在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的持續(xù)革新進(jìn)程中，平面光極分析儀（PlanarOptode,PO）與薄膜擴(kuò)散梯度裝置（DiffusiveGradientsinThin-films,DGT）的協(xié)同應(yīng)用，為水體及沉積物監(jiān)測帶來了突破。這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，不僅突破了傳統(tǒng)監(jiān)測手段在時空分辨率和數(shù)據(jù)完整性上的局限，更以其特殊的技術(shù)互補(bǔ)性，為環(huán)境科學(xué)研究、生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)分析和污染精準(zhǔn)溯源提供了強(qiáng)大支撐。

1.技術(shù)原理互補(bǔ)：微觀尺度的監(jiān)測

PO技術(shù)依托熒光猝滅或增強(qiáng)原理，構(gòu)建起高時空分辨率的光學(xué)傳感體系。其核心組件——DO熒光膜、pH熒光膜、CO?熒光膜和光學(xué)傳感器，如同微觀世界的“偵察兵”，能夠在微觀空間尺度和秒級時間尺度上，實(shí)時捕捉水體或沉積物中O?、pH、CO?等化學(xué)參數(shù)的二維分布特征。以湖泊分層監(jiān)測為例，PO系統(tǒng)可精準(zhǔn)呈現(xiàn)溫躍層中溶解氧濃度的梯度變化，為研究水體生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

DGT技術(shù)則憑借被動采樣與富集機(jī)制，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域占據(jù)特殊地位。其擴(kuò)散層（水凝膠）和結(jié)合相（如Chelex樹脂膜）組成的“采樣模式”，能夠?qū)δ繕?biāo)物質(zhì)（如重金屬、磷酸鹽）進(jìn)行高效富集，提供時間加權(quán)平均濃度數(shù)據(jù)。這種技術(shù)特性有效規(guī)避了環(huán)境參數(shù)的瞬時波動干擾，尤其適用于長期、穩(wěn)定的污染物濃度監(jiān)測，為環(huán)境質(zhì)量評估提供可靠依據(jù)。

2.聯(lián)合應(yīng)用方案：多維監(jiān)測的深度實(shí)踐

（1）同步監(jiān)測溶解氧（PO）與活性磷/金屬（DGT）

在沉積物-水界面生物地球化學(xué)過程研究中，PO與DGT的聯(lián)合應(yīng)用展現(xiàn)出強(qiáng)大的分析能力。具體操作時，科研人員在沉積物表層平行部署PO膜（氧傳感）和DGT探頭（如ZrO-Chelex膜富集磷酸鹽）。PO系統(tǒng)通過CCD相機(jī)以每秒5幀的速度連續(xù)記錄氧的二維分布，動態(tài)呈現(xiàn)微生物呼吸或光合作用引發(fā)的氧濃度變化；DGT裝置則在相同位置持續(xù)富集活性磷/金屬，暴露48小時后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室ICP-MS分析獲取累積濃度數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)整合，將PO的高分辨率氧圖與DGT的磷/金屬熱點(diǎn)區(qū)域疊加，能夠以亞毫米級的空間匹配精度，清晰解析氧化還原敏感元素的耦合關(guān)系，有力驗(yàn)證“低氧區(qū)促進(jìn)磷釋放”等科學(xué)假設(shè)。

（2）污染物遷移與生物有效性評估

在污染沉積物修復(fù)效果監(jiān)測場景中，PO與DGT的協(xié)同作用同樣顯著。研究人員在污染區(qū)域共定位PO（pH/ORP傳感）和DGT（如AgI膜測硫化物），實(shí)時監(jiān)測修復(fù)劑（如過氧化鈣）注入后的環(huán)境參數(shù)變化。PO系統(tǒng)實(shí)時反饋pH值和氧化還原電位的動態(tài)波動，DGT同步捕獲污染物（如Cd、Pb）的生物有效態(tài)濃度變化。通過建立時間序列數(shù)據(jù)分析模型，能夠精準(zhǔn)量化修復(fù)劑擴(kuò)散梯度與污染物固定效率之間的關(guān)聯(lián)，動態(tài)評估修復(fù)過程中污染物生物有效性的降低程度，為修復(fù)方案的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)驅(qū)動支持。

（3）三維環(huán)境監(jiān)測集成

為滿足復(fù)雜環(huán)境監(jiān)測需求，創(chuàng)新型三維監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?？蒲袌F(tuán)隊(duì)將柔性PO膜與DGT凝膠層壓制成復(fù)合傳感器：上層為PO傳感膜（如氧敏感熒光染料），中層為DGT擴(kuò)散凝膠（如APA凝膠），下層為DGT結(jié)合相（如Chelex樹脂）。通過共聚焦顯微鏡或熒光成像系統(tǒng)，可同步讀取PO信號和DGT富集剖面，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)在空間三維尺度上的監(jiān)測，為環(huán)境過程研究提供更豐富的信息維度。

3.關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案：突破技術(shù)瓶頸的智慧探索

在PO與DGT聯(lián)合應(yīng)用過程中，空間配準(zhǔn)、膜界面干擾和數(shù)據(jù)融合等技術(shù)難題亟待解決。針對空間配準(zhǔn)問題，科研人員在PO膜和DGT膜上打印熒光微球定位標(biāo)記，構(gòu)建匹配坐標(biāo)系，并利用ICP算法等圖像配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行后期校正，確保數(shù)據(jù)的空間一致性。為減少膜界面干擾，采用超薄DGT凝膠（厚度≤0.2mm）和透明化處理的丙烯酰胺-瓊脂糖復(fù)合凝膠，優(yōu)化光信號穿透效率，有效整合PO的動態(tài)變化數(shù)據(jù)與DGT的累積數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對污染物通量的精準(zhǔn)預(yù)測。

4.研究案例：

在一項(xiàng)針對湖泊沉積物-水界面生物地球化學(xué)循環(huán)的研究中，中科院南京地湖所的科研團(tuán)隊(duì)開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。該團(tuán)隊(duì)聚焦太湖這一典型富營養(yǎng)化湖泊，在沉積物表層同步部署 PO 膜用于監(jiān)測溶解氧（DO）的動態(tài)變化，同時運(yùn)用 DGT 裝置富集活性磷（P）。PO 系統(tǒng)借助高分辨率 CCD 相機(jī)，以每秒22 幀的頻率持續(xù)記錄溶解氧的二維分布，精準(zhǔn)捕捉微生物活動引發(fā)的氧濃度起伏，例如在藻類大量繁殖區(qū)域，清晰呈現(xiàn)出因藻類呼吸作用導(dǎo)致的溶解氧低值區(qū)。DGT 裝置經(jīng)過72小時的暴露后，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP - MS）分析，精確測定了活性磷的累積濃度。

平面光極分析儀與薄膜擴(kuò)散梯度裝置的聯(lián)合應(yīng)用，構(gòu)建起“瞬時動態(tài)監(jiān)測”與“時間積分分析”、“二維空間成像”與“生物有效性評估”相結(jié)合的監(jiān)測體系。這一技術(shù)創(chuàng)新不僅為沉積物-水界面反應(yīng)、污染物遷移及生態(tài)修復(fù)評估等前沿研究提供了關(guān)鍵工具，更標(biāo)志著環(huán)境監(jiān)測技術(shù)向更高精度、更智能化的方向邁進(jìn)，為守護(hù)地球生態(tài)環(huán)境注入新的科技力量。