自从1977年在Galapagos群岛海域发现了热液活动以来,热液研究就成为国际海洋研究的热点领域。热液巨大的化学量和温度梯度特征使原位测量成为热液探测的主要手段。原位电化学传感器由于成本和测量精度方面的优势被广泛应用在热液的探测活动中,例如pH, H2, H2S和S2-等化学电极。化学电极的漂移特性严重影响到了原位数据的实用价值,是化学电极在高温、强腐蚀性的热液流体中进行长期测量的重要障碍。原位标定能准确反映化学电极的工作性能,克服电极信号漂移给准确性带来的影响,提高原位长期测量数据的使用价值。研制利用标准溶液对化学电极进行原位标定的仪器是迫切需要的。本论文对原位化学测量的一些关键问题进行了研究和分析,设计了基于流控技术的深海热液化学测量原位自校正平台,并实验证明了原位标定的有效性。本文对深海原位标定所涉及的流动控制系统和探头腔进行了研究。首先根据作业要求的不同,设计了分别应用于深海热液原位长期观测和原位在线探测的流动控制系统。然后根据热液流体高温、强腐蚀的特性研制了集成在原位长期观测探头腔中的小型传感器腔和耐高温电磁阀。传感器腔通过压缩多孔Viton密封件的方式来密封多种金属电极和热电偶,腔体内容积只有1.03mL,具有较高的溶液替换效率。冲洗实验表明大流速能提高传感器腔的溶液替换速度,但受到化学电极响应速度的制约将最大系统流速定为10ml/min。耐高温电磁阀采用Viton阀座-钛合金锥形阀芯接触密封结构,通过有限元分析和密封实验结合的方法对结构参数进行了优化,选定了60°锥角阀芯结构。高温标定实验证明原位长期观测探头腔能对高达100℃的热液流体展开探测。设计了一种适用于原位在线探测的探头腔,具有34cm的细长探头端,适合在机械手操作下对高达150℃热液生物区进行小尺度的精细测量。通过数值计算和仿真得到典型热液喷口附近的温度场分布,为探头腔的安全布放位置提供依据。热液温度场梯度主要取决于热液喷口的初始温度和流速。采用仿真方法获得处于热液喷口上方的探头腔表面流体的温度梯度和速度梯度,然后利用传热学方法计算出两个探头腔内部的瞬态传热过程。由于传感器的数值稳定性受到温度变化的影响,探头腔需要在同外界热液达到热平衡后开始运行。电磁铁温度上升超过线圈的绝缘等级会导致探头腔中的电磁阀失效,因此利用数值计算得出电磁阀的在不同环境温度下的最长工作时间和最短休眠时间,为系统海底长期工作探测和标定时序安排提供参考。将传感器原位在线探测技术和基于流动控制的原位标定技术结合起来,形成了两套深海原位化学探测系统,即深海热液原位长期观测系统和原位在线探测系统。原位长期观测系统适用于获取热液化学长期连续的变化,原位在线探测系统适用于获取热液化学在空间上的分布梯度。自校正平台作为一个多种化学电极通用的原位标定平台为化学电极在深海长期测量提供原位校正的功能。通过低功耗设计,原位长期观测系统可对低于100℃的热液流体展开1-6个月的长期化学观测,获取热液化学随时间变化的规律。通过海底观测网提供电力和通讯,可以在深海展开长期、连续和直接的观测,使科学家实时监测海底环境的变化。原位在线探测系统可以对热液生物区展开小尺度的测量,获取热液化学在空间上的分布规律。KNOX18RR航次上的海试工作表明,深海热液原位长期观测系统通过了严格的考验,最大海试深度达3200m,并在Lost City热液区进行了两天的原位测量。海试工作第一次在世界上获得了原位pH标定曲线,对海洋环境监测和海底热液研究具有重要的科学意义。原位长期观测系统也通过了MARS海底观测网的WNS连接实验,证明了深海联网布放的可靠性。