RF-O2熒光光纖氧氣測(cè)量技術(shù)是基于REDFLASH光極傳感器技術(shù)的的氧氣測(cè)量技術(shù),由歐洲Pyroscience公司及Graz大學(xué)等科學(xué)家研制生產(chǎn),由光極氧氣傳感器、測(cè)量?jī)x及軟件組成,廣泛應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、生態(tài)科學(xué)、植物科學(xué)、動(dòng)物科學(xué)、海洋科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、食品科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域,其主要功能特點(diǎn)如下
1)REDFLASH光極氧氣傳感器技術(shù),高精確度、高穩(wěn)定性、高時(shí)空解析度、低能耗、無(wú)耗氧、無(wú)交叉敏感性
2)傳感器類型靈活多樣,有探頭式、探針式、非接觸式(sensor spot)及納米微粒式等,適應(yīng)于液體和氣體不同條件下的O2測(cè)量
3)有內(nèi)置sensor spot的流通管和呼吸瓶,非接觸式測(cè)量流動(dòng)液體的溶解氧及呼吸瓶?jī)?nèi)液體或氣體中氧氣含量
4)輕便緊湊型FireStingO2測(cè)量?jī)x,內(nèi)置水汽、氣壓傳感器,有1、2、4通道供選配,可分別接1個(gè)、2個(gè)、4個(gè)光極氧氣傳感器,另有Mini型FireStingO2-mini供選配
5)U盤式PiccolO2測(cè)量?jī)x——小的O2測(cè)量?jī)x,可連接一個(gè)O2傳感器,USB口連接電腦,即插即用
測(cè)量原理:
REDFLASH光極O2傳感器技術(shù),利用的O2敏感REDFLASH指示劑,通過610-630nm調(diào)制紅光激發(fā),REDFLASH指示劑發(fā)出760-790nm紅外熒光,熒光強(qiáng)度隨接觸的O2分子濃度升高而發(fā)生熒光淬滅,這種熒光動(dòng)態(tài)通過光纖傳輸?shù)綔y(cè)量?jī)x,測(cè)量?jī)x靈敏地檢測(cè)其相位漂移并據(jù)此換算成O2濃度
應(yīng)用領(lǐng)域:
1)水體溶解氧測(cè)量監(jiān)測(cè)、藻類及藻類生物膜光合作用與呼吸作用測(cè)量監(jiān)測(cè)
2)植物光合作用與呼吸作用測(cè)量監(jiān)測(cè)
3)水生動(dòng)物(魚類、水生昆蟲等無(wú)脊椎動(dòng)物、浮游動(dòng)物等呼吸代謝測(cè)量
4)陸生動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、動(dòng)物組織、血液等呼吸代謝測(cè)量
5)土壤、濕地、海洋沉積、河湖沉積剖面O2測(cè)量
6)生物反應(yīng)器、發(fā)酵過程、酶動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞培養(yǎng)等O2測(cè)量監(jiān)測(cè)
7)糧食食品儲(chǔ)運(yùn)、葡萄酒等O2測(cè)量監(jiān)測(cè)
8)污水處理、沼氣、垃圾填埋場(chǎng)、有機(jī)物降解等O2測(cè)量監(jiān)測(cè)
技術(shù)指標(biāo):
1)FireStingO2(FSO2)測(cè)量?jī)x:
a)有1通道、2通道、4通道可供選配,分別可接1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)O2傳感器,可并聯(lián)組成8通道甚至更多通道;另具備一個(gè)溫度傳感器通道(可選配4通道溫度傳感器)
b)激發(fā)光源620nm,監(jiān)測(cè)器760nm(NIR)
c)采樣頻率:每秒4次
d)內(nèi)置氣壓傳感器,300-1100mbar,0.06mbar分辨率,精確度±3mbar
e)內(nèi)置濕度傳感器,0-99%,分辨率0.04%,精確度±0.2%
f)內(nèi)置溫度傳感器,-40-125°C,分辨率0.01°C,精確度±0.3°C
g)具模擬輸出和自動(dòng)模式,0-2.5VDC
h)USB接口,通過USB口PC供電
i)大小:68x120x30mm,重350g
2)PiccolO2 U盤式測(cè)量?jī)x:大小僅15x15x54mm,重量約20g,單通道,激發(fā)光620nm,檢測(cè)器760nm,采樣頻率每秒20次??刹⒙?lián)組成多通道測(cè)量系統(tǒng)??赏ㄟ^PiccoTHP測(cè)量溫濕度和氣壓并進(jìn)行補(bǔ)償
b)激發(fā)光源620nm,監(jiān)測(cè)器760nm(NIR)
c)采樣頻率:每秒4次
d)內(nèi)置氣壓傳感器,300-1100mbar,0.06mbar分辨率,精確度±3mbar
e)內(nèi)置濕度傳感器,0-99%,分辨率0.04%,精確度±0.2%
f)內(nèi)置溫度傳感器,-40-125°C,分辨率0.01°C,精確度±0.3°C
g)具模擬輸出和自動(dòng)模式,0-2.5VDC
h)USB接口,通過USB口PC供電
i)大?。?8x120x30mm,重350g
2)PiccolO2 U盤式測(cè)量?jī)x:大小僅15x15x54mm,重量約20g,單通道,激發(fā)光620nm,檢測(cè)器760nm,采樣頻率每秒20次??刹⒙?lián)組成多通道測(cè)量系統(tǒng)。可通過PiccoTHP測(cè)量溫濕度和氣壓并進(jìn)行補(bǔ)償
3)探頭式O2傳感器:直徑3mm,測(cè)量范圍0-50%(0-23mg/l)(可選配其它范圍),檢測(cè)極限0.02%(0.01mg/l),分辨率0.05%(0.025mg/l)@20% O2,精確度±0.2%(0.1mg/l)@20% O2,使用壽命1千萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),存儲(chǔ)時(shí)間大于3年(室溫暗處儲(chǔ)放)
4)探針式O2傳感器:有固定探針式、可伸縮探針式、尖頭式及圓頭式等不同類型供選配;探針直徑有50μm、230μm、430μm等規(guī)格;測(cè)量范圍0-50%(0-23mg/l)(可選配其它范圍),檢測(cè)極限0.02%(0.01mg/l),分辨率0.05%(0.025mg/l)@20% O2,精確度±0.2%(0.1mg/l)@20% O2,響應(yīng)時(shí)間小于1s(與探針粗細(xì)有關(guān)),使用壽命1百萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),存儲(chǔ)時(shí)間大于3年(室溫暗處儲(chǔ)放)
5)非接觸式(sensor spot)O2傳感器(見下左圖):用于非接觸性測(cè)量監(jiān)測(cè)透明容器中的氧氣含量,傳感器貼用硅膠等貼附在容器內(nèi)壁,通過固定在外壁的光纖將熒光動(dòng)態(tài)信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)量?jī)x以檢測(cè)O2濃度;測(cè)量范圍0-50%(0-23mg/l)(可選配其它范圍),檢測(cè)極限0.02%(0.01mg/l),分辨率0.05%(0.025mg/l)@20% O2,精確度±0.2%(0.1mg/l)@20% O2,使用壽命2千萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),存儲(chǔ)時(shí)間大于3年(室溫暗處儲(chǔ)放)
6)納米微粒傳感器(參見上右圖):納米技術(shù),用于非接觸性測(cè)量微量液體中O2含量,即時(shí)響應(yīng),測(cè)量范圍0-50%(0-23mg/l),檢測(cè)極限0.02%(0.01mg/l),分辨率0.05%(0.025mg/l)@20% O2,存儲(chǔ)時(shí)間大于3年(室溫暗處儲(chǔ)放)
7)流通管:內(nèi)置非接觸式O2傳感器,用于流動(dòng)液體O2測(cè)量監(jiān)測(cè)(如魚類呼吸代謝測(cè)量等),測(cè)量范圍0-50%(0-23mg/l)(可選配其它范圍),檢測(cè)極限0.02%(0.01mg/l),分辨率0.05%(0.025mg/l)@20% O2,精確度±0.2%(0.1mg/l)@20% O2,使用壽命1千萬(wàn)數(shù)據(jù)點(diǎn),存儲(chǔ)時(shí)間大于3年(室溫暗處儲(chǔ)放)
8)呼吸瓶:內(nèi)置非接觸式O2傳感器,用于生物呼吸測(cè)量(如藻類、小型魚類、魚卵、昆蟲等),標(biāo)準(zhǔn)配置有4ml和20ml兩種規(guī)格
9)Pyro Oxygen Logger軟件用于參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)顯示包括圖表顯示、數(shù)據(jù)輸出等功能
應(yīng)用案例:
案例1:法國(guó)Bordeaux大學(xué)利用FSO2 4通道熒光光纖氧氣測(cè)量?jī)x,對(duì)Aquitaine海岸沉積樣芯耗氧進(jìn)行了測(cè)量分析,以研究海洋底棲動(dòng)物活動(dòng)(bioirrigation)對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)過程及生物地理化學(xué)功能(如沉積有機(jī)物的再礦化)的影響。
案例2:芬蘭Turku大學(xué)利用FSO2和430μm光極氧探針,對(duì)南瓜類囊體懸浮液光合放氧進(jìn)行了測(cè)量分析。
案例3:美國(guó)Woods Hole海洋學(xué)研究所,利用RF-O2非接觸式光極氧氣傳感器(sensor spot),對(duì)海洋無(wú)脊椎動(dòng)物呼吸代謝進(jìn)行了測(cè)量分析,以研究其固有的生物鐘與環(huán)境脅迫的關(guān)系,這些海洋無(wú)脊椎動(dòng)物體重只有0.5-50mg。圖中為翼足類軟體動(dòng)物在不同濃度CO2條件下的耗氧率。
案例4:澳大利亞海洋科學(xué)研究所、瑞典Gothenburg大學(xué)等組成的科學(xué)小組,利用Pyroscience的REDFLASH氧氣測(cè)量技術(shù),對(duì)河鱸(Perca fluviatilis)呼吸代謝進(jìn)行測(cè)量分析,以研究其熱耐受性和適應(yīng)性的生理機(jī)制。他們選擇波羅的海核電站附近的一個(gè)瀉湖,核電站排出的熱水進(jìn)入該瀉湖,在過去30年大量魚類因?yàn)椴贿m應(yīng)水溫升高而滅絕,但河鱸卻得以繁盛,該地成為理想的研究氣候變暖對(duì)魚類種群影響的“天然實(shí)驗(yàn)室”。他們測(cè)量河鱸呼吸代謝率的同時(shí),還測(cè)量其靜脈血液在溫度升高狀態(tài)下的氧分壓,靜脈血是河鱸心臟供氧的主要來(lái)源,高溫條件下靜脈血氧氣含量被認(rèn)為是其心臟功能的重要限制因子
案例5:德國(guó)Ulm大學(xué)利用FSO2測(cè)量?jī)x和50μm可伸縮式RFO2探針,對(duì)患者腦脊髓液(CSF)樣品溶解氧進(jìn)行測(cè)量分析,以研究探討神經(jīng)紊亂及神經(jīng)炎等疾病的生理和診斷。
案例6:德國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)與景觀研究機(jī)構(gòu),利用FSO2測(cè)量?jī)x和RFO2探針,對(duì)土壤氧氣進(jìn)行測(cè)量,以評(píng)估不同種類蚯蚓在低氧條件下對(duì)土壤改良的效率。
案例7:西班牙Valladolid大學(xué)利用RFO2熒光光纖氧氣測(cè)量技術(shù),監(jiān)測(cè)葡萄酒橡木桶O2吸收——對(duì)葡萄酒品質(zhì)至關(guān)重要但一直以來(lái)缺乏科學(xué)的了解。葡萄酒在橡木桶內(nèi)(3-24個(gè)月)的過程溶解氧至關(guān)重要,因?yàn)镺2調(diào)節(jié)了葡萄酒整個(gè)的熟化過程。