱和水，氧的降低速率与标准偏差有关。

图6、上半部分图表示的是温度(细线)和深度(粗线)在上风向展开期间的时间函数图，氧气数据从上风向展开在下面。下半部图表的是在秘鲁海岸外OMZ区域水深从500米到31米处使用STOX微传感器(细线与“尖峰”)和Sea Bird的传感器(粗线)测试体系的氧浓度值获得的电信号值。

图7、STOX信号校正时的信号值受与温度和压力的变化函数图，STOX型氧传感器作为替代SeaBird测试设备读取体系中氧浓度的功能，测试氧气的过程都是从同样的深度读取的。图中白色的钻石符号代表的是STOX传感器的零点信号值，没有计算在线性回归中。

图8、高度放大的STOX信号(对应的总尺度为0.015 V)，对应电流为1.5 pA或160 nM O2)，深度分别为201和120 m。图中2740至2890秒处产生的高噪音是由于设备浮于水面引起的振动。


总结


研究人员发现至今为止还未有一种有效的检测设备可以有效的解决海洋低氧区域中氧的测试方法。海洋学领域研究人员发现不管是采用温克勒法、电化学传感器法都很难实现对海洋低氧区域（氧气浓度低于1-2μmol l–1）的氧浓度的测试，本论文研究人员则提出了一种新的安培传感器（unisense开发的STOX型O2传感器），可用于在海洋环境的现场条件下测定超低氧浓度，STOX型传感器采样了复合式电极构造设计（丹麦unisense），可以使实现在现场的零点校准，并使传感器的检测下限达到1-10 nmol L-1（O2），即使在水深处区域与电导-温度-深度(CTD)剖面仪上应用时也能达到所述的精度，该设备非常适合于海洋领域中低氧区(OMZ)的的氧浓度的测试，可以实现数小时至数天监测低氧区(水中氧浓度<200 nmol L-1)中O2浓度变化情况，这说明unisense公司开发的STOX型的O2传感器非常适合于研究海洋低氧区域的氧浓度的原位测试研究及海洋微生物群落的氧呼吸速率研究。