您能谈谈自己目前在伍兹霍尔海洋研究所 (WHOI) 的研究工作吗?
Anna:在化学传感器实验室,我们致力于开发各种用于海洋研究的仪器,比如针对海洋中甲烷和温室气体的传感技术。最近,我们对塑料检测产生了兴趣。虽然锁相放大器这类仪器过于庞大,不适合在海洋中实地操作,但可以帮助我们在实验室中开发用于实地检测的仪器。
基于激光的技术在海洋研究中的应用潜力如何?
Anna:我专门研究基于激光的传感技术,这项技术在海洋研究方面有很大的潜力。但是目前还没有多少仪器可以在现场分析海洋环境的化学成分。所以需要由大量研究人员收集样本,然后将样本带回实验室进行分析。我们真正感兴趣的是如何在不依赖于湿化学法的情况下,在海上完成测量。目前可以通过基于光学的传感等技术进行直接测量:我们知道这类技术适用于气体传感,而海洋中有很多值得研究的气体。事实上,我们已经开发出了多款可部署在深海中的碳和甲烷传感器。比如,我们最近展示的一款 基于空芯纤维的光学传感器,可以用于测量溶于液体中的气体。我们已经在分析深海测量的第一批结果,这令我们非常激动。另外,我们并不只使用基于激光的传感技术:Beckett 所研究的塑料微粒阻抗传感项目就是完全不同的传感系统之一。
跨学科背景在这个研究领域带来了什么帮助?跨学科研究很普遍吗?
Anna:相比这个领域的其他许多同行,我想我是更偏向于跨学科背景,但其实我们的大部分研究都属于跨学科研究。当我们要去海上工作时,会组成一支由生物学家、地质学家和化学家组成的团队,很多勘测现场有着比较复杂的环境,因此从多方位的视角来看待问题是很重要的。我们也非常关注技术应用,这自然会推动我们更多地向跨学科方向发展。
Beckett:我主要从事机械工程工作。我认为海洋研究在工程领域绝对属于跨学科研究,因为每当要制造一个适合海洋环境的东西时,都需要处理所有不同的子系统,包括电子、光学、软件和机械设备等。将仪器带到海上去工作,需要考虑到海洋本身就属于跨学科领域,仅仅研究洋流的物理特点是无法真正了解海洋的,因为这同时还涉及到化学和生物学,如果了解得不够全面,就很难理解海洋的运转方式。我们与许多不同领域的科学家合作,这正是我为我们团队感到自豪的一点。
瑞士苏黎世仪器公司的产品在你们的研究中发挥了什么作用?
Beckett:我们一开始用 HF2LI 锁相放大器来进行气体传感实验,后来为了塑料微粒项目又购买了一台配备 HF2LI-MF 多频升级选件的 HF2LI 锁相放大器和 HF2TA 跨阻抗电流放大器。在塑料微粒项目中,我们想要直接观察塑料微粒在水流中的电学特性,而锁相放大器就能帮助我们非常简便地测量阻抗-频率关系曲线。在实际操作中,我们用两个电极夹着一条连续水流的两端,然后监测这两个电极之间的阻抗。微粒在电极之间流过时会引起阻抗变化。我们可以通过这种阻抗变化,来区分生物颗粒和塑料微粒,当然,我们希望能看到大量的生物颗粒。我们主要通过成分明确的水混合物来解读数据,有时还会故意在其中部分混合物中掺入了塑料微粒。我们的最终目的是将这种传感器集成到便携式仪器中,从而测量水体,或是载着仪器在港口巡逻,就像检测其他污染物一样,绘制出塑料微粒的分布图。这个项目仍处于实验室试验阶段,但我们已经做了一些初步的实地测试……
Anna:是的,我们把 HF2LI 以及非常重的电池带到了池塘边(见图 1)。我想给苏黎世仪器的工程师提个建议:小一点的锁相放大器会方便很多!海上的运载工具虽然很大,但所载的每台仪器都需要尽可能的小巧。