化學(xué)傳感器在二十世紀(jì)的發(fā)展極其迅猛，在醫(yī)療、生物、化學(xué)等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用?；瘜W(xué)傳感器在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛的重視。本課題研究主要針對不同的海洋研究對象，分別研制了探測珊瑚內(nèi)部微環(huán)境的液膜微電極以及探測熱液溶解H2S的固體電極。研究結(jié)果對于研究海洋生物對海洋酸化的響應(yīng)，多因素培養(yǎng)條件對珊瑚鈣化和生長的影響，珊瑚的鈣化機(jī)制，以及探尋淺海熱液分布規(guī)律都有著重要的意義。

本課題研究了基于中性載體的pH液膜微電極、Ca2+液膜微電極以及C032-液膜微電極，液膜微電極具有體積極小、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，液膜微電極的尖端直徑僅有5μm，適合應(yīng)用于生物組織、細(xì)胞層面的離子濃度探測。本課題自主設(shè)計(jì)制造了三維微電極操縱器和全自動(dòng)控制程序，能夠控制微電極移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)傳輸記錄數(shù)據(jù)的功能。通過大量實(shí)驗(yàn)對制備液膜微電極的技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。制作的pH液膜微電極Ca2+液膜微電極以及C032-液膜微電極滿足能斯特定律，具有線性相關(guān)系數(shù)好，響應(yīng)范圍寬，靈敏度高，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。這三種傳感器能夠滿足觀測珊瑚內(nèi)部微化學(xué)環(huán)境的要求。結(jié)合液膜微電極和三維微電極操縱器，對不同種類珊瑚內(nèi)部的pH、Ca2+和C032-濃度、分布、轉(zhuǎn)運(yùn)以及鈣化機(jī)制進(jìn)行了考察。領(lǐng)域內(nèi)首次獲得珊瑚內(nèi)部完整的pH、Ca2+、CO32-剖面數(shù)據(jù)，使用微電極觀測到了珊瑚的鈣化層。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)珊瑚內(nèi)部腔體的pH隨著深度的增加，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；珊瑚內(nèi)部腔體的Ca2+呈現(xiàn)一直減小的趨勢；珊瑚內(nèi)部腔體的C032-呈現(xiàn)先增加，后減小的趨勢；在控制光照條件下，在珊瑚內(nèi)固定位置的pH和C032-濃度呈現(xiàn)周期性變化；結(jié)合腔體底部觀測到的pH極低值和Ca2+的剖面數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了質(zhì)子泵理論；探討了珊瑚鈣化的機(jī)理；將pH和C032-剖面數(shù)據(jù)結(jié)合，首次計(jì)算了腔體內(nèi)的總?cè)芙鉄o機(jī)碳(DIC)和文石飽和度Ωar。設(shè)計(jì)了為期兩年的多因素實(shí)驗(yàn)，使用液膜微電極考察珊瑚對改變pC02、改變溫度、改變營養(yǎng)鹽水平等培養(yǎng)條件的響應(yīng)。這一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)考察了珊瑚在面對未來的海洋酸化、氣候變暖以及人類生活環(huán)境干擾時(shí)會(huì)發(fā)生如何的變化，對珊瑚生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、海洋環(huán)境的治理以及人類海洋交互影響提供了科學(xué)的依據(jù)。

研究了固體微電極的制備以及優(yōu)化，創(chuàng)新性的使用電鍍技術(shù)提升了溶解H2S電極的探測下限，從10-4mol/L提升到了10-7mol/L。并且將改進(jìn)過后的溶解H2S電極集成到自主設(shè)計(jì)研發(fā)的多參數(shù)化學(xué)傳感器上，和pH電極、Eh電極、碳酸根電極等聯(lián)合探測熱液海水系統(tǒng)的化學(xué)異常值。在2011年5月25日臺(tái)灣龜山島的海試中，多參數(shù)化學(xué)傳感器探測到了熱液區(qū)域的化學(xué)異常值，并在后續(xù)的數(shù)據(jù)分析過程中，確定了新熱液噴口可能出現(xiàn)的位置。臺(tái)灣探海公司根據(jù)這一依據(jù)，結(jié)合海流情況探測到了4處新的熱液噴口。