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湖泊不同深度水體溶解氧同步實時監測研究取得新進展
【发布时间:2019-05-30 】 【 】【打印】【關閉

  溶解氧是維系湖泊生態系統健康的重要要素。湖泊水體溶解氧濃度隨水深波動頻繁,甚至會存在水體表層溶解氧濃度飽和而底部厭氧的情況。因此,研究測定不同深度水體溶解氧的含量,對于環境監測、水質保障、水生態修複、水生態系統評估、和水産養殖都具有重要意義。

  近年來,微生物電化學技術迅速發展,提供了一種全新的生物傳感方法;這其中,沈積物微生物電化學技術是至今能夠突破理論,實現具體應用的微生物電化學技術。沈積物微生物電化學技術構造簡單,陽極埋在還原性的沈積物中,陰極置放在空氣-水界面,陰陽極之間的外電路接入負載。其作用機理爲:陽極區的有機物被産電微生物氧化分解,産生的電子到陽極,再經過外電路到達陰極形成電流,質子通過水溶液傳遞到陰極,並與氧氣反應生成水。

  根据沉积物微生物电化学阳极和阴极上反应机理,南京地理与湖泊研究所江和龙团队中宋娜博士设计了一种运行互不干扰的单阳极多阴极的微生物电化学组的新结构(圖1),利用水体溶解氧浓度高低会影响到微生物电化学工艺的电信号输出的原理,可以同步监测不同深度水体溶解氧浓度。研发的装置仪器能够只用一台仪器实现不同深度水体同时在线监测,运行和维护成本低,运行稳定,并且反应灵敏。目前已通过室内实验优化了传感器装置的主要影响参数,并经过湖泊原位试验验证,此装置能在野外长期稳定运行(圖2)。此成果已授权发明專利(專利号CN201410614945.2),並以Development of a sediment microbial fuel cell-based biosensor for simultaneous online monitoring of dissolved oxygen concentrations along various depths in lake water为题發表在Science of the total environment期刊上,評審專家認爲這是一項新穎、聰明的傳感器設計(a novel sediment microbial fuel cell-based biosensor for detection of dissolved oxygen concentration at various depths” and “a clever setup for measuring dissolved oxygen levels based on a microbial biofuel cell”)。

  該項工作得到了國家自然科學基金和中科院創新交叉團隊等項目資助。

  文章鏈接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719315451?via%3Dihub

 

1. 传感器监测装置及原理圖 

 

2. 傳感器原位穩定運行結果 

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