微电极技术在沉积物化学原位测量中的应用

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1、第21卷第8期地球科学进展Vol.21No.82006年8月ADVANCESINEARTHSCIENCEAug.，2006文章编号：1001-8166（2006）08-0863-07곘微电极技术在沉积物化学原位测量中的应用许昆明，胡融刚（厦门大学环境科学研究中心，福建厦门361005）摘要：微电极技术在测量不稳定沉积物化学中具有不可替代的作用，日益受到重视。综合论述了目前实际应用于定量沉积物化学的三大电化学类型的微电极，覆盖了pH微电极、pCO2微电极、硫化物微电极、溶解氧膜微电极、汞金伏安微电极的工作原理、制作方法

2、和应用文献。特别介绍了实验室制作氧化铱pH微电极的方法和性能，描述了制作汞金伏安微电极的详细步骤及其在测量沉积物氧化还原化学成分的具体实验装置和技术方法，认为微电极技术的引入对深化沉积物生物地球化学过程研究具有重要作用。关键词：微电极；沉积物；原位测量；溶解氧；pH中图分类号：P734文献标识码：A对近岸海洋环境的认识离不开对沉积物的生物应用，包括电位电极、极谱电极和伏安电极3种不同地球化学的调查研究。相当一部分海洋生物体残骸电化学类型的微电极。和有机颗粒沉降到海底后很快地通过微生物分解作1电位微电极用而重新进入海水

3、循环。为了定量沉积物中的化学2＋2＋2－参数如溶解O2、Mn、Fe、S、CO2分压（pCO2）电位微电极（Potentiometricmicroelectrodes）测和pH等，传统的做法是用柱状采泥器把沉积物采量某一化学成分的电化学原理是依据奈斯特回实验室，用分层压滤法挤出间隙水，然后采用化学（Nernst）方程，即电极电位的变化与该化学成分浓滴定的方法或其它仪器分析手段来测量化学成分。度的对数成正比。电位微电极测量某一特定离子或［1］刘素美等概述了沉积物间隙水的几种制备方法气体是通过离子选择透过性膜或气体选择透过

4、性膜及其优缺点，但是这些做法通常扰动了沉积物，改变来实现的，当微电极与溶液平衡时，膜的两边由于某了沉积物样品的温度、压力和其它物理和化学条件，离子或气体的效应形成电位差，此值相对于参考电＋甚至可能把沉积物的不同层次的化学成分混合在一极测量可得。离子选择透过性膜微电极有如H、Li＋＋＋＋F－－－2－＋2＋起，引起测量的系统误差或不准确。所以，一种更好、Na、K、NH4、、Cl、Br、S、Ag、Cu等的方法是利用微电极直接测量沉积物的化学浓度梯电极；气体选择透过性膜电极有如NH3、H2S、CO2等度，避免由于环境条件变化

5、带来的误差。用微电极电极。目前应用于沉积物—海水界面的此类型微电探头插入沉积物测量化学成分是一项其它方法不可极主要是pH、pCO2和硫化物电极。替代的技术，它可以在每间隔1mm的深度位置取传统的pH微电极含有一层玻璃膜，内腔充满得准确数据，而传统的分层压滤法做不到。近十几盐酸，引出端是Ag/AgCl（可由银线在0.1mol/L盐2年来，随着各种化学微电极技术的介入，人们对沉积酸中以0.1mA/cm的电流密度电解形成）。电极用物—海水界面化学的认识取得了明显的进步。本文于测量沉积物孔隙水时，与饱和甘汞电极（SCE）的概

6、述了目前各种微电极技术及其在沉积物环境中的电池表达式为：收稿日期：2006-03-22；修回日期：2006-04-28.곘*基金项目：国家自然科学基金项目“应用多种微电极技术研究近岸沉积物化学”（编号：40476035）；教育部留学回国基金项目资助.作者简介：许昆明（1965-），男，福建人，副教授，主要从事海洋化学研究.E-mail：kunmingx＠xmu.edu.cn864地球科学进展第21卷3－Ag-AgCl｜0.7MHCl＋AgCl（s）｜pH玻璃膜｜［Ir2O3（OH）33H2O］＋3H2O（2）孔隙水｜

7、盐桥｜KCl（s）｜Hg2Cl2－Hg（1）［2］Revsbech等于1983年首先把pH，O2和H2S微电极应用于研究微生物培养膜中的化学浓度变［3］化。Archer等把微电极技术应用于测量深海沉积［4］物的pH剖面。Cai等研制了pH和pCO2微电极并应用于研究沉积物孔隙水中的碳酸盐体系，之后，他们还在pH和pCO2微电极制作和应用方面做了［5～7］一些改进，包括在微电极制作中用离子选择性有机中性膜代替玻璃膜和加入碳酸脱水酶以缩短响［8～10］图2铱氧化物pH微电极工作曲线应时间等。Fig.2Thecalibra

8、tioncurveofiridiumoxideCO2微电极的结构通常是所谓的SeveringhauspHmicroelectrode型（图1），即采用pH电极作为内芯，待测溶液中的CO2通过气体选择性硅酮橡胶膜进入电极腔内与碳［18］［19］Beyenal等和Yao等最近研制了基于此酸氢钠体系相互作用从而改变腔内的pH值，由pHpH电极内芯的p