全量程水下pH原位在线监测技术获进展
文章导读
水下pH原位在线监测在深海勘探与工业管控中至关重要，但传统电化学与光学传感器常在极端工况下遭遇信号漂移与量程受限的瓶颈。为此，中国科学院烟台海岸带研究所等团队利用SERS技术，通过2-AMT探针构建出一种依赖分子构象的传感机制。该方案结合随机森林算法，成功实现了pH 0–14全量程覆盖且预测误差在±0.2pH以内的远程监测。在面对高盐及深海热液喷口等复杂环境时，这套光纤辅助系统能否彻底解决稳定性难题？
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水下pH原位在线监测是海洋生态评估、工业流程管控及深海环境勘探的关键技术。传统电化学与光学传感器在极端工况下常面临信号漂移、量程受限等难题，难以兼顾高稳定性与宽范围响应，亟需开发新型传感技术以解决现有瓶颈。
近期，中国科学院烟台海岸带研究所等研究团队提出基于表面增强拉曼散射（SERS）的全量程监测方案。该技术以多质子位点响应的2-巯基-5-氨基-1,3,5-噻二唑（2-AMT）为SERS探针，构建了纳米界面分子构象依赖的pH传感新机制，成功研制出光纤辅助原理样机，实现了pH 0–14全范围覆盖、快速可逆、高盐耐受及高精度的远程在线监测。
理论计算与实验表明，该分子在宽pH范围内可通过分级质子化实现构象连续转变，输出显著且可区分的光谱指纹。研究引入随机森林算法解析全光谱数据，建立高精度预测模型，有效克服了传统比值法的局限。在高盐及复杂水环境测试中，该传感器表现出优异的抗干扰能力与稳定性，预测误差控制在±0.2pH以内。自主搭建的光纤监测系统在模拟深海热液喷口及野外水体原位监测中验证了其实用性，为极端水环境精准观测提供了可靠技术支撑。
相关研究成果发表在《自然-传感器》（Nature Sensors）上。研究工作得到国家自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划等的支持。
基于多质子响应SERS探针的光谱响应原理及理论计算
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