葉綠素a濃度是表征海洋初級生產力的核心指標，近岸海域其濃度范圍通常為0.5-10mg/m3，大洋區域則低至0.05-0.5mg/m3。當發生赤潮時，葉綠素a濃度可在短時間內激增10-50倍。熒光檢測技術基于葉綠素分子吸收特定波長激發光（通常為430-470nm）后，在650-700nm波段產生特征熒光的原理，通過建立熒光強度與濃度的校準曲線實現定量分析。部分先進的傳感器采用雙波長激發（如440nm和480nm）技術，可有效消除濁度和溶解性有機物的干擾，檢測下限達0.01mg/m3。此類傳感器已廣泛應用于海洋浮標監測系統，在北太平洋副熱帶環流區的長期監測中，成功捕捉到浮游植物群落季節性演替過程中的葉綠素濃度變化。
海水濁度反映水體中懸浮顆粒對光的散射和吸收程度，大洋水體濁度一般處于0.1-1NTU，河口及近岸區域因泥沙、污染物輸入可高達100-500NTU。散射光式濁度傳感器通過發射880nm紅外光，檢測與入射光呈90°方向的散射光強度，并結合溫度（±0.1℃）和鹽度（±0.1‰）補償算法，實現濁度精確測量。在長江口生態監測中，該類傳感器實時記錄了洪水期（濁度可達200NTU）和枯水期（濁度約20NTU）的水體渾濁度動態變化，為河口沖淤演變研究提供數據支持。
石油烴類污染物對海洋生物具有神經毒性和致畸效應。光學類傳感器利用多環芳烴（PAHs）在280-360nm激發光下產生熒光的特性，檢測限可達μg/L級別；電化學傳感器則通過修飾貴金屬催化劑（如鉑、金）電極，催化石油烴氧化反應產生微電流信號，響應時間小于30秒。2021年某海上油田泄漏事故中，電化學石油烴傳感器在泄漏后2小時內即檢測到水體中污染物濃度（0.5mg/L），為應急處置爭取關鍵時間。
海水溶解氧（DO）正常濃度范圍為4-9mg/L，富營養化區域易形成DO<2mg/L的“死亡區域"。熒光淬滅法傳感器采用釕（II）絡合物作為敏感材料，其熒光強度與DO濃度遵循Stern-Volmer方程（I?/I=1+Ksv[O?]），檢測精度達±0.1mg/L，響應時間<10秒。在集約化海水養殖場景中，此類傳感器通過實時監測養殖池DO濃度，結合自動控制系統調節增氧設備，可將對蝦養殖成活率從65%提升至85%。
核試驗、核廢水排放導致的放射性物質（如13?Cs、??Sr）對海洋食物鏈構成長期威脅。半導體探測器（如高純鍺探測器）利用電離輻射在半導體材料中產生電子-空穴對的原理，能量分辨率可達0.1keV；閃爍體探測器（如NaI(Tl)）通過捕捉輻射激發產生的光子信號，檢測限可達mBq/L級別。在日本福島核事故后，部署于西太平洋的放射性監測浮標系統，實現了對3H和13?Cs的連續3年原位監測。
化學需氧量（COD）表征水體中還原性物質總量，清潔海水COD值通常為1-2mg/L，工業污染海域可超過20mg/L。分光光度法COD分析儀采用重鉻酸鉀氧化體系，在600nm波長下檢測Cr3?生成量，檢測范圍0.5-100mg/L，重復性誤差<3%。某化工園區排污口監測中，該設備實時記錄了COD濃度的晝夜波動（峰值達35mg/L），為污染溯源提供關鍵證據。
過量氮、磷營養鹽輸入是引發赤潮的主要誘因。離子色譜法分析儀通過陰離子交換柱分離NO??、PO?3?等離子，檢測限分別達0.1μmol/L和0.05μmol/L；流動注射分析法利用氨氮與水楊酸-次氯酸鹽的顯色反應，在660nm波長下實現NH??濃度檢測（檢測范圍0.01-10mg/L）。在渤海灣生態監測中，營養鹽分析儀提前72小時監測到NO??（50μmol/L）和PO?3?（3μmol/L）濃度異常升高，成功預警甲藻赤潮的發生。
海水pH值穩定在7.5-8.6之間，工業革命以來因吸收過量CO?導致全球海水pH值平均下降0.1個單位。玻璃電極式pH傳感器基于能斯特方程（E=E?+(2.303RT/nF)log[H?]），通過測量膜電位變化實現pH檢測，精度可達±0.01pH。在大堡礁珊瑚礁區監測中，該類傳感器記錄到夏季pH值下降至7.8的酸化現象，為珊瑚白化預警提供數據支持。
當前，海水水質傳感器正朝著多參數集成化（如將DO、pH、溫度等集成于同一探頭）、智能化（搭載AI算法實現數據實時分析）、低功耗化（采用太陽能+電池混合供電）方向發展。未來，隨著微流控技術、納米材料傳感技術的突破，有望實現單個傳感器對數十種污染物的同步檢測，為海洋生態環境的精細化管理提供更強大的技術支撐。
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