技术交流▏基于海洋环境监测与现代传感器技术的研究 - 海洋环境监测技术发展

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全球陆地资源日趋紧张和环境不断恶化的今天，世界各国纷纷将目光转向海洋，开发海洋资源、发展海洋经济成为沿海国家国民经济的重要支柱。现代海洋开发带来巨大经济效益的同时，也带来一系列资源和生态环境问题，例如海洋环境污染日趋严重，生态环境境也日趋恶劣等。因此，海洋环境监测技术的研究和开发显得尤为重要。近年来海洋环监测的化学传感器总体上距实用阶段还有较大距离。光纤、离子敏、生物敏等化学传感器和生物传感器的发展和实用化将使海洋环境监测技术实现革命性的变革。

一、现代传感器在检测技术中的作用及关键技术

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现代传感器是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性，传感器涉及到的关键技术如下：

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⑴敏感元件材料；⑵微机械加工技术：利用光刻、腐蚀、淀积、外延、离子注入、键合、封装等工艺，可以制造出可活动膜片、多功能敏感元件。⑶膜技术，特别是单层或多层有序分子膜技术，例如 BOD监测中的微生物膜技术；⑷微机械电子系统技术；⑸环境适应性技术。

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二、海洋环境监测技术的重点研究内容

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海洋环境监测技术研究的核心是现场环境污染监测传感器，因此污染传感技术是污染监测技术的关键技术。研究海洋环境污染监测技术不仅避免了现场采样和实验室分析的繁杂过程，同时也能满足环境污染要素监测的特别需要。为了真正有效、合理达到海洋环境污染监测技术研究的目的，采用在发展道路上已被公认的科技成果、新的实验设备和新的试验方法，相应开发、研制与其配套的传感器监测仪器等是可行的。

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根据国际海洋环境监测技术的发展动态结合我国的现状，目前我们的总体目标是：改善我国海洋环境生态监测仪器、设备和技术，并进一步研究生物传感器、光纤传感器和微电极痕量金属传感器等。其具体表现是：一是在物理、化学传感器研究方面向模块化、智能化、网络化发展，向小型化和多功能化发展；提高分析和测量的精度。二是发展现场、连续、自动监测系统；信息采集、传输、存储和处理的模块化和集成技术。

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三、关于发展海洋环境监测现代传感器技术的建议

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⑴发展化学和生物传感器技术。到目前为止，真正用于海洋环境现场在线监测的化学和生物传感器只有溶解氧、pH、电导率、氧化还原电位、浊度、氨氮，这些传感器还有不少技术问题需要解决，特别是用于定点连续长期的传感器。

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在工业和航天航领域有了一批成熟的产品，但还不能直接移植用于海洋环境监测。近几年恶劣的环境、被测对象的复杂性及各种干扰因素都给海洋环境监测传感器的研制和应用带来许多困难，因此应把海洋环境监测传感器特别是化学和生物传感器及其集成技术作为海洋监测高新技术来发展。

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⑵发展微机械电子系统分析技术。污染和生态环境监测的难度，一是涉及化学过程；二是某些物质处于微量或痕量；三是涉及生物的生理和生化反应。因此建议，在发展化学和生物传感器及其集成技术的同时，积极发展微机械电子分析系统技术，即采用现代微机械电子系统(MMES)的思路，将许多化学分析测定过程进行高度的集成和优化，发展现场在线自动监测的微机械电子分析系统，该项技术还可以向多功能和集成化发展。

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⑶加强多学科和跨部门合作。生物监测在污染中有很大的潜力，而且能更有效的对环境污染作出评价和预测。因此应在指示生物研究的基础上，加大生物传感器技术研究的力度。生物传感器和生物监测技术研究涉及多学科，因此要突破传统观念，加强多学科和跨部门的合作。

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四、结束语

随着社会不断向前发展，海洋环境监测与现代传感器技术将会变得越来越重要，其能满足环境污染要素监测的特别需要，能真正反映出海洋复杂多变的现状。本文主要对现代传感器的背景及关键技术进行概述，分析了目前我国海洋环境监测技术使用的微机械加工技术、膜技术、微机械电子系统技术及安全等关键技术，并对海洋环境监测现代传感器发展趋势进行展望和建议。总之，海洋环境监测技术仍有大量关键问题需要深入研究，应把海洋环境监测传感器特别是化学和生物传感器及其集成技术作为海洋监测高新技术来发展。

【作者简介】文/张小磊，来自中国海洋大学；文章来自《中国新通信》（2018年第20期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台整理。

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