叶绿素a浓度是表征海洋初级生产力的核心指标，近岸海域其浓度范围通常为0.5-10mg/m³，大洋区域则低至0.05-0.5mg/m³。当发生赤潮时，叶绿素a浓度可在短时间内激增10-50倍。荧光检测技术基于叶绿素分子吸收特定波长激发光（通常为430-470nm）后，在650-700nm波段产生特征荧光的原理，通过建立荧光强度与浓度的校准曲线实现定量分析。部分传感器采用双波长激发（如440nm和480nm）技术，可有效消除浊度和溶解性有机物的干扰，检测下限达0.01mg/m³。此类传感器已广泛应用于海洋浮标监测系统，在北太平洋副热带环流区的长期监测中，成功捕捉到浮游植物群落季节性演替过程中的叶绿素浓度变化。
海水浊度反映水体中悬浮颗粒对光的散射和吸收程度，大洋水体浊度一般处于0.1-1NTU，河口及近岸区域因泥沙、污染物输入可高达100-500NTU。散射光式浊度传感器通过发射880nm红外光，检测与入射光呈90°方向的散射光强度，并结合温度（±0.1℃）和盐度（±0.1‰）补偿算法，实现浊度精确测量。在长江口生态监测中，该类传感器实时记录了洪水期（浊度可达200NTU）和枯水期（浊度约20NTU）的水体浑浊度动态变化，为河口冲淤演变研究提供数据支持。
石油烃类污染物对海洋生物具有神经毒性和致畸效应。光学类传感器利用多环芳烃（PAHs）在280-360nm激发光下产生荧光的特性，检测限可达μg/L级别；电化学传感器则通过修饰贵金属催化剂（如铂、金）电极，催化石油烃氧化反应产生微电流信号，响应时间小于30秒。2021年某海上油田泄漏事故中，电化学石油烃传感器在泄漏后2小时内即检测到水体中污染物浓度（0.5mg/L），为应急处置争取关键时间。
海水溶解氧（DO）正常浓度范围为4-9mg/L，富营养化区域易形成DO<2mg/L的“死亡区域"。荧光淬灭法传感器采用钌（II）络合物作为敏感材料，其荧光强度与DO浓度遵循Stern-Volmer方程（I₀/I=1+Ksv[O₂]），检测精度达±0.1mg/L，响应时间<10秒。在集约化海水养殖场景中，此类传感器通过实时监测养殖池DO浓度，结合自动控制系统调节增氧设备，可将对虾养殖成活率从65%提升至85%。
核试验、核废水排放导致的放射性物质（如¹³⁷Cs、⁹⁰Sr）对海洋食物链构成长期威胁。半导体探测器（如高纯锗探测器）利用电离辐射在半导体材料中产生电子-空穴对的原理，能量分辨率可达0.1keV；闪烁体探测器（如NaI(Tl)）通过捕捉辐射激发产生的光子信号，检测限可达mBq/L级别。在日本福岛核事故后，部署于西太平洋的放射性监测浮标系统，实现了对³H和¹³⁴Cs的连续3年原位监测。
化学需氧量（COD）表征水体中还原性物质总量，清洁海水COD值通常为1-2mg/L，工业污染海域可超过20mg/L。分光光度法COD分析仪采用重铬酸钾氧化体系，在600nm波长下检测Cr³⁺生成量，检测范围0.5-100mg/L，重复性误差<3%。某化工园区排污口监测中，该设备实时记录了COD浓度的昼夜波动（峰值达35mg/L），为污染溯源提供关键证据。
过量氮、磷营养盐输入是引发赤潮的主要诱因。离子色谱法分析仪通过阴离子交换柱分离NO₃⁻、PO₄³⁻等离子，检测限分别达0.1μmol/L和0.05μmol/L；流动注射分析法利用氨氮与水杨酸-次氯酸盐的显色反应，在660nm波长下实现NH₄⁺浓度检测（检测范围0.01-10mg/L）。在渤海湾生态监测中，营养盐分析仪提前72小时监测到NO₃⁻（50μmol/L）和PO₄³⁻（3μmol/L）浓度异常升高，成功预警甲藻赤潮的发生。
海水pH值稳定在7.5-8.6之间，工业革命以来因吸收过量CO₂导致全球海水pH值平均下降0.1个单位。玻璃电极式pH传感器基于能斯特方程（E=E⁰+(2.303RT/nF)log[H⁺]），通过测量膜电位变化实现pH检测，精度可达±0.01pH。在大堡礁珊瑚礁区监测中，该类传感器记录到夏季pH值下降至7.8的酸化现象，为珊瑚白化预警提供数据支持。
当前，海水水质传感器正朝着多参数集成化（如将DO、pH、温度等集成于同一探头）、智能化（搭载AI算法实现数据实时分析）、低功耗化（采用太阳能+电池混合供电）方向发展。未来，随着微流控技术、纳米材料传感技术的突破，有望实现单个传感器对数十种污染物的同步检测，为海洋生态环境的精细化管理提供更强大的技术支撑。
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