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。
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
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
▲枯草生长不同阶段O2和 pH的二维分布
案例三
▲随光照强度增加,植物根际溶解氧的动态变化
案例四
▲好氧、厌氧条件下溶解氧、pH的同步变化
案例五
▲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
▲苦草根系附近CO2的二维空间分布