海底原位地球化学传感器的研制与应用

发布时间：2020-11-23 14:36

　　 国际海底区域蕴藏着丰富的战略金属、能源和生物资源,是人类生命维系和社会持续发展的重要支持系统。海底热液体系不仅具有潜在的巨大经济价值而且对研究地球深部物质运动过程、构造活动、板块运动及生命起源也有积极意义,因此对它的勘查研究是当代海洋科学、地质学及生物学等众多学科共同面临的使命。在国家“863”项目的大力支持下,本论文研制一套具有自主知识产权、适用于海底原位探测的多参数地球化学传感器,它集成了参比电极、pH电极、硫化氢电极以及溶解氧电极,能直接获取热液体系的原位探测数据,它不仅对从地学、化学、生物学、深部地球物质等方面广泛研究热液体系具有重要意义,此外还将极大地促进海洋资源的探测、海洋环境的监测和保护、海洋科学的研究。 通过分析国内外现有的原位地球化学传感器技术及各电极的制作方法,本文采用贵金属丝作为电极的基材,实现探测电极的固体化和微型化;采用熔融法制作Ag/AgCl参比电极,提高其使用寿命;采用以含超细银粉环氧树脂为中间层的方法制作Ag/Ag_2S电极,提高其检测下限;采用熔融过氧化钠法以及外覆质子半透膜技术制作Ir/IrO_2电极,提高其抗干扰能力;以及采用在金丝表面镀DePeX膜提高溶解氧电极的使用寿命及探测能力。在实验过程中,通过不断的标定及反复测试,根据反馈结果进一步完善电极性能。 浙江大学有关课题组和美国明尼苏达大学合作研制的原位地球化学传感器成功应用于对东太平洋海隆Tica热液区生物栖息地为期12天的连续测试,在该地区首次实现了化学量原位长期观测。探测数据显示Tica热液区海水温度变化范围介于10℃至20.5℃,总溶解H_2S的浓度介于7.4～27.3μmol/L。原位探测数据分析结果表明,潮汐作用引起扩散流温度和化学成分的周期变化。 海底原位地球化学传感器是一个可扩展的、通用性较强的技术平台,具有广泛的应用前途,尤其在天然气水合物探测以及海底长期观测系统等方面都具有巨大的潜在应用前景。本文研究成果可缩短我国与世界发达国家在深海海底资源调查技术上的差距。为今后我国深海矿产资源调查、勘探和开采打下良好基础。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2008
【中图分类】：P736.4
【部分图文】：

囱附近沉积了大量热液硫化物矿，其中富含的金属物质具有可观的开发价值。同时，在这个高温高压极端环境下还存活着一些微体生物群落(莫杰等，2007)。我国首次环球大洋科考航线图见图1.2，此次环球大洋科考实现我国大洋工作由单一区域(太平洋)向全球各大洋区(太平洋、大西洋、印度洋)，由单一的资源调查向资源与科学相结合的综合科学考察的实质性转移，必将拓展我国国际海底区域研究和开发领域，为我国的深海资源调查和科学研究提供进一步的工作基础和平台。图1.2我国首次环球人洋科考航线示意图(中国网，2005)

1.3.2主要研究内容适用于海底环境的原位探测系统是一套集电化学探测理论、海洋工程、机械电子、液压、自动控制等学科于一体的交叉集成系统，见图1.3。由物理化学传图1.3原位探测系统示意图(a)传感器、(b)电路板、(c)封装壳体、(d)软件操作平台(其中b和d图由刘仲明提供;。图由J一抗提供)

敏感膜图2.1离子选择电极分析测量原理示意图(谢声洛，1985)图2.1是离子选择电极分析测量原理示意图，其中离子选择电极包含有由特殊的电活性物质组成的敏感膜，对溶液中某种离子的活度(浓度)具有选择性响应，从而产生一定的平衡电势，同时浸在溶液中的参比电极产生固定的参比电势。用测量仪器测出离子电极与参比电极组成的电池的电动势，就可以计算出被测溶液中某些离子组分的活度(浓度)(谢声洛，1985)。当离子选择电极与参比电极构成测量电池时，可表示为:
【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 谭春阳;基于流控技术的深海热液化学长期测量原位自校正平台研究[D];浙江大学;2011年

相关硕士学位论文 前2条

1 王婧;曲线本底估计法在海底X荧光分析中应用研究[D];成都理工大学;2013年

2 钟文章;海底示踪气体原位自动检测系统远程控制软件的设计与实现[D];湖南师范大学;2014年

本文编号：2894720