用于海底热液pH探测电极自校正的控制技术研究

在海底热液pH值的探测过程中,探测电极的特性会随时间的推移而发生变化。为了实现长期的原位探测,需要一套流体控制系统对探测电极进行自校正与自维护。针对所设计的流体控制系统,遵循低功耗的设计原则,研制了其主控系统,包括硬件设计和软件开发。为了使控制系统能应用于海底热液环境,对其进行了耐压封装设计,并进行了高压水实验,实验结果表明系统在40 MPa的高压下能正常工作。各种测试指标亦表明系统能自动实现pH探测电极自校正与自维护的功能。

深海探测电极腔液—液高效驱替机理

为实现深海pH探测电极的在线自校正,按异重流原理设计一种三维结构的新型深海pH探测电极腔。在腔体内设置上、下两个出水口,利用重力分层实现探测电极腔内重液和轻液间的高效驱替:重液驱替轻液时,重液在重力作用下形成底部异重流,将轻液从上出水口压出;轻液驱替重液时,轻液在重力作用下形成上层异重流,使重液从下出水口排出。运用计算流体动力学方法分析深海pH探测电极腔内速度场和浓度场的分布规律,采用酸性葡萄酒和碱性缓冲液的驱替试验检测腔体的驱替性能,同时阐述发生液—液高效驱替的机理,分析pH探测电极腔的驱替性能与雷诺数、密度差的关系。仿真和试验结果都表明,在海水和缓冲液存在密度差的情况下,圆筒型(SS-Ι)pH探测电极腔不能实现完全驱替,而三棱柱型(SS-ΙΙ)pH探测电极腔可以获得好的驱替性能。

适用于深海热液环境的全固态电化学传感器的研究进展

通过熔融碳酸盐氧化法形成的Ir/IrO_2电极在各种介质中均具有良好的工作性能,并且适合于制作深海热液环境的pH探测电极,Ta/Ta_2O_5也具有一定的应用潜力,而W/WO_3对H^+浓度响应性能差,响应电位与pH之间无线性关系;Ir/IrO_2电极和Ag/AgCl参比电极之间电位差与溶液NaCl浓度之间有良好的线性关系,相关系数R^2均在0.99以上,可把特定NaCl浓度的海水作为参比电解质,如NaCl浓度偏离指定值,则可按这一线性关系对电位差进行校正。离子强度对海水总溶解S^(2-)的探测有一定影响,但在其浓度小于0.1 mol/L时,这种影响可以忽略。