淺析海洋監(jiān)測在線監(jiān)測技術(shù)

郭然

[摘要]海洋監(jiān)測目前最欠缺的技術(shù)就是重金屬污染物、有機污染物、石油類污染物和營養(yǎng)特征污染物的在線實時監(jiān)測技術(shù)，如果在這些方面有所突破，必然會給海洋監(jiān)測帶來很大的技術(shù)變革。

[關(guān)鍵詞]海洋監(jiān)測;監(jiān)測能力;實時監(jiān)測

一、背景

我國擁有18000多公里的海岸線以及300萬平方公里的管轄海域，采用高新技術(shù)對海洋進行全方位檢測迫在眉睫。為此，我國政府把“海洋監(jiān)測技術(shù)”列入國家863計劃“九五”研究計劃中，此技術(shù)作為國家863計劃的一個主題，對推動我國海洋檢測高技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。

二、與國外監(jiān)測技術(shù)差距

目前，在海洋儀器中，主要以國外儀表為主，比如應(yīng)用最廣泛的美國的聲學(xué)海流剖面儀（ADCP）、挪威的安德拉海流計、HYDOLAB公司的MiniSonde型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀和美國SEA-BIRD溫鹽深測量系統(tǒng)等，他們在國際市場上有很高的占有率，都是集技術(shù)、生產(chǎn)、商貿(mào)為一體的產(chǎn)品。而國內(nèi)的海洋儀器基本是研究所的產(chǎn)品，僅有山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所立足于海洋儀器行業(yè)。研究所由于生產(chǎn)能力不足、企業(yè)技術(shù)素質(zhì)和開發(fā)產(chǎn)品的能力不高，因此在現(xiàn)有體制下很難互補，這是海洋儀器行業(yè)存在的通病，由于海洋儀器基本屬于科學(xué)儀器范疇，技術(shù)復(fù)雜、市場面窄以及批量小，加上國內(nèi)元器件市場混亂，導(dǎo)致了國內(nèi)海洋儀器缺乏競爭力。如果不從體制上進行解決，很難扭轉(zhuǎn)我國目前海洋儀器儀表行業(yè)日漸衰退和產(chǎn)品沒有競爭力的局面。

三、國內(nèi)外海洋監(jiān)測技術(shù)

（一）海洋監(jiān)測參數(shù)

隨著海洋環(huán)境檢測技術(shù)的不斷創(chuàng)新，目前監(jiān)測的物質(zhì)和參數(shù)主要有：

第一，水文氣象參數(shù)：風(fēng)速、流速、氣溫、波浪、流向、水溫等;

第二，物化指標參數(shù)：pH值、有機物、溶劑氧、鹽度等;

第三，營養(yǎng)物質(zhì)和毒性參數(shù)：各種營養(yǎng)鹽、重金屬、核輻射等。

海洋環(huán)境污染監(jiān)測技術(shù)包括物理、化學(xué)以及生物監(jiān)測技術(shù)等。長期以來在監(jiān)測各種有毒有害物質(zhì)時主要通過現(xiàn)場取樣分析或取樣進行實驗室化學(xué)分析方法，因此缺乏實時性。面對海洋污染現(xiàn)狀的復(fù)雜性，為了研究他們之間的函數(shù)關(guān)系以準確掌握海洋污染物的分布情況，探索海水的細微結(jié)構(gòu)和海洋污染程度，要求對海洋水質(zhì)污染的重要參數(shù)進行現(xiàn)場綜合的自動、長期和連續(xù)的監(jiān)測。因此，此技術(shù)的研究和應(yīng)用得到了各國的重視。

（二）海洋監(jiān)測傳感器的技術(shù)狀況

采用海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測常規(guī)指標從目前國際來看，在線監(jiān)測海流、溶解氧傳感器以及鹽度等的技術(shù)十分成熟，可靠性和精度都已經(jīng)達到丁相當高的水平。但是，在營養(yǎng)鹽和重金屬等毒性指標方面的化學(xué)分析技術(shù)和生物傳感器技術(shù)還不過關(guān)。國內(nèi)外的傳感器都向著智能化、模塊化以及網(wǎng)絡(luò)化、小型化、自動化以及多功能化發(fā)展?；瘜W(xué)和生物傳感器是正在發(fā)展的載體平臺自動取樣分析技術(shù)的關(guān)鍵。

（三）近海環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)

近岸海域是污染和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重點，適合發(fā)展各種小型輕便的傳感器集成平臺技術(shù)，適宜在海灣、河口及淺海增養(yǎng)殖區(qū)的使用，形成了多種便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀器。目前，生物學(xué)研究、污染和生態(tài)環(huán)境檢測、衛(wèi)星遙感定標以及真實性檢驗研究等應(yīng)用的傳感器或儀器是發(fā)展的重點。目前，微電極和陣列電極在實驗室已取得一定的研究成果，測量痕量物質(zhì)的微電極已有樣品，pH和溶解氧電化學(xué)傳感器的性能也得到了顯著改善，總體上，生物傳感器還處于實驗室研究階段。模擬動物味覺和嗅覺系統(tǒng)由多傳感器陣列組成的電子舌和電子鼻的研究也有所進展。

（四）海洋遙感技術(shù)

在海洋和近海環(huán)境的觀測和檢測中，海洋監(jiān)測結(jié)合傳統(tǒng)常規(guī)的手段取得了過去常規(guī)手段無法取代的重大成果。遙感飛機作為監(jiān)測海洋環(huán)境的遙感平臺，具有全球、連續(xù)、大尺度以及費用低和實施是環(huán)境影響小等特點，此技術(shù)對于周期短和尺度小的海洋環(huán)境變化具有獨特的優(yōu)勢，不僅在海洋環(huán)境遙感檢測方面起到了巨大的作用，更為廣大海洋遙感作者和管理決策部門提供了大量的科研數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

（五）痕量物質(zhì)測量和分析儀器

隨著海洋污染物的種類越來越多，為了分析和測定重金屬、有機污染物以及放射性物質(zhì)等痕量物質(zhì)，將大量的海水樣品帶回實驗室進行分析測量是常規(guī)的辦法。取樣分析方法和微電極測量方法都在國外得到了發(fā)展，美國在便攜式分析方面發(fā)展了用微電機測量Cd、Pb、Cu、Zn等重金屬的方法，采用陣列微電極技術(shù)測量多種重金屬成分。

（六）營養(yǎng)鹽現(xiàn)場自動分析儀

亞硝酸鹽、磷酸鹽以及硅酸鹽等營養(yǎng)鹽雖然是海洋生物生存的基本營養(yǎng)物質(zhì)，但是富營養(yǎng)會又可能引發(fā)赤潮以及生物的病害。因此，生態(tài)環(huán)境和污染環(huán)境的必測項目就是營養(yǎng)鹽。目前的方法，微機控制的全自動測量并使其微型化的方法代替了原來的人工操作的實驗室分析方法，即在現(xiàn)場建立一個全自動的微型營養(yǎng)鹽分析實驗室，一般采用實驗室的化學(xué)分析流程。

（七）多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀

海洋監(jiān)測設(shè)備多講究小型化、多功能化和多參數(shù)化，小型多參數(shù)海洋環(huán)境浮標監(jiān)測核心是水質(zhì)傳感器。該水質(zhì)傳感器選用美國YSI公司的6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，水質(zhì)傳感器的外觀如右圖所示。

四、結(jié)論

作為一門技術(shù)含量高且作為一個獨立的專業(yè)，剛步入社會時，總會遇到各種困難，如：技術(shù)人才不足、技術(shù)集成環(huán)境差、市場容量有限以及外國技術(shù)市場壟斷等。我國的海洋監(jiān)測與國外相比，還有很多的差距，主要體現(xiàn)在監(jiān)測能力、監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測技術(shù)方面，想要在海洋監(jiān)測中立足，必須要有自己的新技術(shù)，通過研究海洋監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀，了解國內(nèi)與國外的監(jiān)測技術(shù)差距，指出其中的不足，主要體現(xiàn)在監(jiān)測能力、監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測技術(shù)方面，想要海洋監(jiān)測中立足，必須要有自己的新技術(shù)。