一、为何在沉积物里“插一根针”

传统沉积物研究多依赖分层采样结合离心或萃取的方式，所获取的往往是厘米级、小时级乃至天级的“平均结果”。但地球化学反应通常发生在亚毫米、秒级的尺度：一条缺氧纹层可能在200µm的范围内，氧化还原电位就从+200mV骤降至–200mV；一株藻类的根际能在几十秒内改变周围环境的pH值。

微电极（microelectrode）将传感端缩小至微米级，响应时间缩短至秒级，如同“内窥镜”一般，能够在原位记录沉积物微环境中的化学变化，且不会对样品造成扰动。一套完整的沉积物微电极分析系统通常由五个部分组成：一是微电极阵列，可监测pH、DO、H₂S、NO、氧化还原电位等参数，其探针前端尺寸在100–500µm之间；二是配备步进马达，重复精度高，能够进行垂直或二维扫描；三是信号放大与多通道采集装置，拥有5通道；四是配套软件，可实现实时数据可视化。

二、微电极分析系统能做什么？

案例1：磷循环解析

该案例的目标是厘清酸性水稻土中Fe-P的释放与再固定机制。

操作过程如下：所使用的微电极包括pH、DO。实验时，将原状土柱放置在微剖面系统中，进行白天光照、夜间黑暗各12h的处理。

研究发现：白天根际的DO渗透深度达到2mm，pH升至6.8，Fe²⁺降至检出限以下，PO₄³⁻的峰值出现在1.5mm处；夜间DO耗尽，Eh降至–150mV，Fe²⁺在0–2mm区间急剧增加，PO₄³⁻被重新吸附或沉淀，根际磷有效性下降3–5倍。

案例2：H₂S监测

此案例的目标是评估城市河道底泥疏浚前后H₂S毒性的时空风险。

操作方式为：采用的微电极有H₂S（安培型，探针前端100µm）、pH、DO、温度。实验分为三步，首先沿河道布设6根柱状样，微电极垂直剖面为0–40mm，步距250µm；其次同步采集上覆水的DO、光照、流速，输入软件进行3D插值；最后在疏浚后第1、7、30天进行复测。

这套微电极分析系统具有多方面优势：在微尺度上，具备100–200µm的空间分辨率和秒级响应，实现了“原位无损”监测；能进行多参数测量，可同步或序列测量pH、DO、H₂S、NO、Eh等参数；具备可视化功能，能直接导出梯度、通量和模型参数；应用场景广泛，适用于实验室可控土柱、野外原状沉积物、根际微域、生物膜、湿地潮汐带等。