海洋覆蓋地球表面約 71% 的面積，是全球生態系統的重要組成部分。近年來，沿海工業化、城市化進程加快，海水污染、富營養化等問題加劇，海水水質監測的重要性日益凸顯。葉綠素傳感器、濁度傳感器、石油烴傳感器等海水水質傳感器，是獲取海水水質數據的重要工具，在海洋環境監測與生態保護中發揮關鍵作用。

技術原理與功能

海水水質監測涉及多參數、復雜環境，各類傳感器基于不同原理實現精準監測。

葉綠素傳感器基于熒光檢測原理，通過測量浮游植物中葉綠素 a 受光激發產生的熒光強度，計算浮游植物生物量，反映海洋初級生產力。在赤潮高發海域，該傳感器可實時監測葉綠素濃度，為赤潮預警提供數據支持。濁度傳感器利用光散射和吸收特性，測量水中懸浮顆粒對光的衰減程度，確定水體濁度，常用于河口區域泥沙含量監測，為航道疏浚、海岸侵蝕研究提供數據 。

石油烴傳感器采用光譜分析或生物傳感技術，能夠快速檢測海水中石油類污染物，定位污染區域并評估污染程度，為石油泄漏事故應急處理提供依據。光學溶解氧傳感器基于熒光猝滅原理，通過檢測熒光物質與氧氣接觸后熒光強度變化，測量海水中溶解氧濃度，該數據對研究海洋生物生存環境、評估水體自凈能力至關重要。

放射性原位監測傳感器利用核探測技術，實時監測海水中放射性核素，用于核設施周邊海域監測及核泄漏事故應對。COD 原位分析儀通過化學氧化法或生物法，測定海水中化學需氧量，反映有機物污染程度；營養鹽原位分析儀采用離子色譜、分光光度等技術，精準測量硝酸鹽、磷酸鹽、銨鹽等營養鹽濃度，為海洋富營養化、赤潮形成機制研究提供數據。高精度pH 原位分析儀運用玻璃電極或固態電極技術，測量海水酸堿度，服務于海洋酸化研究。

應用實踐

海水水質參數間存在復雜關聯，單一傳感器難以全面反映海洋生態狀況，多傳感器協同應用成為必然。

在近海養殖區域，葉綠素傳感器、光學溶解氧傳感器、營養鹽原位分析儀和高精度 pH 原位分析儀協同工作。當浮游植物過度繁殖導致葉綠素濃度升高時，會引起溶解氧波動，改變水體 pH 值和營養鹽比例。通過傳感器網絡監測和數據分析，養殖人員可調整養殖密度、優化投喂策略，預防水質惡化和病害發生。

在河口生態系統監測中，濁度傳感器、葉綠素傳感器、COD 原位分析儀和營養鹽原位分析儀配合使用，可研究河口咸淡水混合過程中泥沙輸移、有機物分解、浮游植物生長和營養鹽循環等過程。整合分析傳感器數據，有助于揭示河口生態系統演變規律，支撐生態保護與修復決策。

應用面臨的挑戰

盡管在海洋監測中發揮重要作用，海水水質傳感器在實際應用中仍面臨諸多挑戰。

海水高鹽、高壓、強腐蝕性的環境，對傳感器材料和結構要求高。長期使用下，傳感器易出現電極腐蝕、光學窗口污染、電子元件失效等問題，導致測量精度下降、使用壽命縮短。以 pH 傳感器為例，玻璃電極在海水中易受污染，需頻繁校準維護。

不同類型傳感器采集數據的時空尺度、數據格式存在差異，實現多源數據高效融合與深度分析難度較大。海洋環境復雜多變，水質參數間關系非線性且動態變化，傳統數據分析方法難以揭示其內在規律，亟需發展更先進的算法和模型。

海水水質監測需長期、連續觀測，對傳感器智能化和網絡化要求高。當前部分傳感器智能化程度不足，無法實現自動校準、故障診斷和遠程控制；傳感器網絡覆蓋范圍和數據傳輸效率也有待提升，難以滿足實時監測和預警需求。

技術發展方向

為應對上述挑戰，海水水質傳感器技術將朝著以下方向發展。

在材料與結構方面，研發耐腐蝕合金材料、抗污染納米涂層材料、高靈敏度生物材料，優化傳感器結構設計，采用 MEMS、NEMS 等技術實現微型化和集成化，降低成本并提高可靠性。

技術融合層面，將人工智能、大數據、云計算等技術融入海水水質監測系統。利用機器學習算法分析挖掘多源數據，實現水質參數實時預測和異常預警；通過云計算平臺實現數據高效存儲與共享，支撐海洋環境管理決策。

監測網絡構建上，打造天地海一體化監測體系，結合衛星遙感、無人機監測、浮標觀測、潛標觀測和岸基監測，實現海洋環境全方面、多層次監測。同時加強國際合作，建立統一監測標準和數據共享機制，提升全球海洋環境監測管理水平。

海水水質傳感器是海洋監測的核心裝備，盡管面臨挑戰，但隨著技術創新發展，其將在海洋生態保護、資源開發利用等領域發揮更重要作用，為海洋可持續發展提供技術支撐。