現(xiàn)代伏安技術(shù)在掃描電勢(shì)的步驟和具體的時(shí)間電勢(shì)波形上有很多變種和技巧，由此衍生多種伏安方法如線性掃描伏安法（Linear sweep vol tam m etry）、循環(huán)伏安法（Cycl ic voltam m etry）、方波伏安法（Square w ave voltam m etry）、陽(yáng)極溶出伏安法（Anodi cs trippi ng vol tam m etry）等，這些伏安技術(shù)方法在化學(xué)分析中有重要用途，如清洗電極，富集反應(yīng)成分，確定電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等。

圖5 Hg-Au微電極測(cè)量M n2＋的方波伏安標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，M n2＋在海水中的濃度依次為25，50，100和200μm ol/L

與前面兩種微電極類型相比，伏安微電極的開發(fā)和利用較晚。1995年在美國(guó)特拉華大學(xué)Brendel等第一次開發(fā)了適用于測(cè)量沉積物中溶解氧，Mn2＋，F(xiàn)e2＋和S（-II）等化學(xué)成分的Hg-Au伏安微電極。在沉積物使用時(shí)，于工作電極上先加上某一電勢(shì)可富集或清除某化學(xué)成分的污染，提高靈敏度并保持電極的最佳工作狀態(tài)。他們研制的電極尖端直徑在100μm左右。隨后，Xu等研制了25μm直徑的Hg-Au微電極并應(yīng)用于測(cè)定海洋生物膜的化學(xué)濃度梯度。

有機(jī)物在沉積物中的氧化分解與電子接受體的還原過程密切相關(guān)。沉積物的表層幾厘米是微生物分解作用最為活躍的地帶，有機(jī)物的降解消耗氧氣，當(dāng)微生物的耗氧速率超過氧氣在沉積物中的擴(kuò)散速率時(shí)，微生物不得不利用其他氧化劑進(jìn)行無(wú)氧呼吸。

根據(jù)氧化物氧化有機(jī)物所釋放的能量的大小不同，在沉積物中微生物將依次利用溶解氧，NO－3離子，Mn（IV）和Fe（III）氧化物以及SO24－離子作為電子接受體對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化，在氧化有機(jī)物的同時(shí)，這些氧化物則分別被還原為水、N2、Mn2＋、Fe2＋、S2－。因此沉積物的表層幾厘米中通常存在明顯的溶解氧，Mn2＋、Fe2＋、硫化物的垂直化學(xué)濃度梯度，采用伏安微電極可定量這些化學(xué)梯度。Lut her等發(fā)現(xiàn)了在海洋沉積物中Mn2＋離子僅出現(xiàn)在無(wú)氧區(qū)域，他們認(rèn)為這種分離狀況可能與NO－3的還原有關(guān)。Reim ers等聯(lián)合伏安微電極、溶解氧極譜微電極和pH微電極通過遙控裝置（Rem otely Op?erated Vehicle）原位測(cè)定了沉積物間隙水中的多種化學(xué)成分。

定量溶解氧、錳、鐵和硫在沉積物中的還原梯度可計(jì)算出這些電子接受體在氧化有機(jī)碳的相對(duì)貢獻(xiàn)量。Marti n等研究了大西洋西北部陸架沉積物中有機(jī)物的分解與電子接受體的垂直剖面，他們估算出溶解氧對(duì)有機(jī)物分解的貢獻(xiàn)占75％～91％，反硝化作用占2％～5％，鐵和硫酸鹽的還原占8％～20％。Cai研究了尚普蘭（Cham plain）淡水湖沉積物中的碳循環(huán)及其電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移，總結(jié)出有氧呼吸、反硝化作用、MnO2還原、FeOOH還原、SO24－還原和甲烷生成反應(yīng)分別占有機(jī)碳氧化分解的35.2％、10.4％、3.6％、9.6％、14.9％和26.4％。在近岸環(huán)境中，由于存在有大量的易分解有機(jī)質(zhì)，沉積物的分解所釋放的有機(jī)物在數(shù)量上有時(shí)可以與浮游生物呼吸作用所生產(chǎn)的有機(jī)物相比擬，Cai等

聯(lián)合了伏安微電極和pH、pCO2電位微電極研究了海洋和湖泊沉積物中的碳分解和循環(huán)，他們?cè)谏衅仗m湖的沉積物中觀測(cè)到溶解氧剖面與Mn2＋剖面交叉的現(xiàn)象。伏安微電極的應(yīng)用逐步深化了沉積物化學(xué)的研究。

在海洋環(huán)境中，生物膜附著在金屬表面通常加快了該金屬的電化學(xué)腐蝕，采用微電極技術(shù)結(jié)合共焦顯微鏡可揭示海洋生物膜的結(jié)構(gòu)及其生物地球化學(xué)過程特別是錳循環(huán)對(duì)金屬腐蝕的不良影響。另外，在缺氧海區(qū)，如果存在重金屬污染（如Pb、Cd、Cu、Zn等），重金屬氧化物也與鐵和錳氧化物一樣在氧化有機(jī)物的同時(shí)被還原溶解，釋放到水體中造成二次污染。采用伏安微電極能夠檢測(cè)到這些陽(yáng)離子污染物。

4結(jié)語(yǔ)

微電極技術(shù)所測(cè)量的都是沉積物中的關(guān)鍵化學(xué)成分如溶解氧、Mn2＋、Fe2＋、S2－、pCO2和pH等，從垂直化學(xué)濃度剖面可計(jì)算通量、消耗量和滲透深度，由此可推知氧化還原環(huán)境、微生物活動(dòng)的層次和性質(zhì)乃至各種化學(xué)成分的生物地球化學(xué)循環(huán)，因此該方法具有重要價(jià)值。現(xiàn)代的沉積物生物地球化學(xué)研究?jī)A向于把微電極技術(shù)和其他傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合使用或者多種微電極聯(lián)合使用，集中調(diào)查和闡明某一自然現(xiàn)象和科學(xué)問題。

研制和采用微電極技術(shù)測(cè)量化學(xué)濃度梯度一直是沉積物化學(xué)的一個(gè)前沿研究領(lǐng)域，因?yàn)槠洳豢商娲挠猛竞妥饔?，倍受海洋科學(xué)界的廣泛矚目。

但是由于涉及各種獨(dú)特的制作和使用技巧，微電極技術(shù)從開始研制至今歷來(lái)屬于高新技術(shù)，盡管在國(guó)際上嶄露頭角已將近20年了，正在逐步走向成熟，目前在我國(guó)仍不多見，實(shí)際應(yīng)用幾乎沒有。本文介紹了各種微電極技術(shù)，旨在開發(fā)微電極和促進(jìn)該技術(shù)在我國(guó)的傳播與發(fā)展。