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平面光极在沉积物/土壤/植物根际/水体中关于DO/pH/CO2微观变化的应用

更新时间:2024-03-31   点击次数:49次

平面光极技术是当今先进的光电传感技术之一,智感环境团队基于该技术开发了封闭式平面光极设备,并成功将其应用于沉积物-水微界面、水生动植物和土壤植物根际环境的研究。

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平面光极(PO)技术的含义:

基于荧光分析原理,可原位、实时获取环境指标的高分辨信息。在激发光照射下,光敏物质与分析物相互作用并伴随荧光信号(强度、寿命)变化,利用数字成像技术实时记录其二维特征发射光谱,将被测物质的浓度进行可视化呈现,分辨率可达亚毫米。

平面光极(PO)技术的优势:

1.原位同步监测

2.可逆性、可重复使用

3.高分辨率:空间(um)和时间(~10 s)

4.和其他高分辨技术具有互补性

pH膜测试原理

光化学传感膜上含有一种对pH变化敏感的荧光染料,染料被固定在一种具有渗透性的聚合物基质上。H+渗透通过聚合物基质,导致荧光染料产生解离平衡。染料的酸碱形式对应不用的激发光,在不同激发光的照射下,具有不同的发射光(绿光),用CCD相机捕获荧光的变化,通过不同激发光下的发射光强度比率定量。

O2膜测试原理

光化学传感膜上含有一种对被溶解氧敏感的荧光染料,染料被固定在一种具有气体渗透性的聚合物基质上。当溶解性的氧气渗透通过聚合物与荧光染料接触时,染料的荧光会根据氧气浓度的变化而发生动态猝灭,荧光变化(红光)可被CCD相机识别并记录,根据荧光强度来定量氧气浓度。

CO2膜测试原理

光化学传感膜上染料以离子对形式存在,发出强烈的绿光; CO2穿过气体渗透膜与传感膜中的离子对反应,使离子对质子化,从而改变传感膜的荧光强度。染料的酸碱形式对应不用的激发光,在不同激发光的照射下,具有不同的发射光(绿光),用CCD相机捕获荧光的变化,通过不同激发光下的发射光强度比率来定量。

应用案例分享


案例一

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Li et al., Sci. Total Environ., 2022

苦草根际觅氧区P、Fe、As与DO的二维空间分布


案例二

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Li et al., Sci. Total Environ., 2022

枯草生长不同阶段O2和 pH的二维分布


案例三

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▲随光照强度增加,植物根际溶解氧的动态变化


案例四

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▲好氧、厌氧条件下溶解氧、pH的同步变化


案例五

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Li et al., WR., 2022

底栖动物间歇性活动造成的沉积物表层O2动态变化


案例六

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苦草根系附近CO2的二维空间分布