AquaSys：一种用于pH与温度实时监测的自主无线水质监测系统及其在环境健康中的应用

本文推荐一种创新型自主无线水质监测系统（AquaSys），集成了定制化3D打印组件与微控制器电子框架，可实现水体pH（3.5–12.0）和温度（22–40?°C）的实时监测。系统具备自动采样、校准与清洗功能，通过LoRa模块实现834米以上无线数据传输，在实验室与自然水体（包括高TDS>13,340?ppm环境）中均表现高精度（pH误差2.7–7%，温度误差0.63–6.67%），有效克服传感器污损和校准漂移问题，为水生态健康监测提供可靠技术支撑。

　　

Highlight

AquaSys系统通过自主设计的自动采样器与双通道蠕动泵实现水体pH与温度的高精度实时监测，支持远程无线数据传输与自动校准清洗功能，显著提升传感器使用寿命与数据可靠性。

Materials and apparatus

本研究使用分析级化学品，未经过滤或纯化。采用Sigma-Aldrich的氢氧化钠颗粒和Emparta ACS级37%盐酸，Hanna Instruments提供精度为±0.01?pH（25?°C）的标准溶液与pH存储液。超纯水（电导率1.8?μS/cm）由Milli-Q IQ 7000系统制备。3D打印设备采购自FlashForge Dreamer NX。

Optimal sensing time for pH and temperature measurements

pH传感时间测试显示模拟电压在50秒内迅速下降，300秒后趋于稳定（图4a）。温度探针在不同样本（常温水、冷水、热水）中均在1秒内达到稳态电压（图4b），因此最终确定pH测量时间为300秒，温度测量为1秒。

Conclusions

AquaSys通过微控制器驱动的自动采样系统与双通道蠕动泵实现水体原位实时监测，支持自动采样、校准、清洗与数据存储，显著降低传感器污损风险，适用于不同季节与地理环境下的长期水质监测。