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目前，经济发展、社会进步，但是伴随而来的环境问题也日益突出。特别地，很多人类活动，诸如工农业生产、矿产资源开发等，都会带来水环境的重金属污染问题。一般说来，以锌、镉、铅、铜等离子为代表的重金属污染，不易以视觉、嗅觉等方法直观观测;但即使在很低浓度下(10～100μg/L)，重金属污染对人体健康与动植物生长仍然危害很大;且一旦进入生物体内，往往会发生生物富集现象，很难通过代谢排出。
电化学溶出伏安法和具有特异敏感特性的光寻址电位传感器，是水环境重金属污染现场监测的两种有效方法。本文选择了上述两种方法，分析了溶出伏安法和光寻址电位传感器的基本原理;针对溶出伏安法进行了新材料、新工艺和自动化的研究，完善了海水重金属元素自动分析仪;针对溶出伏安法和光寻址电位传感器，进行了微型化、集成化研究，开发了光电复合微阵列芯片;基于光电复合微阵列芯片，开发了用于太湖水质监测的水环境重金属无线智能监测系统。研究工作受国家高技术研究发展计划（863计划）项目和国家重点基础研究发展计划（973计划）项目资助。
本文主要的工作和创新如下:
1.改进、完善了实验室自行研制的海水重金属元素自动分析仪，使用差分脉冲溶出伏安法，采用玻碳电极预镀汞膜，对海水中的锌、镉、铅、铜等4种重金属离子进行了测定，精密度和准确度均控制在±15～20％以内，满足合同要求，仪器顺利通过了渤海海试与第三方比测。此外，对同位镀铋膜测定重金属离子方法进行了探索。
2.研制了带状微电极阵列，微电极阵列由多个带状微电极组成;对微电极阵列进行了尺寸表征和伏安特性扫描，电极特性良好，可用于铅、铜等重金属元素离子检测。
3.针对微电极阵列，提出了一种自动化伏安过程，该过程包括了系统自校准、自动量程、多种标液选择与自动富集时间等;基于自动化伏安过程，改进了电化学阵列传感器的检测性能，可以扩展微电极阵列测试范围，降低检测噪声。
4.针对光寻址电位传感器，分析了因光强波动、光源噪声等因素引发测量误差的原理，提出了一种精密光强调制模型和改进方法，构建了精密光强调制系统，并通过实验证明了基于精密光强调制，有效提高光寻址电位传感器的检测精度。
5.在同一个硅基底上，集成了微电极阵列和光寻址电位传感器，提出了一种新型的带状微电极阵列和光电复合微阵列芯片的设计方法;基于光电复合微阵列芯片，能够建立自校准模型，提高检测精度;以光电复合微阵列芯片为核心，结合无线传感器技术与物联网技术，提出并实现了水环境重金属智能无线监测系统，用于区域水环境重金属监测。