深海海洋动力环境原位实时监测系统研究

针对海底观测网中海洋动力环境参数的长期实时监测问题,研究和设计了深海海洋动力环境原位实时监测系统。该系统采用温盐深仪(电导率、温度、深度(CTD)测量系统)、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、声学多普勒流速仪(ADV)、浊度传感器和溶解氧传感器等海洋仪器作为数据采集设备,搭建了以嵌入式ARM内核微处理器为核心的硬件平台,基于Linux操作系统设计了长期实时监测软件。该深海海洋动力环境原位实时监测系统于2011年4月至10月,在美国蒙特利海湾在接入海底观测试验网——蒙特利加速研究系统(MARS)下连续运行187天,试验结果表明该系统可以长期稳定地实时获取海洋动力环境原位数据。

动态顶空取样-大气压化学电离质谱原位实时监测发酵乳挥发性代谢产物

采用大气压化学电离质谱法,利用动态顶空取样技术对发酵乳生产过程中产生的挥发性代谢产物进行原位实时监测。从发酵开始后3.0～4.7h连续用质谱仪记录发酵乳挥发物的离子流信号,结果表明:2,3-丁二酮(m/z 104,M+H2O.+)在前4h信号较弱,4h后开始逐渐增大,4.2h后呈快速增大的趋势;乙酸乙酯(m/z 106,M+H2O.+)信号从发酵3h后开始呈逐渐增大趋势;苯甲醛(m/z 124,M+H2O.+)信号较平稳。发酵进行到6h的质谱图中质谱信号主要有乳酸(m/z91,MH+和m/z 108,M+H2O.+),2,3-丁二酮(m/z 104,M+H2O.+),苯甲醛(m/z 107,MH+和m/z 124,M+H2O.+),乙酸乙酯(m/z 89,MH+和m/z 106,M+H2O.+),正已醛(m/z 101,MH+和m/z 118,M+H2O.+),2-丙烯醛(m/z 74.M+H2O.+)等。未发酵的纯牛奶质谱图中有正己醛(m/z 101,MH+),苯甲醛(m/z 107,MH+和m/z 124,M+H2O.+),葵醛(m/z174,M+H2O.+)等信号。动态顶空取样-大气压化学电离质谱技术具有快速、非破坏性等优点,在发酵食品的生产质量控制方面有一定的理论和实际应用价值。

原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中的作用和意义

当2013年4月20日四川芦山Ms7.0级大地震发生时,中国科学家已不再像2008年汶川Ms8.0大地震发生时那样茫然和不知所措。其根本原因在于,2008年汶川大地震发生后,龙门山地区开展了大量的科学研究工作,已超前初步认知龙门山断裂带西南端具有潜在地震危险性,特别是原位地应力测量和实时监测已发现绝对地应力大小高值异常和相对地应力大小临震异常变化。论文简要介绍了地震预报国际主流观点与认识,梳理了地应力在地震预报研究中的作用和认识,探讨了2004Parkfield earthquake钻孔应变监测结果给予的启示,详细介绍了原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中应用的实践与探索。实践证明:地震预报是值得探索和研究的,原位地应力测量与实时监测是地震预报的有效方法之一。

基于VOCs浓度反演的地下水中含油物质泄漏原位在线监测方法的建立及应用

石油石化企业的含油物质泄漏进入地下水,会对生态环境造成负面影响。通过构建地下水井模型,比选不同原理的挥发性有机物(VOCs)检测传感器,建立了基于VOCs浓度反演的地下水中含油物质泄漏原位实时在线监测方法。研究发现,常规水质六参数传感器对含油物质泄漏的响应会产生滞后现象,在实时预警监测地下水井中含油物质时可不安装常规水质六参数传感器,节约企业污染防控监测成本。将该方法应用于企业现场进行原位实时监测,当实时监测值超过数据监控平台预警阈值时,系统会发出警报,实现了地下水井中含油物质泄漏实时预警监测。该监测方法具有响应速度快、准确性高、成本低、监测过程简单等优势,将帮助企业实时掌握地下水污染状况,提高地下水污染防控预警效率。

用于护航飞行安全的全时数字化失速传感系统

中国科学院北京纳米能源与系统研究所、中国科学院大学研究人员许子颉、曹南颖等开发出一款新型自驱动飞行器失速传感监测(DATSS)系统,可原位实时监测固定翼飞行器翼面的气流分离程度,为飞行器操控者提供失速预警、失速程度分析和飞行状态修正提示数据。2023年5月16日,相关研究发表于《自然-通讯》。

基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密过程絮团演化规律

在初始泥层高75 cm和耙架转速为0、0.1、1和10 r·min^(-1)条件,以及耙架转速为0.1 r·min^(-1)和初始泥层高度为75、45和25 cm条件下,采用FBRM和PVM实时在线监测技术,对动态浓密系统泥层脱水过程絮团结构演化进行原位连续观测,获得了泥层脱水过程中,絮团直径、数量分布特征和实时图像.研究结果表明,尾矿浓密过程中絮团直径和数量随剪切时间延长呈现先增长后降低,再保持稳定的状态.根据絮团直径变化程度,将絮团密实化过程分为絮团生长期、絮团重构期和絮团破碎期3个阶段.在剪切速率0.1 r·min^(-1)和初始泥层高度75 cm实验条件下,有利于絮团生长和絮团快速破裂重构,并提高絮团密实化程度,但过高的剪切速率作用对絮团结构影响程度下降.剪切速率的增加造成絮团平均直径减小,同时絮团平均直径减小的速率上升.随着初始泥层高度增大,絮团生长阶段时间更长,絮团直径峰值更大,重构期较长,絮团平均直径随初始泥层高度增加而增大.尾矿絮团分形维数可以反映絮团结构变化特征,结合PVM图像的分形维数和孔隙率计算,分析了剪切破坏力与絮团凝聚力存在的相互平衡关系,基于这种动态平衡对絮团破裂程度的影响,研究了尾矿浓密过程中的絮团密实化规律.

透明导电玻璃(ITO)基材自加热传感静态芯片聚合酶链反应(PCR)

利用商品化ITO玻璃导电层的温阻效应,无需任何微加工手段,实现了自加热和传感的芯片温度自动程序控制,最大程度地减小了传感滞后对温度控制稳定性的影响,温度控制的稳定性达到了0.2℃,升温速度最快可达20℃/s以上,在冷却风扇辅助下降温速度最快达到了8℃/s.芯片温控单元的引线从传统的两对(一对用于传感,一对用于加热)减少为一对.通过在该芯片上直接构建多个开放微池反应器的方法成功地实现了λDNA 157 bp片段的并行扩增.将该芯片置于倒置荧光显微镜样品台上,以蓝色(575 nm)发光二极管为光源,以光电倍增管为检测手段检测了dsDNA和SYBR GreenⅠ嵌合物的荧光强度随温度的实时变化曲线.

日本M_W9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨

为了探讨日本MW9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义,对华北和东北地区进行原位现今地应力绝对测量与实时监测、GPS测量,结果表明:日本大地震在山东半岛、华北北部地区和东北地区所诱发同震位移引起的张性效应调整周期分别约为6个月(即调整结束时间大约在2011年9月)、15个月(即调整结束时间大约在2012年6月)和26个月(即调整结束时间大约在2013年5月),张性效应调整周期与同震位移大小成正比。在这种调整过程中,往往表现出区域现今构造应力作用方式和构造应力场转换,并可能伴随重大地质事件(如地震等)的发生。2012年5月28日和29日、6月18日、8月26日及2013年1月11日在唐山及其周围地区分别发生的4.8级、3.2级、4.0级、3.3级和3.0级地震与华北北部地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而2013年10月31日以来在吉林省松原市发生的地震群应与东北地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而非一个大地震前的小震群。

平面光极基本原理及其在土壤微观异质性研究中的应用

传统的土壤理化特性研究往往依赖于异位取样测定方法,样品采集过程通常会破坏土壤的原有结构,忽略了土壤的微观异质性,无法真实地反映土壤实时环境的高度异质性特点。近年来,具有微米级高分辨率的平面光极技术(planar optode)因兼具低扰动和实时原位监测等特性,在土壤生物地球化学过程相关研究中获得越来越多的关注和应用。平面光极基于发光传感原理,将特异性发光指示剂包埋在基质中制成传感膜,利用数字成像技术记录其二维特征发射光谱,通过指示剂发光信号的改变来实时反映溶质的动力学特征。该技术具有实时、原位检测、高分辨率、灵敏度高且仪器设备相对简单的特点,实现了对土壤O_(2)、pH、CO_(2)、NH_(4)^(+)等相关理化参数的实时动态监测。本文综合国内外最新研究,详细阐述了平面光极的系统组成、成像定量方法与特点及其局限,重点总结了平面光极在土壤微观异质性研究中的主要应用,最后对平面光极的发展方向及其在土壤学、农业环境等领域的应用提出展望,旨在为土壤学前沿研究和农业可持续发展提供技术支撑。

基于微生物库仑量抑制率的水体重金属污染监测方法

为实现对水环境重金属污染的实时原位监测,利用单室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)传感器搭建了单程连续流装置,并对其预警稳定性进行了探讨。结果表明:以Cr(Ⅵ)作为目标污染物,MFC传感器的检出限为0.4 mg·L^(-1),在0.2~1 mg·L^(-1)的质量浓度区间内,库仑量抑制率与Cr(Ⅵ)质量浓度具有较高的共变趋势;设定模拟废水中Cr(Ⅵ)的质量浓度为1 mg·L^(-1),MFC传感器对乙酸钠质量浓度分别为384.62、480.77和576.92 mg·L^(-1)的模拟废水预警的库仑量抑制率为34.71%±1.65%、36.60%±3.82%和36.28%±10.64%;对分别含有谷氨酸、乳酸和蔗糖(质量浓度均为50 mg·L^(-1))的模拟废水预警的库仑量抑制率为35.22%±6.51%、37.05%±3.74%和24.23%±1.90%,这说明MFC传感器对水样中的可生化降解有机物具有一定的抗干扰能力;MFC传感器连续3次对含有1 mg·L^(-1)Cr(Ⅵ)模拟废水预警的库仑量抑制率为35.37%±3.21%、39.48%±0.95%和41.50%±4.24%,证明MFC传感器的预警信号重现性较好。以上研究结果可为MFC传感器实时原位监测水体重金属污染提供技术参考。